SU1084695A1 - Дискретное фазометрическое устройство - Google Patents

Abstract

ДИСКРЕТНОЕ ФАЗОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее два формировател , вход первого из которых соединен с первым (опорным ) входом устройства , а вход второго - с вторым (измерительным ) входом и триггер, соединенный выходом с входом эле14ента И, отличающеес  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей устройства и повышени  .точности измерени , в него введены задерживающа  цепь, состо ща  из последовательно соединенных уменьшактаих по двоичному закону п элементов задержки, блок аналоговых , каждый из которых подключен параллельно соответствующему элементу задержки , формирователь задержанного сигнала, п элементов И-НЕ, п управл ющих триггеров, п элементов ИЛИ и сдвиговый регистр, причем вход задерживающей цепи соединен с входом первого формировател , а выход с входом формировател  задержанного сигнала, выход которого соединен с запускаквдим входом триггера, соединенного выходом с управл ктцим входом элемента И, а второй (сбросовый / вход триггера подсоединен к выходу первого формировател  и входу сдвигового регистра, выход второго формировател  соединен с сигнальным входом элемента И/ выход которого соединён с вторы ми входами п элементов И-НЕ, первые входы которых подсоединены к соответствующим выходам сдвигового регистра, подсоединенным также к первым входам соответствук цих элементов ИЛИ, вто (Л рые входы которых соединены с выходами соответствующих управл ющих триггеров ,  вл ющи1 шс  одновременно,выходами соответствующих двоичных разр дов устройства, при этом сбросовые о входы всех управл ющих триггеров соединены со сбросовым выходом сдвигового регистра, а информационные входы каждого из управл ющих триггеров сое00 динены с выходами соответствующих элементов И-НЕ, кроме трго, выходы 1 а всех элементов ИЛИ соединены с управл ющими входами соответствующих аналоговых ключей. со ел

Description

Изобретение относитс  к радиоизмерительной технике и может быть ис пользовано дл  измерени  угла сдвиг фаз между двум  периодическими элекрическими сигналами.

. Известно фазометрическое устройсво , содержащее два идентичных измерительных канала, последовательно соединенные генератор счетных импулсов , врем задающий делитель, электр ный ключ, регистрирук ций счетчик и Форми15у1а1гие устройства ClD .

Недостатками устройства  вл ютс  его сравнительно небольша  точность и недостаточно широкие функциональные возможности.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  фазометрическое устройство дл  измерени  мгновенного угла сдвига фаз между двум  синусоидальными сигналами, содержащее два формировател  импульсов , элемент временной задержки , два триггера три элемента сов-падени , два инвертора генератор образцовой частоты, и счетчик причем выход первого Формировател , на вход которого подаетс  первый сигнал И1 (-t) соединен с первым входом первого элемента совпадени , второй вход которого соединен с выходом первого триггера, выход второго Формировател , на вход которого подаетс  второй сигнал H2(t) соединен с первым входом второго элемента совпадени , второй вход которого соединен с выходом второго триггера, вторым входом первого триггера и . первым входом третьего элемента совпадени , второй вход которого соединен с выходом генератора образцовой частоты, выход первого элемента совпадени  соединен с входом первого инвертора, выход которого соединен с первым входом второго триггера, выход второго элемента совпадени  соединен с входом второго инвертора, выход которого соединен с вторым входом второго триггера , вход элемента временной задержки соединен с запускающим входом устройства, выход элемента временной задержки - с первым входом первого триггера, а выход третьего элемента совпадени  соединен с входом счетчика Г23.

Недостатками устройства  вл ютс  уменьшение точности измерени  фазового сдвига вследствие асинхронности измер емого и опорного сигналов , а также недостаточно широкие функциональные возможности, так как такое устройство трудно выполнить на высокой промежуточной частоте при заданном динамическом диапазоне по высокой частоте.

