SU1064224A1 - Цифровой фазометр - Google Patents

Abstract

ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР, содер .жалдий первый формирователь, вход которого соединен с шиной опорного напр  хени , последовательно соеди- . ненные первый блок селекции, первый триггер,.первый ключ и первый счетчик , причем второй вход первого клю- ча соединен, с первым входом первого ;элемента И и первым входом второго . ключа, выход которого соединен с входом второго счетчика, а второй вход - с выходом второгЬ триггера, первый вход которого соединен с первым выходом первого триггера, а второй с выходом второго блока селекции , вход которого соединен с выходом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго формировател , первый вход которого соединен с шиной измер емого напр жени , а второй - с вторым входом, ; первого формировател  и выходом . блока запуска, вход которого подключен к шине запускающего напр жени , генератор и первую ипсалу .совпадений, содерзхащую третий триггер, секционированную линию задер хки, первый элемент ИЛИ и п Каналов совпадений, каждый из которых содержит третий, четвертый и п тый ключи, второй элемент И и второй элемент ИЛИ, причем, первый вход третьегЬ ключа соединен с выходом второго элемента или, входы которого соединены с выходами п тых ключей всех каналов шкалы, кроме своего, и выходами четвертых ключей всех-каналов икалы, кроме своего , предьвдущего и- .последу1ааего, первый вход п того ключа соединен с выходом третьего триггера, а второй вход - с БЕдходом второго элемента И и первым входом четвертого ключа, второй вход которого соединен с вторыг/ выходом третьего триггера, первый вход второго элемента И соединен с выходом первого формировател , а второй вход - с входом первого элемента ИЛИ и выходом третьего ключа, причем вторые вхо- i ды третьего ключа всех каналов, кроме первого, подключены к выходам секционированно линии задержки, отличающийс  тем, что, с целью повышение быстродействи , в него введены третий элемент ИЛИ, а таюхе дополнительно (п-1 ). шкала совпадений, содержаща  дополнительно вторую линию задержки и в ка)лдый из п ЪксШ совпадений - третий фор05 мирователь , причем вход третьего формировател  первой шкалы соединен Hj; с выходом генератора, а выходы во ГС всех шкалах - с вторым входом третьего го ключа и входом секционированной .линии задергкки, входы третьих форми4 рователей остальных икал соединены с выходом первого элемента ИЛИ предыдуцей шкалы, входы вторых линий задержки соединены с выходом перво гр формировател , а выходы - с входами третьих триггеров, выход третьего элемента ИЛИ соединен с входами третьего триггера первой совпадений и первого блока селекции, а входы- с выходами п тых ключей последней шкалы и вторым выходом первого . триггера,причем в последней шкале выхолЫ четвертых ключей каналов соедине- ны с входами вторых элементов ИЛИ.

Description

Иэрбретение относитс  к информационно-измерительной технике и может быть использовацо дл  измерени  среднего значени  сдвига фаз ме/еду двум  периодическими сигналами, например , в качестве промежуточного звена между фазовыми датчиками первичной информации и цифровым BЬRИCлительным устройством.

Известен цифровой фазометр дл  измер.ени  среднего значени  сдвига фаз, содедржащий п ть ключей, три счетчика, два триггера, генератор), формирователь, секционированную линию задержки, -три элемента ИЛИ и п каналов совпадений, каждый .из которых содержит шестой, седьмой и восьмой ключи, четвертый элемент ИЛИ и элемент И, причем входные иины соединены с входами первого и второго ключей, управл ющие входы которых соединены с выходами первого триггера , а выход - с входом формировател , выход которого соединен с входами элементов И всех каналов совпадени  и первым входом третьего ключа , выход генератора соединен с входами шестого и седьмого ключей первого канала совпадений, а аналогичные входы остальных каналов соединены с соответствующими выходами секционированной линии згдержки, вход которой подключен к генератору, выходы восьмых ключей всех каналов соединены с входами вторых и третьих элементов ИЛИ, а выходи второго элемента ИЛИ через- третий и четвертый ключи соединены соответственно с первым и вторым счетчиком, причем вто рой вход четвертого ключа соединен с выходом первых элементов ИЛИ и вторым входом п того ключа, выход которого соединен с третьим счетчиком, а первый вход - с входами первого и второго триггеров и выходом вторых элементов ИЛИ,, а входы первого эле .мента ИЛИ соединены с выходами четвертых элементов ИЛИ всех каналов 1

Цифровой фазометр характеризуетс  недостаточной надежностью и большими аппаратурными затратами, обусловленными большим количеством каналов совпадений.

