SU1348745A2 - Цифровой фазометр мгновенных значений - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано при измерении статических характеристик флуктуации фазы сигнала и позвол ет повысить достоверность результата измерени  ширины диапазона изменени  переменной составл ющей фазового сдвига. Фазометр содержит формирователи 1 и 2, дискриминатор 5 опережени , формирователь 6 временных интервалов, генератор 7, элементы И 8 и 9, регистры 10 и 12, блок 11 вычитани  кодов, триггер 13 знака. пиковые детекторы 14 и 16, инвертор 15, блок 17 управлени , сумматор 18 и индикатор 19. В устройство введены триггер 3 управлени  и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 4, предназначенный дл  повторени  или инвертировани  (в зависимости от величины потенциала на выходе триггера 3 управлени ) одного из сигналов, подаваемых на вход формировател  6 временных интервалов, В устройстве устран етс  ошибка изменени  в тех случа х, когда измер ема  ширина диапазона измерени  превосходит разницу между верхним пределом измерени  фазометра и первым мгновенным значением сдвига фаз,фиксируемым в регистре 10 в начале измерительного цикла, но не превьш1ает предельно допустимой величины 180 . При этом обеспечиваетс  возможность сигнализации о вькоде измер емого параметра за допустимый предел, когда ширина диапазона измерени  превышает 180 .2 ил. с (Л 00 4 00 4 сл N)

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано при измерении статистических характеристик флуктуации фазы сигнала .

Цель изобретени  - повышение достоверности измерени  ширины диапазона изменени  переменной составл ющей фазового сдвига.

На фиг. 1 представлена структурна  схема цифрового фазометра мгновенных значений; на фиг. 2 - временные диаграммы, по сн ющие работу устройства.

Цифровой фазометр мгновенных значений содержит два входных формировател  1 и 2, триггер 3 управлени , элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 4, дискриминатор 5 опережени , формирователь 6 временных интервалов, генератор 7, элементы И 8 и 9, первый регистр 10, блок 11 вычитани  кодов, второй регистр 12, триггер 13 знака, первый пиковый детектор 14, инвертор 15, второй пиковый детектор 16, блок 17 управлени , сумматор 18, индикатор

19.

При этом выходы формирователей 1

и 2 подключены к входам формировател  6 временных интервалов и дискриминатора 5 опережени . Причем выход формир.овател  1 подключен через элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 4. Выход генератора 7 соединен с первыми входами элементов И 8 и 9, вторые входы которых объединены и подключены к выходу формировател  6 временных интервалов а выходы раздельно соединены: у элемента И 8 - со счетным входом первого регистра 10, у элемента И 9 - с входом второго регистра 12.

Информационные выходы пиковых детекторов 14 и 16 поразр дно соединены с соответствующими входами сумматора 18, выходы которого поразр дно подключены к входам индикатора 19. Вход блока 17 управлени  соединен с выходом второго формировател  2, первый его выход подключен к третьему входу элемента И 8, третий выход подключен к управл ющему входу первого регистра 10 и двух пиковых детекторов 14 и 16, второй выход подключен к управл ющему входу второго регистра 12, п тый выход подключен к первы управл ющим входам пиковых детекторов 14 и 16, шестой выход подключен к управл ющему входу цифрового инди0

5

0

5

катора 19, а четвертый выход подключен к первому входу триггера 13 знака .

Выход триггера 13 подключен к второму управл ющему входу блока 11 вычитани  кодов, второй вход триггера 13 знака объединен с первым управл ющим входом блока 11 вычитани  кодов и подключен к выходу дискриминатора 3 опережени . Первый информационный вход блока 11 вычитани  кодов поразр дно соединен с информационным выходом регистра 10, второй информационный вход поразр дно соединен с информационными выходами регистра 12, выходы блока 11 вычитани  кодов поразр дно подключены к входам пиковых детекторов 14 и 16, а управл ю-, щий выход блока 11 вычитани  кодов подключен непосредственно к второму управл ющему входу первого пикового детектора 14 и через инвертор 15 - к второму управл ющему входу второго пикового детектора 16.

Кроме того, вход триггера 3 управлени  соединен с выходной щиной переноса сумматора 18, а выход подключен к входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

0 ИЛИ 4.

Каждый из пиковых детекторов 14 и 16 содержит регистр 20, блок 21 сравнени  кодов и элемент И 22. Первый кодовый вход блока 21 сравнени  ко5 дов поразр дно объединен с информационным входом регистра 20,  вл ющимс  информационным входом пикового детектора 14 (16), второй информационный вход поразр дно объединен с выхо0 дом регистра 20,  вл ющимс  выходом пикового детектора 14 (16), а выход блока 21 сравнени  кодов подключен к первому входу элемента И 22, выход которого соединен с вторым управл 5 ющим входом регистра 20, а второй и третий входы  вл ютс  первым и вторым управл ющими входами цифрового пикового детектора 14 (16).

В качестве входных формирователей

0 1 и 2 могут быть использованы фазо- стабильные усилители-ограничители,

Формирователь 6 временных интервалов выполн етс  по схеме с перекрытием и обеспечивает вьщеление времен-.

5 ного интервала, пропорционального фазовому сдвигу в диапазоне от +180 до -180.

Дискриминатор 5 опережени  определ ет знак мгновенной разности фаз.

