СО
со Изобретение относитс к электроизмерительной технике и предназначе но дл определени величины фазовог сдвига сигналов. Известен цифровой фазометр, соде жащий формирователь, блок управлеНИИ , генератор эталонной частоты, счетчик пам ти, счетчик сравнени , регистрирующее устройство, управл е мле вентили, логический элемент И, две группы схем переноса. В данном фазометре результат получают по око чании первого периода исследуемых сигналов 1 . Недостатком фазометра вл етс сложность, так как обработка инфсфм ции производитс в параллельном и последовательном коде и имеютс два режима работы, определ емые величино временного сдвига исследуемых напр жений . Известен также цифровой низкочас тотный фазометр, содержащий формиро ватель импульсов, соединенный через триггер с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с генератором , первый счетчик, выходы которого соединены с первой группой схем переноса, второй счетчик/ соедине .нный поразр дно второй группой схем переноса с третьим счетчиком, выход которого соединен с входом первого счетчика и импульсными входами второй группы схем переноса, дополнительные счетчик, элемент И и триггер, причем счетный вход допол нительного счетчика подключен к генератору импульсов, выходы которо го соединены с дополнительным элемен том И, выход последнего св зан с . дополнительным триггером и импульсными входами первой группы схем пере носа, выходами, подключенными к установочным входам дополнительного счетчика, выход дополнительного триг гера св зан с управл ющим входом дополнительного счетчика, счетным входом второго счетчика и третьим входом элемента И, выход которого соединен с третьим счетчиком. Принцип работы устройства заключаетс в измерении текущего значени сдви га фаз, дл чего от предыдущего значени фазы нужно вычесть приращение фазового сдвига, которое произошло за счет момента этого времени С2. Недостатком известного устройства вл етс низка точность измерени сдвига фаз. Цель изобретени - повышение точности измерени сдвига фаз при сохранении требуемого быстродействи . Поставленна цель достигаетс тем, что в устройство, содержащее два формировател , соединенные соответственно с первым и вторым триггерами , первый элемент И, один вход ко торого соединен с выходом первого триггера, второй вход подключен к выходу генератора, а выход - к первому счетчику, второй элемент И, третий триггер, второй, третий и четвертый счетчики, введены два двоичных умножител , дополнительные счетчик и элемент И, один вход которого соединен с выходом третьего TpHriepa, второй вход соединен с генератором, а выход подключен к входам второго и третьего счетчиков, причем входы первого двоичного умножител соединены с выходами первого и второго счетчиков, выход с одним входом второго элемента И/ второй вход которого соединен с выходом второго триггера, а входы второго двоичного умножител соединены с выходами третьего и четвертого счетчиков, выход подключен к одному входу дополнительного счетчика, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, а выходы подключены к входам третьего триггера, при этом вход четвертого счетчика соединен с выходом первого элемента И. На Фиг. 1 приведена структурна схема цифрового фазометра; на фиг. 2 - временные диaгpa Ф4ы работы устройстгв. Цифровой фазометр содержит формирователи 1-й 2, триггеры 3, 4 и 5, генератор 6, элементы И 7, 8 и 9, счетчики 10-13, двоичные умножители, 14 и 15, реверсивный счетчик 16. Формирователи 1 и 2 предназначены дл фор1 в1ровани импульсов пр моугольной формы при переходе через, нулевые значени входных сигналов, сдвиг фаз между которыми измер етс . Триггер 3 устанавливаетс в состо ние 1 по началу периода первого сигнала и возвращаетс в состо ние О по концу периода этого сигнала, в зтот момент и производитс считывание результата, который находитс в счетчике 10, т.е. триггер 3 формирует интервал времени измерени , соответствующий одному периоду исследуемых сигналов. Триггер 4 устанавливаетс в 1 по началу периода второго исследуемого сигнала. Триггер 5 устанавливаетс пооче -редно в состо ние 1 и в О сигналами с реверсивного счетчика 16 соответственно Заем и Переполнение. Генератор 6 формирует импульсы посто нной частоты дл заполнени измер ел4ых временных интервалов. Счетчики 10-13 - двоичные, выходы разр дных триггеров этих счетчиков св заны с входами двоичных умножителей 14 и 15. Как показано ниже, результат измерени фазы фиксируетс в счетчике 10. Двоичные умножители 14 и 15 предназначены дл формировани на своем выходе числа импульсов, пропорционального произведению кодов чисел, поступающих на вход каждого двоичного умножител с выходов подключенных к нему счетчиков, т.