SU1112306A1 - Фазоизмерительное устройство - Google Patents

Abstract

ФАЗОИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО , содержащее два блока преобразовани  фазы, первые входы которых соединены с выходом первого источника входных сигналов, второй вход первого блока преобразовани  фазы соединен с выходом второго источника входных сигналов непосредственно , а второй вход второго блока преобразовани  фазы соединен с ним фазосдвигаю1чую цепь, первые выходы первого и-второго блоков преобразовани  фазы подключены к первой группе входов блока пространственно- временного разделени  импульсов , два первых выхода которого соединены с входами реверсивного счетчика, на выходе которого включен ивдикатор нулевого состо ни , выход которого соединен с входом элемента НЕ и первым входом блока управлени , другие четыре входа которого подключены к вторым выходам блоков преобразовани  фазы, а п тый вход соединен с выходом элемента ИЛИ, выходы блоки управлени  подключены к входам установки и сброса триггера знака, выходы которого подключены к вторым входам блока пространственного разделени  импульсов, вход установки нул  реверсивного счетчика соединен с первьм входом элемента ИЛИ и выходом формировател  установки нул , отличающее с   тем, что, с целью повьшени  его разрешающей способности, в него введены две фазосдвигающие цепи и два блока преобразовани  фазы, первые входы которых соединены с вхо (Л дом первого источника входных сигналов , а вторые входы через допол-. нительные фазосдвигающие цепи соединены с входом второго источника .входных сигналов, второй и третий входы элемента ИЛИ подключены к дополнительным выходам блока пространственно-временноТго разделени  им|С пульсов, к третьему входу которого подключен ьыход элемента НЕ, первые 00 выходы дополнительных блоков преобразовани  фазы подключены к четвертой группе входов блока пространственно-временного разделени  импульсов , а вторые выходы соединены с остальными входами блока управлени .