Иель изобрете,ни  - расширение функциональных возможностей устройства и повыитение точности измерени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство, содержащее два формировател , вход первого из которых соединен с первым (опорным/ входом устройства, а вход второго с вторым (измерительным ) входом и триггер, соединенный выходом с входом элемента И ,введены задерживающа  цепь, состо ща  из последовательно соединенных, уменьшающихс  по двоичному закону h элементов задержки, блок аналоговых ключей , каждый из которых подключен параллельно соответствугацему элементу задержки, формирователь задержанного сигнала, сдвиговый регистр , п элементов И-НБ,Г| управл ющих триггеров, п элементов ИЛИ и сдвиговый регистр, причем.вход задержи ванлцей цепи соединен с входом первого формировател , выход задерживампей цепи соединен с входом формировател  задержанного сигнала, выход которого соединен с запускающим входом триггера соединенного своим выходом с управл ющим входом элемента И, а второй (сбросовый )вход триггера подсоединен к выходу первого формировател  и входу сдвигового регистра, выход второго формировате л  соединен с сигнальным входом элемента и, выход которого соединен с вторыми входами П элементов И-НЕ, первые входы которых подсоединены к соответствующим выхода сдвигового регистра,подсоединенным также к первым входам соответствующих элементов ИЛИ,вторые входы которых соединены с выходами соответствующих управл ющих триггеров, вл ющимис  одновременно выходами соответствующих двоичных разр дов устройства,.при этом сбросовые входы всех управл ющих триггеров соединены со сбросовымс выходом сдвигового регистра,а информационные входы каждого из управл ющих триггеров соединены с выходами соответствугацих элементов И-НЕ, кроме того, выходы всех элементов ИЛИ соединены с управл ющими входами соответствующих аналоговых ключей.

На фиг.1 изображена структурна  схема устройства, на фиг.2 - временные диаграммы напр жений в наиболее характерных точках схемы.