Известен цифровой фазометр, реализующий способ.измерени  сдвига фаз, основанный на трансформации фазового сдвига на низкую частоту путем сравнени  во времени последовательностей импульсов,сформированных из исследуемых сигналов, с эталонной последовательностью импульсов . Этот фаз9метр содержит последовательно соединенные формирователи , генератор эталонной частоты, элементы И, блоки селекции, электронный кет мутатор, индикаторы совпадений , блокирующее устройство, триггеры , ключи импульсов и арифметическое у тройство Г23.

Недостатком известного устройства  вл етс  пониженное быстродействие при его в ждущем режиме-(т.е.

однократном запуске фазометра по импульсу , поступающему в произвольный момент времени), обусловленное необходимостью ожидани  первого совпадени  импульсов, сфор0 мированного из исследуемого сигнала, с импульсом эталонной частоты, которое  вл етс  началом преобразовани  фазового сдвига во временной интервал .

5 Действительно, период мезкду совпадени ми , импульсов исследуемого и эталонного сигналов (т.е. врем  непосредственного иаг ерени  фазового сдвига) определ етс  выражением

т Т;, TjT

(1)

13 IT -Т I

где Т - период исследуемого .сигнала;

Tj-f - период эталонного сигнала. А так как в общем случае начальна  фаза эталонной последовательности импульсов относительно импульса запуска не равна начальной фазе исследуемых сигналов относительно того же импульса запуска, то врем  ожидани  первого совпадени  импульсов начала непосредственного измерени  моЛет достигать значени  , т.е.

суммарное общее врем  измерени  с учетом времени ожидани  его начала равно удвоенному значению.

Цель изобретени  - повышение быстродействи  цифрового фазометра при

6ГО работе в худущем режиме.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в цифровой фазометр, содеращий первый формирователь, вход которого соединен с опорного

напр жени , последовательно соединенные первый блок селекции, первый триггер, первый ключ и первый счетчик , причем второй вход первого клюа соединен с первым.входом первого

элемента И и первым входом второго

ключа, выход которого соединен с входом второго счетчика, а второй ход - с выходом второго триггера, первый вход которого соединен с первым выходом первого триггера, а вто-.

рой - с выходом второго блока селекции , вход которого соединен с выхоом второго элеглента И, второй вход которого соединен с выходом второго формировател , первый вход.которого