е. верны следующие соотношени : tt40- м . «5 Е где N и -количество импульсов с выходаj .соответствукщего индексу при М двоичного умножите . ЛЯ} эти импульсы Пос тупают в число- импульсном коде; .N - число в счетчике со . ответствующем индек-г су при N; Е - емкость каждого ИЗ счетчиков 10, 11, 12 и 13, прин та дл . простоты изложени одинаковой. Реверсивный счетчик 16 предназначен дл счета импульсов, поступающих на его вычитаюа1ий вход с выхода элемента И 8 и - на суммирующий вход с выхода двоичного умножител 15. При переполнении этого счетчика с его вы хода идет сигнал Перепапнение, усТан авли веющий триггер 5 в состо ние 0 при поступлении на вычитающий вход этого счетчика импульса с эле меита И 8 в момент, когда счетчнк 16 обнулен. На выходе счетчика 16 форми руетс команда Заем, устанавливающа триггер 5 в состо ние 1 Принцип, положенный в основу работы устройства. По. определению где f - фазовый сдвиг .(в градусах); С - интервал времени между нйчалом периода первого иссле Д5; емого сигнгм1а и началом периода второго исследуемого сигнала, т.е. между одноименными точками исследуемых сигнало в; Т г период исследуемых сигналов Из (3) следует, что фазовый сдвиг . Если текущему значению периода Т, давать приргвдени ДТ от момента времени Т, то сдвиг фаз V уменьшаетс на величину uf, т.е. из (3) следует, что ( fO. ( 1) Избавимс от знаменател в этом выражении: (( )Т+ДТ)Л-360« V° «fo T-A 5kT--ггзбо. Учтем, что из (3) следует V и, сделав соответствующие сокращени , получим «Г лТ-лЧ Т-Л ЧТгО. Отсюда следует ( (.Т) Из (А) следует важный вывод если, начина с момента , на каждое приращение А-Т формировать число , Af, удовлетвор ющее соотношение ), и вычитать это число из с«1етчнка результата, в котором в момент установлено чи.сло 360, то в счетчике результата в любой момент времени находитс число f, соответствующее формуле С), т.е. фазовый сдвиг. Устройство работает следующим образом. По команде Начальна установка ( шиш: этой команды не показаны) триггер 3 устанавливаетс в состо ние О (при этом с его выхода на элемент И 7 поступает потенциал запрета), триггер 4 устанавливаетс в О (запрет на элемент И 8), триггер 5 устанавливаетс в О (запрет на элемент И 9), счетчики 11, 12 и 13 обнул ютс , в счетчик 10 устанавливаетс код 360 , реверсивный счетчик 16 обнул етс . Команда Начальна установка снимаетс . В момент перехода через нулевое значение первого исследуемого сигнала (обозначим этот момент церез t|) с выхода (рмнровател 1 на триггер 3 гюступает импульс, устанавливающий триггер 3 в состо ние 1. Тем самым снимаетс р{ запрет на прохождение икшульсов генератора 6 через элемент И 7. С выхода элемента И 7 импульсы поступают на суммирование в счетчикн 11 и 12. отметим, что при этом импульсы с двоичного у етожител 14 через элемент ИВ не проход т - на входе элемента И запрет с триггера 4. В момент перехода через нулевое значение второго исследуемого сигнала (обозначим этот момент через 1-2.) с выхода формировател 2 на вход триггера 4 поступает импульс, устанавливаюЕций триггер 4 в состо ние С триггера 4 на вход элемента И 8 подаетс теперь разрешающий потенци Заполнение счетчика 11 импульсами ге нератора 6, проход щими через элемент И 7, продолжаетс , поэтому это об зательно вызывает по вление первого (счита от момента tj.) импульса с выхода двоичного умножител 14.Это импульс через элемент И 8 поступает на вычитающий вход реверсивного счет чика 16. Команда Заем с выхода его поступает на вход триггера 5 и устанавливает триггер 5 в 1. С выхода триггера 5 на элемент И 9 сформирован сигнал разрешени , поэтомуимпульсы генератора б через элемент И начинают поступать на вход счетчика 10 (вычитающий вход) и на вход счетчика 13. Заполнение, импульсами счетчика 13 вызывает по вление первого импульса на вЯоде двоичного умножител 15. Этот импульс поступает на суммирующий вход реБерсивного счетчика 16 f так как мьз рассматриваем случай, когда на вычитгиощий вход счетчика 16 донасто щего момента поступил только один импульс с выхода элемента И 8, то поступление одно го импульса на сукмирующий вход реверсивного счетчика 1G вызывает по вление команды Переполнение на выходе этого счетчика, н реверсивный счетчик 16 обнул етс . Команда Переполнение с выхода реверсивного счетчика 16 возвраща.ет :триггер 5 в состо ние О, тем самым прекращаетс прохождение импульсов через элемент И 9. Обйзначим этот .