Устройство содержит (фиг.1) форми .рователи 1 и 2 управл кицих импульсов совпадающих по времени .с началом периодов входных периодических электрических сигналов, задерживающуюцепь 3, состо щую из последовательно соединенных, уменьшанвдихс  по двоичному закону элементов 4-i- 4 задержки , блок 5 аналоговых ключей 6р Каждый из которых подключен параллелно соответствующему элементу задержки , формирователь 7 задержанного с нала, триггер 8, элемент И 9, сдви говый регистр 10, элементы И-НЕ 1Ц -11„, управл ющие триггеры 12 и элементы ИЛИ 13„. Вход первого формировател  1  в л етс  первым ( опорным |входом устр ства а выход второго формировател 2 - вторым-(измерительным ) входом ройства, вход задерживающей цепи 3 соединен с входом первого формиров тел , выход задерживающей цепи сое динен с входом формировател  7 зад жанного сигнала, выход которого со динен -с запускающим входом триггер В, подсоединенного своим выходом к управл адёму входу элемента И 9, а второй (сбросовый )вход триггера 8 подсоединен к выходу первого форми вател  1 и входу сдвигового регист 10, выход второго формировател  2 соединен с сигнальным входом элеме та И 9, выход которого подсоединен к вторым входам .элементов И-НЕ 11 первые входы которых подсоединены к соответствующим выходам сдвигово регистра 10, подсоединенным также к одному из входов соответствующих элементов ИЛИ 13-,- 13,, вторые входы которых подсоединены к выходам соответствующих управл ющих триггеров 12  вл нтцимис  одновременно выходами соответствуктдих двоичных разр дов устройства, сбро совые входы управл ющих триггеров 12р, соединены со сбросовыгвыходом сдвигового регистра 10, а информационные входы каждого из управл ющих триггеров 12 соединены с выходами соответствуюттшх элементов И-НЕ И-j- 11,, кроме того, вьтходы всех элементов ИЛИ 13 соединены с управл югтими входами соответствующих аналоговых ключей 6-J- б задерживающей цепи. Устройство работает следующим образом. ;. Сигнал рабочей частоты (фиг.2а) поступает на вход формировател  1, на выходе которого вырабатываютс  короткие импульсы (фиг.2в), совпадаЮ1&1ие по времени с моментами перехода синусоиды о через нуль. Сдвинутый по фазе сигнал рабочей частоты (фиг.26) поступает на вход формировател  2, на выходе которого вырабатываютс  короткие импульсы (Лиг.2 г|, совпадающие по времени с моментами перехода синусоиды б через нуль. Импульсы с выхода Формировател  1 поступают на счетный ёход сдвигового регистра 10, на выходных клеммах которого с приходом каждого последующего иг/пульса 3 вырабатываютс  управл кчгие потенциалы , соответствующие уровню логической 1 (фиг.2 д,е,ж,|). По прошествии циклов в конце последнего происходит сброс сдвигового регистра в исходное состо ние , и процесс повтор етс  снова (на фиг.2 изображена временна  -. диаграмма четырехразр дной системы).В течение h шагов, задаваемых сдвиговым регистром, в задерживающей цепи устанавливаетс  сдвиг фаз, равный с выбранной дискретностью измер емому фазовому сдвигу и соответствующий коду, записанному управ-, л ющим триггером 12j,- 12,. Задерживаетца  цепь 3 включает в себ  п калиброванных элементов задержки 4р, каждый последующий из которых по величине меньше предьтушего вдвое. Каждый элемент задержки запараллелен с аналоговым ключом &f - 6j,,B исходном состо нии все аналоговые ключи замкнуты и задерживающа  цепь закорочена, так что величина вносимого сдвига фаз равна нулю. С началом первого измерительного цикла потенциал логической 1 с первого выхода сдвигового регистра 10 поступает на вход элемента ИЛИ 13 и с выхода этого элемента логическа  1 поступает на управлжоций вход аналогового ключа 6 i ключ размыкаетс ,включа  элемент задержки 4-i. Сигнал рабочей частоты задерживаетс  на этом элементе на соответствующую величину (на фиг.2, например, на 90°). Задержанный сигнал поступает на формирователь 7, на выходе которого выбираетс  короткий импульс, совпадающий по времени с моментом перехода задержанной синусоиды через нуль. Этот импульс поступает на запускающий вход триггера 8, н.а сбросовый вход которого подаютс  импульсы с выхода формировател  1. В результате на выходе триггера 8 вырабатываетс  потенциал логической 1, передний фронт которого совпадает по времени с переходом задержанной синусоиды через нуль, а Зсщний фронт - с окончанием периода опорного сигнала (фиг.2 и). Элемент И 9 анализирует наличие или отсутствие временного совпадени  импульса Z , определ кщего фазовый сдвиг между входными сигналами, с пьедесталом задержки. Если совпадени  нет, то на выходе элемента И 9 будет иметь место логический О, если есть - то логическа  1. Пусть в первом цикле не было временного совпадени  измерительного импульса Z с пьедесталом задержки (перва  задержка вз та равной 90°) т.е. внесенный задерживающей цепью сдвиг фаз больше измер емого. В этом случае на .выходе элемента И 9 будет иметь место логический О, на выходе

элемента И-НЕ 11 сохранитс  логическа  1, котора  ,поступив на вход управл ющего триггера 12(на втором входе которого также будет логическа  1),не перебросит его, оставив триггер в режиме хранени  информации В этом случае на выходе элемента ИЛИ 13 логическа  1 будет иметь место лишь до окончани  первого цикла , после чего она заменитс  логичеким О, и аналоговый ключ 6 снова замкнатс , закоротив элемент задержки 4. В следующем измерительном цикле, следовательно, может включитьс  вдвое меньшее врем  задержки, а затем вчетверо меньшее врем -задержки и т.д. пока в сдвиговом регистре не будут пройдены все п его состо ний. Вносимый элементами за-, держки фазовый сдвиг будет уменьшатьс  до тех пор, пока в одном из пе- риодов опорного сигнала измерительный импульс 2. с выхода формировател  2 не совпадет по времени с пьедесталом задержки. Как только это произойдет , на втором входе соответствующего элемента И-НЕ по витс  логическа  1, а на его выходе - логически О, который перебросит управл ющий триггер, вызвав по вление на его выходе логической 1, котора  будет иметь место до окончани  последнего цикла, после которого произойдет сброс триггера в исходное состо ние (фиг.1 о ).