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и предназначено дл  измерени  сдвига фазы мезкду двум  электрическими сигналами путем реверсивного счета циклов. Известно фазоизмерительное устро ство с рейерсивньм счетом циклов, содержащее два блока преобразовани  фазы, включающие по одному фаэоаналоговому преобразователю в оптическом , диапазоне частот, одному триггеру Шитта и паре формирователей счетных импульсов ка эдый, фазосдвигакицую цепь, блок пространствен но-временного разделени  счетных импульсов, реверсивный счетчик с ин дикатором нулевого состо ни jтриггер знака с узлом управлени  и формирователь установки нул  1 . Недостаток этого устройства - ма ла  разрешающа  способность реверсивного счета циклов, составл юща  четверть периода. При применении, например, в лазерном измерителе перемещений это устройство позволЯет производить отсчеты перемещени  через каждую четверть периода длины волны лазерного излучени , что в р  случаев может оказатьс  недостаточным . И вестно фазоизмерительное устройство с реверсивным счетом циклов содержащее блоки преобразовани  фаз с двум  потенциальными и двум  импульсными выходами каждьм, один из которых соединен с двум  источниками входных сигналов непосредственно , а другой - с первым источником непосредственно, а с вторым через фазосдвигающую цепь со сдвигом Jr/2, блок пространственно-временного разделени  импульсов, соеди ненный с выходами блоков преобразовани  фазы, реверсивный счетчик с индикатором нулевого состо ни , подключенный по двум входам к выходам блока пространственно-временного разделени  импульсов, и по третьему - к формирователю установки нул , узел управлени , соединенн с потенциальными выходами блоков преобразовани  фазы и выходом индикатора нулевого состо ни , триггер знака, включенный между узлом управ лени  и блоком пространственно-временного разделени  импульсов, трехвходовой элемент ИЛИ, один из входов которого подключен к формирователю установки нул , а выход 06 2 к узлу управлени , и элемент НЕ,, подключенньй к индикатору нулевого состо ни  21, Недостатком известного устройства  вл етс  мала  разрешающа  способность реверсивного счета циклов, составл юща -четверть периода. Это ограничивает его применение, например , в лазерном динамометре, где требуетс  производить измереййе перемещений, составл ющих малые доли волны лазерного излучени . Одновременное же измерение фазового сдвига в пределах цикла при помощи вольтметра вызывает трудности при эксплуатации . Цель изобретени  - повышение разрешающей способности реверсивного счета циклов. Эта цель достигваетс  тем, что в фазоизмерительное устройство, содержащее два блока преобразовани  фазы, первые входы которых соединены с выходом первого источника входных сигналов , второй вход первого блока преобразовани  фазы соединен с выходом второго источника входных сигналов непосредственно, а второй вход второго блока пр1еобразовани  фазы соединен с ним через фазосдвигающую цепь, первые выходы первого и второго блоков преобразовани  фазы подключены к первой группе входов блока пространственно-временного разделени  имдульсов , два первых выхода которого соединены с входами реверсивного счетчика, на выходе которого включен индикатор нулевого состо ни , выход которого соединен с входом элемента НЕ и первым входом блока управлени , другие четыре входа которого подключены к вторым выходам блоков преобразовани  фазы, а п тый вход соединен с выходом элемента ИЛИ, выходы блока управлени  подключены к входам установки и сброса триггера знака, выходы которого подключены к вторым входам блока пррстранственнот временного разд(глени  импульсов, вход установки нул  реверсивного счетчика соединен с первым входом элемента ИЛИ и выходом формировател  установки нул , дополнительно введены две фазосдвигающие цепи и два блока преобразовани  фазы, первые входы которых соединены с входом первого источника входных сигналов, а вторые входы через дополнительные Фазосдвигающие цепи соединены с входом второго источника входных сигна лов, второй и третий входы элемента ИЛИ подключены к дополнительным выходам блока пространственно-временного разделени  импульсов к третьему входу которого подключен выход элемента НЕ, причем первые выходы дополнительных блоков преобраэовани  фазы подключены к четвертой группе входов блока пространственно-временного разделени  импульсов , а вторые выходы соединены с остальными входами блока управлени  . На фиг.1 изображена структурна  схема фазоизмерительного устройства с реверсивным счетом циклов; на фиг.2 - вариант вьтолнени  схемы блока пространственно-временного ра делени  импульсов; на фиг.З - вариант выполнени  схемы блока управлени ; на фиг.4 - вариант вьтолнени схемы блока преобразовани  фазы. Фазоизмерительное устройство содержит блоки 1-4 преобразовани  фазы, в кажцом из которых имеютс  два импульсных и два потенциальных выхода, фазосдвигающие цепи 5,6 и 7 со сдвигом фазы соответственноjT/2, Jr/4 и 30f/4, блок 8 пространственновременного разделени  импульсов, ре версивный счетчик 9 индикатор 10 нулевого состо ни , блок t1 управлени , триггер 12 знака, формирователь 13 установки нул , злемент ИЛИ 14, элемент НЕ 15, источники 16 и 1 входного сигнала. Епок 8 (фиг.2) содержит две пары элементов 4И-ИЛИ 18 и 19, подключен ные соответственно к выходам блоков t-4 преобразовани  фазы, два элемента И 20 и 21, два элемента ИЛИ 2 и 23 и два элемента 2И-ИЛИ 24 и 25. Блок 11 управлени  (фиг.З) содер жит два элемента 4И-ИЛИ 26 и 27 с трехвходовыми элементами И и два трехвходовых элемента И 28 и 29. Один из блоков 1-4 преобразовани фазы (фиг.4) содержит фазоаналоговы преобразователь 30, триггер Шмитта 31 и два формировател  32 и 33 импульсов . .Фазоизмерительное устройство работает следующим образом. На входы 1-4 преобразовани  фазы поступают непрерьгоные гармонические сигналы, причем на вторые входы блоков 2,3 и 4 сигналы поступают сдвинутыми соответственно на Jr /2, 06 4 jr/4 и 3Jf/4 фазосдвигающими цеп ми 5,6 и 7. Напр жени  на выходах фазоаналоговых преобразователей 30 блоков 1-4 в пределах ка адого 3т фазового сдвига пропорциональны этому сдвигу, { рафики выходных напр жений преобразователей 30 в функции фазы имеют вид пилообразных кривых, причем пилообразна  крива  напр жени  в блоке 2 сдвинута относительно кривой блока 1 на 7г/2, в блоке 3-jr/4 и в блоке 4 - на 3jr/4. Триггерами Шмитта 31 эти напр жени  преобразуютс  в пр моугольные кривые, а формирователи 32 и 33 от фронтов этих кривых образуют короткие счетные импульсы . Как пр моугольные напр жени  с выходов триггеров Шмитта (с потенциальных выходов блоков 1-4), так и счетные импульсы с выходов формирователей (с импульсных выходов этих блоков) поступают на блок 8 пространственно-временного разделени  импульсов. В реэультате того, что шаг фазового сдвига Между пилообразными кривыми фазоаналоговых преобразователей 30 блоков 1-4 составл ет jr/4, счетные импульсы также по вл ютс  с зтим шагом. Объедин  сь на выходах блока 8 пространственно-временного разделени , эти . импульсы поступают на реверсивный счетчик 9 через каждую }/8 периода изменени  