соединен с шиной измер емого напр жени , а второй - с вторым входом первого формировател  и выходом блока запуска, вход которого подключен к шине запускающего ч пр кени , генвратор и перву1Э шкалу совпадений. содержащую третий триггер,.секционированную линию задержки, первый элемент ИЛИ и п каналов совпадений, каждый из которых содержит третий, четвертый и п тый ключи, второй эле мент И и второй элемент ИЛИ, причем первый вход третьего ключа соединен с выходом второго элемента ИЛ входы которого соединены с выходами п тых ключей всех каналов шкалы, кроме своего, и выходами четвертых ключей всех каналов шкалы, кроме своего , предыдущего и последующего, первый вход п того ключа соединен с выходом третьего триггера, а второй вход - с выходом второго элемен та И и первым вxoдo з четвертого ключа, второй вход которого сбединен с вторым выходом третьего триггера , первый вход второго элемента соединен с выходом первого формировател , а второй вход - с входом пе вого элемента ИЛИ и выходом третьего ключа, причем вторые входы треть его .ключа всех каналов, кроме первого , подключены к выходам секциони рованной линии задержки, введены третий элемент ИЛИ, а дополнительно-J (n-1 ) икала совпадений,-со держаща  дополнительно вторую линию задер хки и в каждой из п шкал совпадений - трети11 формирователь, при чем вход третьего формировател  пер вой шкалы соединен с выходом генера тора, а выходы формировател  во всех шкалах - с вторыг1 входом треть его ключа ti входом секционированной линии задержки, входы третьих формирователей остальных шкал сое ине ,ны с выходом первого элемента ИЛИ предьщущей шкалы, входы вторых линий задержки соединены с выходом первогоформировател , а выходы с входами третьих триггеров, выход третьего элемента ИЛИ соединен с входами третьего триггера первой шкалы совпадений и первого блока селекции, а входы - с выходами п тых ключей последней шкалы и вторым выходом первого триггера, причем в последней шкале выходы четвер тых ключей каналов соединены с входами вторых элементов ИЛИ. На фиг. 1 представлена функциональна  схема цифрового фазометра; на фиг. - временные диаграм лн его работы. Цифровой фазометр содержит формирователи 1 и 2, генератор 3 импульсов с этсшонной частотой следовани / блок 4 запуска, линию 5 задержки , .элемент И6, блоки 7 и 8 селекции , триггеры 9 и 10, элемент ИЛИ 11, ключи 12 «.13, счетчики 14 и 15 импульсов, шкалы 16 (гю К-й) совпадений, содержащие форгдарователи  17-1 (до К-го), триггеры 18-1 (до К-го), секционированные линии 19-1 (до К-й) задержки, элементы ИЛИ 20-1 (до К-го) .и каналы 21 (до i-го)совпадений, кажды1 1 из которых состоит из ключей 22-24, элемента И 25 и элемент ИЛИ 26. Фазометр работает следующим образом . При отсутствии входных сигналов импульсы эталонной частоты длительностью t с выхода генератора 3 импульсов с эталонной частотой следовани  fj. (фиг. 2а) поступают на первый вход первой шкалы 1G - вход формировател  17. С выхода формировател  17 импульсы длительностью т поступают на первый вход первого канала - первый ключ 22 - и на вход секционированной линии 19 задержки, с выходов которой импульсы эталонной частоты, сдвинутые один относительно другого на врем  Т-,з«д задержки между выводами, поступают на первые входы остальных каналов 21. Таким образом образуетс  перва .шкала сдвинутых импульсов длительностью .of, (уиг, 20). Количество каналов первой шкалы п определ етс  из выражени  п. en t где ent - округленное до большего целого значение частного. С выходов кл}эчей 22 первого канала импульсы эталонной частоты поступают на первые входы элементов И 25 каналов первойшкалы 16, выходы которых в ка;кдом канапе соединены с двум  ключами: н ормально открытыми 23 и нормально закрытыми 24. Выходы нормально закрытых ключей 24 соединсгны с входами элементов ИЛИ 26 всех каналов, кроме своего, а нормально открытых - кроме своего, преды l;yщeгo и последующего (по номеру), счита , что нумераци  кольцева . Ключи 23 и 24 каналов управл ютс  триггером 18. С выходов ключей 23 всех каналов первой шкалы 16 импульсы поступают через элемент ИЛИ 20 на первый вход следующей шкалы 16 - формирователь 17, в котором формируютс  импульсы длительностью 2 , задерживаемые второй секционированной линией 19 задержки на величину ° вывода к выводу. Так образуетс  втора  шкала совпадений (фиг. 2в). Таким образом, за период следовани  импульсов эталонной частоты на вход каждого из каналов второй шкалыпоступит п.., импульсов. Количество каналов во второй шкале мбжет быть определено из выражени  п eHt iassA. . (3) 2 зад Точно так же образованы последую цие а1калы. Количество каналов в них определ етс  из выражени  п efit IOISSIA. С выхода предпоследней шкалы 16 .(элемента ИЛИ 20) импульсы поступа . ют на первый вход последней шкалы 1 ( формирователь 17), котора  определ ет точность измерени  и управл ет началом и окончанием отсчета. Приче длительность импульсов с формировател  17 минимальна и равна Образование шкалы сдвинутых импульсов длительностью tK5o(A -miti налогично предьиущим шкапам. Следовател но, количество каналов в ней определ етс  по выражению С) и состав элементов в каналах аналогичен этим шкалам. Однако во всех каналах посЛедней шкалы нормально открытые клю чи 23 соединены с элементами ИЛИ 26 .своих каналов, а нормально закрытые ключи 24 - с всеми каналаг ш, кроме своего. Кроме того, выходы нормально закрытых ключей всех каналов соединены с входами элемента ИЛИ 11 Опорный и и измер емый U сигна лы частотой f поступают соответственно на формирователи 12, которыми они преобразуютс  в последовательности пр моугольных импульсов дли-. тельностью прив занные к переходам через нуль соответствуюидих сигналов (фиг. 2г, д) при наличии разрешени  с блока 4 запуска. Длительности формируемых импульсов до;шны удовлетвор ть следующим услови м: ,-. ,-,j, (ь -L+r t. что необходимо дл  обеспечени  разрывов между пакетами совпадений. При поступлении первого после им пульса запуска опорного импульса на вход первой шкалы 16 в элементах И 25/ выдел ютс  его совпгздени с импульсами эталонной частоты. Импульсы , с выхода элементов И 25 поступают через соответствующий нормал но открытый ключ 23 на элементы ИЛИ 26 всех каналов, кроме канала, в котором произошло совпадение предыдущего канала и последугацего. Та- КИМ образом, если первый onopHbtfi импульс совпадает только в т-ом канале первой шкалы, то остаютс  открытыми КЛЮЧИ-каналов 21. Если же имеет- место совпадение в двух соседних каналах, то остаютс  от- крытыми ключи 21, либо (т-1), т, ли§о т, (т+1) каналов. Следовательно , в дальнейшем через элемент ИЛИ 20 на вход формировател  17 второй шкалы 16 поступ т и шульсы только с открытых ключевых устройств. Аналогичное вьщеление открытых каналов происходит и в шкалах 16, кроме последней, котора  определ ет точность измерени  и управл ет началом и окончанием отсчета. При поступлении первого после импульса запуска опорного импульса на вход последней шкалы 16 в соответствующих элементах И 25 также выдел ютс  совпадени , которые могут произойти последовательно в нескольких элементах И (их количество определ етс  соотношениег/1 между С.,. з«д-tnin зад . Если начать отсчет с момента совпадени  в первом или последнем из этих элементов, то погрешность неопределенности положени  импульсов . будет достигать t.,. Поэтому ключи 22 из р да каналов, в которых произошли первые совпадени , закрываютс  импульсами с выходов элементов И этих каналов, прошедшим через соответствуюцие нормально открыте первые ключи 23 и элементы- ИЛИ 26. Импульс опорного напр жени  U, пройд  через линию 5 задержки, которой он задерживаетс  на врем  большее Г,, перебрасывает ооновной триггер 18. В результате первые ключи 23 закрываютс , а вторые ключи 24 открывгиотс . Если i - номер канала, в котором произошло совпадение переднего фронта импульса опорной последовательности , а j - то же дл  заднего фронта, то отсчет начинаетс  с момента по влени  первого совпадени  с каналов i-1 или J+1, что зависит о.т того меньше или больше, период Т., периода . Погрешность неопределенности MOMesiTa начала отсчета достигает в этом случае лишь значени - разности периодов .p/, на которую происходит сдвиг соответствукадих фронтов совпадающих импульсов. I Поскольку частоты f исследуемых сигналов и частота fj. эталонного сиг нала близки и соблюдаютс  услови ; (5) и (6), то на выходах соответствующих элементов И 25 (фиг. 2е) преобразуютс  пакеты импульсов совпадений ,. число которых в пакетах пр мо пропорционально Tfnip и обратно пропорционально разности периодов 1 ф ri I I 3 I . -Первый импульс пакета совпадений в этом случае с cooтвeтcтвy зщиx ключей 24 поступает, через элементы ИЛИ 26 на второй вход соответствующих ключевых устройств 22 (кроме клича данного канала), закрыва  те из них, которые оставались открытыми . Одновременно первый импульс пакета совпадений поступает через элемент ИЛИ 11 на установочные входы триггеров 18 и перебрасывает их в противоположное состо ние. В ре- . зультате этого первые ключи в каналах шкал 16-1 - 16-(К-1) закрываютс , а вторые ключи открываютс . Так как вторые ключи соединены .через соответствуюцие элементы ИЛИ с вторыми , входами ключевых устройств всех каналов, кроме своего, то импульс совпадени , выработанный в каходойшкале , закрывает ключевые устройства , которые оставались открытыми в этих шкалах, кроме своего канала.