момент времени через t. После этого момента , так как заполнение счетчика 11 продолжаетс , с выхода двоичного умножител 14 поступит второй (счита от момента t/j.) импульс, и далее устройство функционирует аналогично описанному после момента поступлени первого импульса с двоичного умножител 14. И так далее, Нсхми рассмотрен случай, когда в реверсивный счетчик 16 поступает на вычитающий вход сначала один импульс с выхода элемента И 8, а затем посту пает один импульс на суммирующий вход счетчика 16 с выхода двоичного умножител 15, обнул реверсивный счетчик 16 и, соответственно, устанавлива триггер 5 в О. .Однако может быть и ситуаци , когда на вычитающий вход реверсивного счетчика 16 поступ т несколько импульсов с выхода элемента И8, и только после этого начнут поступать импульсы на суммирующий вход реверсивного счетчи ка 16. Эта ситуаци возникает, если к моменту установки триггера 4 в сос то ние 1 число в счетчике 12 меньше ч сла в счетчике 10, т.е. меньше 360. В этом случае команда Переполнение на выходе реверсивного 16 возникает после поступлени на суммирующий вход этого счетчика такого же реверсивного счетчика 16. Это вление об зательно произойдет, так как с выхода двоичного умножител 14 импульсы идут все реже (число в счетчике 10 - фазовый сдвиг уменьшаетс ), а с выхода двоичного умножител 15 импульсы идут все чаще (число в счетчике 12 увеличиваетс , и наступает момент, когда число в счетчике 12 станет больше числа в счетчике 10). Тогда описанный пор док функционировани (т.е. когда на вычитающий и суммирующий входы реверсивного счетчика 16 поочередно поступает по одному импульсу) сохран етс . Следовательно, реверсивный счетчик 16 осуществл ет контроль за равенством количества импульсов с выхода двоичноtx умножител 14 и количества импульсов с выхода двоичного умножител 15. Когда такого равенства нет, т.е. счетчик 16 не обнулен , то импульсы с выхода генератора б через элемент и 9 проход т. Перейдем к рассмотрению чисел в счетчикг1х 10-13. В момент времени t в счетчиках 11 и 12 записаны числа -N где F - частота генератора 6, Определим сколько импульсов генератора 6 поступит в счетчик 11, чтобы на выходе двоичного умножител 14 сформировалс первый (от момента t.) импульс. Обозначим это число через UN где ьТ - врем от момента t до поН влени первого импульса с выхода двоичного умножител 14. Из (1) следует Чхи так как uN импульсов вызвгши по вление одного импульса на выходе двоичного умножител 14. Поэтому, с учетом того, что в момент t. значение N,n 360 и с учетом (6) можно V выражение (7) записать в виде F ЛТ Определим сколько импульсов генератора 6 поступит в счетчик 13, чтобы на выходе двоичного умножител 15 сформировалс первый импульс. Обозначим это число через N . Из (2) следует, что 1 - Е так как по вление импульсов зывает по вление одного импульса на. выходе двоичного умножител 1 В это врем число в счетчике 12 рав ).F, т.е. вьо ажепие (9) .можно записа как ) F- Д-jtyb Ив (11) и (t) следует, что 360 F-M j -gMff FjMit3 I откуда - ()/AH, . Следователь но, 360° ДТ Если в выражение (k) подставить чение f 360 ХУ1Я первого после окончани интервала t приращени то получим выражение (12). А это ворит о том, чфо . . . В устройстве это значение ЛN вы таетс иэ значени в счетчике 10 т.е. в счетчике It) находитс теп новое эначение фазы, соответству приращению иктерва а.йТ. При дал шем увеличении ЬТ из счетчика 10 вновь вычитаетс соответствукицее количество импульсов и в этом счетчике вновь будет значение фазы на текущий момеит времени. Это доказываетс аналогично описанному. Измерение заканчиваетс в«момент второго перехода через нулевое значение первого исследуемого сигнала. При этом триггер 3 возвращаетс в состо ние О иктульсом с формировател 1, импульсы генератора Б через элемент И 7 на вход счетчика 11 не проход т, и, следовательно, на выходе двоичного умножител 14 импульсов также не будет. Результат измерени считывают со счетчика 10. Тезшико-эконхилический эффект предлагаемого изобретени заключаетс в повышении точности измерени при сохранении требуемого, теоретически максимального, быстродействи . Частота генератора в предлагаемом устройстве используетс с максимально возможной эффективностью, так как устройство реагирует на минимально возможное приращение периода. Например, если измерени провод тс с дискретностью в 1, емкость счетчиков 10 и 11 равна 512, то второй импульс генератор 6 на входе счетчика 11 дает импульс на выходе двоичного умножител 14 и, соответственно, измен ет значение фазы угла (уменьшает его от 360). Действительно, ЛН) «2.; Hfc, -ЗбО ; «512 и из выражени (1) следует 360° 2 512