В этом случае в тех циклах, где имеет место временное совпадение измерительного импульса 2. с пьедесталом задержки, логическа  1 удерживак ца  соответствукщие аналоговые ключи в разомкнутом состо нии не исчезнет с.выходов соответствующих элементов ИЛИ с окончанием цикла, а будет продолжать действо . вать с момента начала цикла, в пределах которого произошло совпадение, и до окончани  последнего цикла, определ емого разр дностью устройства (фиг.2 с,т,у,Ф ).

Таким образом, в случае временного совпадени  в предыдущем цикле измерительного импульса с пьедесталом задержки в последующем цикле отсчет в два раза уменьшающегос  времени задержки задерживающей цепи будет происходить не от нул , а от переднего фронта пьедестала задержки предыдущего цикла, на котором произошло совпадение. Следовательно , точность измерени  будет повышатьс  от периода к периоду. Двоичный код на выходе управл ющих триггеров, снимаемый перед сбросом их в исходное состо ние, однозначно определ ет угол сдвига фаз между опорным и измер емым сигналами. .

При выборе необходимого числа периодов измерени  (циклов) устройство позволит получить достаточно высокую точность измерени  угла сдвига фаз без включени  в схему генератора счетных импульсов. Тем .самым создаетс  возможность за

5 счет исключени  из схегфа дорогосто &тего , дефицитного, стабилизированного кварцевым резонатором генератора счетных иютульсов и св занных с ним дискретных элементов , создать унифицированный фазоизмерительный модуль дл  достаточно широкого диапазона частот, взаимозамен емый, ремонтопригодный , более надежный в работе и позвол ющий ,улучшить повтор е5 мость результатов при многократных измерени х одной и той же величины угла сдвига фаз.

Эффект повтор емости измерений достигаетс  за счет когерентности

0 задержанных эталонных сигналов

и сигналов рабочей частоты. Вследствие этого устран етс  присущий , устройству, содержащему генератор счетных импульсов, дрейф счетных

5 импульсов относ/ительно сигналов рабочей частоты и повышение точности измерени .

Uttnat

JL

П

п

Л.

п

П

r-J

Claims (1)

1. ДИСКРЕТНОЕ ФАЗОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО, содержащеё два формирователя, вход первого из которых соединен с первым (опорным ) входом устройства, а вход второго - с вторым (измерительным )входом и триггер, соединенный выходом с входом элемента И, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства и повышения точности измерения, в него введены задерживающая цепь, состоящая из последовательно соединенных уменьшающих по двоичному закону г{ элементов задержки, блок аналоговых ключей, каждый из которых подключен параллельно соответствующему элементу задержки, формирователь задержанного сигнала, п элементов И—НЕ, η управляющих триггеров, η элементов ИЛИ и сдвиговый регистр, причем вход задерживающей цепи соединен с входом первого формирователя, а выход с входом формирователя задержанного сигнала, выход которого соединен с запускающим входом триггера, соединенного выходом с управляющим входом элемента И, а второй (сбросовый ) вход триггера подсоединен к выходу первого формирователя и еходу сдвигового регистра, выход второго формирователя соединен с сигнальным входом элемента И, выход которого соединён с вторы¹ ми входами η элементов И-НЕ, первые входы которых подсоединены к соответствующим выходам сдвигового регистра, подсоединенным также к первым входам § соответствующих элементов ИЛИ, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих управляющих триггеров, являющимися одновременно,выходами соответствующих двоичных разрядов устройства, при этом сбросовые входы всех управляющих триггеров соединены со сбросовым выходом сдвигового регистра, а информационные входы каждого из управляющих триггеров соединены с выходами соответствующих элементов И-НЕ, кроме tqto, выходы всех элементов ИЛИ соединены с управляющими ’входами соответствующих аналоговых ключей.

   SU ,,, 1084695