фазы, что вдвое чаще, чем в известном устройстве. В результате разрешающа  способность ревер- сивного счета циклов фазового сдвига в предлагаемом устройстве в два раза вьше, чем в известных. Блок 8 пространственно-временного разделени  импульсов выполн ет функции объединени  счетных импульсов и их разделени  на два выхода в зависимости ит направлени  сдвига относительно некоторого начального значени , прин того за нулевое. В этом блоке первые элементы 4И-ИЛИ 18 и 19 объедин ют счетные импульсы, по вл ющиес  на выходах блоков 1 н 2, вторые элементы 4И-ИЛИ 18 и 19 работают от выходных импульсов 3 и 4. Если обозначить через , и D напр жени , по вл ющиес  иа первых потенциальных выходах блоков преобразовани  фазы 1-4 (с пр мых выходов триггеров Шмитта 31) А,, . и 3 напр жени  вторых потенциальных выходов этих блоков (с инверсных выхо$ ,11 дов триггеров иЬштта), А В Р, D/i - импульсные напр жени , сформированные , , по положительным перепадам напр жеНИИ А, В, С ИЗ) и через Л 0 и 1) импульсные напр жени , сформированные по отрицательным перепадам этих напр жений, то по вление импульсов на выходах элементов 4И-ИЖ 18 и 19, которые обозначены соответственно через Р, Q|M. и N,, может быть описано при помощи следуюпщх логических формул ,6 j 0-ЛВн+Ав +А,,В M )C,B ; .,0 При этом импульсы Р и М имеют место, если происходит изменение фазы в сторону увеличени , в дальнейшем они объедин ютс  элe eнтoм ИЛ 22, импульсы Q и N по вл ютс  при изменении фазы в сторону уменьшени  и объедин ютс  затем элементом ИЛИ 23. На элементах 2И-ИЛИ 24 и 25, управл емых триггером 12 знака, происходит разделение счетных импульсов на два выхода, свйзанные с входами реверсивного счетчика 9. При положительном значении фазы (триггер 12 знака находитс  ,в состо нии 1) и при изменении фазы в сторону увеличени  счетные импульсы с элемента Ш1И 22 проход т на выход через элемент 2И-ИЛИ 24 и поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 9. При том же значении фазы и обратном направлении ее изменени  счетные импульсы с элемента ИЛИ 23 проход т на выход через элемент 2И-ИЛИ 25, поступа  на вычитающий вход реверсивного счетчика 9. При отрицательном значении фазы (триггер 12 знака находитс  в состо нии О) импульсы поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 9 (через элемент 2И-ИЛИ 25 если фаза возрастает, и на суммирующий вход (через элемент 2И-Ш1И 24), если фаза убывает. Элементы И 20 и 21. предназначены дл  запрета прохождени  счетного им пульса, возникающего на выходе первых элементов-4И-Ш1И 18 и 19, в момент времени, когда реверсивный счетчик 9 находитс  в нулевом сое6 6 то нии. Этот импульс проходит на один из дополнительных выходов блока 3 и затем через элемент ИЖ 14 и блок 11 управлени  поступает на триггер 12 знака, измен   его состо ние . Благодар  запрету прохождени  счетного импульса на вход реверсивного счетчика 9 в момент, когда происходит изменение состо ни  триггера 12 знака, обеспечиваетс  высока  скорость реверсировани  устройства. Дл  ос5гществлени  такого запрета одни из выходов элементов И 20 и 21 соединены с выходом элемента НЕ 15. Нулевому состо нию реверсивного счетчика 9 могут соответствовать значени  фазы вблизи 0,1:г/2 1л или 3 i в зависимости от того, в какой момент произведена установка нул , следовательно, запрету подлежит один из импульсов, возникак цих на импульсных выходах блоков 1 и 2 преобразовани  фазы. Поэтому элемента И 20 и 21 включены после первых 4И-ШШ 18 и 19, объедин ющих эти импульсы. Блок 11 управлени  предназначен дл  управлени  триггером 12 знака, состо ние которого должно зависеть от знака фазового сдвига относительно некоторого начального значени , прин того за нулевое. Изменение или установка состо ни  триг гера 12 знака производитс  одним из импульсов, проход щим через элемент ИЛИ 14 с формировател  13 установки нул , или с выходов первых элементов 4И-ИЛИ 18 и 19 блока 8, в момент нулевого состо ни  реверсивного счетчика 9. Знак фазового сдвига в этот момент полностью определ етс  состо нием триггера Шмитта 31 блоков 1-4 преобразовани  фазы, т.е. напр жени ми на потенциальных выходах этих блоков. Если нулевому состо нию счетчика 9 , соответствует значение фазы вблизи , то при положительном фазовом сдвиге (в промежутке от О до -(.jr /4) имеютс  напр жени  на первом потенциальном выходе блока 1 и на вторых потенциальных йыходах блоков 3 и 4 (в соответствии с прин тыми вьше обозначени ми А., Ci 1 , При отрицательном фазовом сдвиге (промежуток от О до -Jt/4) напр жени  имеютс  только на вторых потенгщапъ ных выходах этих блоков (A,t, Ь). Аналогичным обр зом могут быть рассмотрены случаи, когда нулевому состо нию счетчика 9 соответствуют значени  фазы вблизи , (р ±|31 Потенциальные выходы блоков 1-4 преобразовани  фазы св заны с входа ми элементов 4И-ИЛИ 26 и 27 блока 1 управлени . Если обозначить выходные напр жени  этих элементов соответственно через X и V то их по  ление может быть описано следующими логическими формулами X-ACDt BCbt-ACB BCD i Y ACD«-feCb ACt 85l При этом напр жение V (на выходе элемента 4И-ИЛИ 26) имеет место при положительном сдвиге фазы относительно соответствующего нулевого значени , напр жение у (на выходе элемента 4И-ИЛИ 27) имеет место при отрицательном сдвиге фазы Импульс установки состо ни  триггера знака проходит с элемента ИЛИ 14 через элементы И 28 или 29, управл емые соответственно напр жени ми У и У с выходов элементов 4И-ИЛИ 26 и 27 и напр жением с выхода инди катора 10 нулевого состо ни . Если фазовый рдвиг положителен,то управл ющее напр жение (Х имеет место на входе элемента И 28, и импульс поступает через этот элемент на S-вход триггера 12 знака, привод  его в состо ние 1.. При отрицатель ном фазовом сдвиге управл ющее напр жение (У) имеетс  на входе элемента И 29. В этом случае импульс установки состо ни  триггера знака поступает на его С -вход, привед  в состо ние О. Таким образом, в предлагаемом фазоизмерительном устройстве величина вдвое разрешающа  способность реверсивного счета циклов по сравнению с известными устройствами, в нем также обеспечиваетс  высока  скорость реверсировани . Применение предлагаемого фазоизмерительного устройства с реверсивным счетом циклов обеспечивает возможность дальнейшего увеличени  разрешающей способности. Дл  этого требуетс  увеличение числа блоков преобразовани  фазы-с фазосдвигающими цеп ми и некоторое усложнение схем блока пространственно-временного разделени  импульсов и узла управлени . Если требуетс  производить счет через каждые Ui /v ( n четное число), то необходимо иметь h блоков преобразовани  фазы, i -1 фазосдвигающих цепей со сдвигом соответственно от / 2jr/n,..., , а в блоке пространственно-временного разделени  импульсов и в узле управлени  должны быть применены элементы i И-ИЛИ (вместо 4И-ИЛИ). Предлагаемое фазоизмерительнре устройство с реверсивньм счетом циклов может найти щрокое применение в прецизионных лазерных измерител х перемещений и вибраций, построенных по гетеродинной схеме. Оно позволит повысить разрешающую способность этих устройств, увеличить чувствительность и уменьшить погрешность измерений.