Таким образом, в каждой шкале ( выдел етс  только один канал (рабочий ), который соответствует совпадению импульса на выходе линий 19 задерзхки с опорным импульсом, соответствующим началу отсчета, в дальнейшем этому каналу и соответствующим его элементам. Первый импульс пакета совпадений с соответствующих ключей 24 поступает через элемент ИЛИ 11 на блок 7 селекции.

В дальнейшем работа фазометра ангшогична работе прототипа. Виделенные .блоком 7 -селекции соответствующие импульсы пакетов совпадений (опорных) поступают на вход триггера 9, формирующего временной интервал (фиг.-бхс), равный периоду совпадений опорных и эталонных импульсов . Число эталонных иглтульсов, поступающих с выхода Ключа 22 рабочго канала через элементИЛИ 20 и квантующих временной интервал Т ., подсчитываютс  счетчиком 14 (фиг. Зз

Импульс напр жени , полученный дифференцированием передного фронта временного интервала Т,2 поступает на вход установки триггера 10 и перебрасывает последний. В исходное состо ние триггер 10 возвращаетс  импульсом пакета совпадений (измер емого), поступающим чере блок 8 селекции и вьщеленным из пакета импульсов совпадений,образованного В результате сравнени  во времени в элемента И 6 импульсов измеремого сигнала с импульсами эта-понноТ частоты, поступающими через ключ 22 и элемент ИЛИ 20 (фиг. 8и). Таким, образом, триггер 10 формирует временной интервал t (фиг. 8к), равЕ1ый временному сдвигу меходу опорнш-га и измер емыми пакетами .совпадений. Число N2 эталонных импульсов, квантующих врег 1енной интервал t t подсчитываетс  счетчиком 15 импульсов (фиг. 8л).