16

77

8

12

I

Ьй

дх.уст,.0

73

14

Ф1гг.1

«Ч

:ь

5у I

КзлеMeHflttf

15

дЬ(Л.

НзлеMeffmff

ШН/4

фуг. 2

Nr

x

8ьм.

Bbfx.

Claims (1)

1. ФАЗОИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее два блока преобразования фазы, первые входы которых соединены с выходом первого источника входных сигналов, второй вход первого блока преобразования фазы соединен с выходом второго источника входных сигналов непосредственно, а второй вход второго блока преобразования фазы соединен с ним че»· рез фазосдвигающую цепь, первые выходы первого и-второго блоков преобразования фазы подключены к первой группе входов блока пространственно-временного разделения импульсов, два первых выхода которого соединены с входами реверсивного счетчика, на выходе которого включен индикатор нулевого состояния, выход которого соединен с входом элемента НЕ и первым входом блока управления, другие четыре входа которого подключены к вторым выходам блоков преобразования фазы, а пятый вход соединен с выходом элемента ИЛИ, выходы блока управления подключены к входам установки и сброса триггера знака, выходы которого подключены к вторым входам блока пространствен ного разделения импульсов, вход установки нуля реверсивного счетчи ка соединен с первнм входом элемента ИЛИ и выходом формирователя установки нуля, отличающее с я тем, что, с целью повышения его разрешающей способности, в него введены две фазосдвигающие цепи и два блока преобразования фазы, первые входы которых соединены с входом первого источника входных сигналов, а вторые входы через допол-. нительные фазосдвигающие цепи соединены с входом второго источника входных сигналов, второй и третий входы элемента ИЛИ подключены к дополнительным выходам блока пространственно-временного разделения импульсов, к третьему входу которого подключен ьыход элемента НЕ, первые выходы дополнительных блоков преобразования фазы подключены к четвертой группе входов блока пространственно-временного разделения импульсов, а вторые выходы соединены с остальными входами блока управле- ния.

   .1 1112306 2