Цикл измерени  фазового сдвига заканчиваетс  после того, как триггером 9 будет сформирован временной интервал Импульс напр жени , полученный дифференцированием заднего фронта временного интервала f поступа  через элементы ИЛИ 26 на вторые входы ключа каналов К-й шкалы, з-акрывает посл(цний из них, бывший открытым.

Далее значение кодов N., и N2 вводитс  в ЭЦВМ, где искомый фазовый сдвиг определ етс  по формуле

N

.0

образом, предлагаемый фазометр позвол ет снизить максимальное врем  ме;кду моментом поступлени  импульса запуска и моментом начала измерени  с величины, присущей прототипу, до величины 1 .. . IЧ зт1

Креме того, точность изготовлени  секционированной линии 19 задерх ки не вли ет на точность описываемого преобразовател , так как и в этом случае выдел ютс  первые совладени  -импульсов в одном или нескольких каналах совпадений, выдел етс  один из этих каналов и ожидаетс  соответствующий импульс второго пакета совпадениГ. Точность измерени  зависит от неопределенности положени  импульсов при совпадени х , котора  равна JT.., эт

.SLn2Jrf,t

гг

U2 A2Sin(2Jlf + tfJt

Л(ЩВП

Claims (1)

1. ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР^ содержащий первый формирователь, вход которого соединен с шиной опорного напряжения, последовательно соеди- . ненные первый блок селекции, первый триггер,.первый ключ и первый счетчик, причем второй вход первого ключа соединен, с первым входом первого ^элемента И и первым входом второго ключа, выход которого соединен с входом второго счетчика, а второй вход - с выходом второгб триггера, первый’ вход которого соединен с первым выходом первого триггера, а второй — с выходом второго блока селекции, вход которого соединен с выходом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго формирователя, первый вход которого соединен с шиной измеряемого напряжения, а второй - с вторым входом, первого формирователя и выходом блока запуска, вход которого подключен к шине запускающего напряжения, генератор и первую шкалу совпадений, содержащую третий триггер', секционированную линию задержки, первый элемент ИЛИ и η Каналов совпадений, каждый из которых содержит третий, > четвертый и пятый ключи, второй элемент И и второй элемент ИЛИ, причем, первый вход третьегЬ ключа соединен с выходом второго элемента или, входы которого соединены с выходами пятых ключей всех каналов шкалы, кроме своего, и выходами четвертых ключей всех-каналов шкалы, кроме своего, предыдущего и .последующего, первый вход пятого ключа соединен с выходом третьего триггера, а второй вход - с выходом второго'элемента И и первым входом четвертого ключа, второй вход которого соединен с вторым выходом третьего триггера, первый вход второго элемента И соединен с выходом первого формирователя, а второй вход — с входом первого элемента ИЛИ и выходом третьего ключа, причем вторые вхо- о ды третьего ключа всех каналов, кроме первого, подключены к выходам секционированной линии задержки, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены третий элемент ИЛИ, а также дополнительно (п-1 ). шкала совпадений, содержащая дополнительно вторую линию задержки и в каждый 'из η шкал совпадений - третий формирователь , причем вход третьего формирователя первой шкалы соединен с выходом генератора, а выходы во всех шкалах - с вторым входом третьего ключа и входом секционированной .линии задержки, входы третьих формирователей остальных шкал соединены с выходом первого элемента ИЛИ предыдущей шкалы, входы вторых линий задержки соединены с выходом первого формирователя, а выходы ~ ^с входами третьих триггеров, выход третьего элемента ИЛИ соединен с входами третьего триггера первой шкалы совпадений и первого блока селекции, а входы- с выходами пятых ключей пост' ледней шкалы и вторым выходом первого триггера,причем в последней шкале выходы четвертых ключей каналов соединен ° ны с входами вторых элементов ИЛИ.

   SU ...1064224