Если опорный сигнал отстает от исследуемого , то дискриминатор 5 опережени  выдает на своем выходе высокий потенциал, соответствующий положительному сдвигу фаз. В противном случае, на его выходе присутствует низкий потенциал, что соответствует отрицательному фазовому сдвигу.

В качестве эталонного генератора 7 может быть применен генератор пр моугольных импульсов, частота которого стабилизирована с помощью кварцевого резонатора.

Первый регистр 10 фиксирует и пом нит в течение всего измерительного цикла первое мгновенное значение фазового сдвига. Регистр 10 представл ет собой счетчик импульсов. Допускаетс  также фиксирование и запоминание регистром 10 некоторого среднего значени  сдвига фаз, вычисленного за определенный промежуток времени.

Второй регистр 12 представл ет собой счетчик импульсов, но фиксирующий текущие мгновенные значени  фазовых сдвигов за каждый период вход- ных сигналов.

Пиковые детекторы 14 и 16 формируют за врем  измерительного цикла с помощью регистра 20 и блока 21 сравнени  кодов максимальное отклонение сдвига фаз в сторону больших (детектор 14) и меньших (детектор 16 значений относительно первого значени , запомненного в регистре 10. Регистр 20 может быть выполнен на D- триггерах, D-входы которых  вл ютс  информационными входами регистра, а С-входы объединены и подключены к вы ходу элемента И 22, Блок 21 сравнени кодов выдает на своем выходе высокий разрешающий запись очередного мгновенного значени  отклонени  в регист 20 потенциал, если это значение по абсолютной величине превьщтает величину отклонени , ранее записанную в регистр 20. Запись большего значени  отклонени  в регистр 20 производитс  по команде (фиг. 2д), поступающей с п того выхода блока 17 управлени  после окончани  измерени  каждого текущего мгновенного значени  фазового сдвига.

Сумматор 18 предназначен дл  вычислени  ширины диапазона изменени  переменной составл ющей фазового сдвига путем сложени  максимальных отклонений сдвига фаз в сторону боль

0

0

ших и в сторону меньших значений относительно первого значени , запомненного в начале цикла, и представл ет собой логический сумматор.

Индикатор 19 включает в себ  регистр пам ти, выполненный на D-триг- герах, дешифратор и индикатор состо ний . Перепись результата измерени  в регистр пам ти осуществл етс  по команде (фиг. 2з), подаваемой на С- входы D-триггеров с шестого выхода блока 17 управлени .

При необходимости индикатор 19 может содержать регистрирующее устройство . Вместо перечисленных вьш1е функциональных узлов индикатор 19 может содержать устройство сопр жени  с ЭВМ.

Блок 17 управлени  содержит врем - задающий счетчик, определ ющий длительность измерительного цикла (фиг. 2ж), и формирователи команд, выполненные на генераторах одиночного им- 5 пульса (одновибраторах, выдающих по перепаду из логической 1 в логический О короткие отрицательные импульсы ) , элементах задержки, инверторах и триггере с раздельными вхо- 0 дами.

Блок 11 вычитани  кодов служит дл  получени  текущей разности (мгновенного значени  отклонени ) между мгновенными значени ми фазовых сдвигов , периодически записываемыми в регистре 12, и первым значением фазового сдвига, зафиксированным в начале измерительного цикла в регистре 10 с учетом их знаков.

На выходе блока 11 вычитани  кодов формируетс  код, соответствующий абсолютному значению текущей разнос-

5

кущей разности. При этом плюсу соответствует высокий потенциал, а минусу - низкий потенциал.

Блок 11 вычитани  кодов может быть выполнен на логических сумматорах (например, 155 ИМЗ), элементах ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элементах И и элементах НЕ.

Триггер 13 знака предназначен дл  запоминани  знака первого значени  сдвига фаз, занесенного в начале измерительного цикла в регистр 10, и может быть выполнен на D-триггере. Запоминание осуществл етс  по команде с четвертого выхода блока 17 управлени , подаваемой по окончании

измерени  первого значени  фазового сдвига.

Элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 4 предназначен дл  повторени  или инвертиро- вани  (в зависимости от величины потенциала на выходе триггера 3 управлени ) одного из сигналов, подаваемых на вход формировател  6 временных интервалов.

Цифровой фазометр работает следующим образом.

После включени  цифровой фазометр устанавливаетс  в исходное состо ние, при котором элементы И 8 и 9 закрыты низким потенциалом с выхода формировател  6 временных интервалов, регистры 10,12 и 20 (в пиковых детекторах 14 и 16) наход тс  в нулевом состо нии. При этом на первом выходе блока 17 управлени  по вл етс  высокий потенциал (фиг. 2к), который подготавливает к открыванию элемент И 8.

Цифровые пиковые детекторы 14 и 16 и цифровой индикатор 19 заблокиро- ваны низким потенциалом с п того (фиг. 2д) и шестого (фиг. 2з) выходов блока 17 управлени . На тактовом входе триггера 13 знака по вл етс  низкий потенциал (фиг. 2л), поданный с четвертого выхода блока 17 управлени .

Триггер 3 управлени  может находитьс  в произвольном положении.

При поступлении исследуемого U, (фиг. 2а) и опорного U (фиг. 26) сигналов на выходе формировател  6 времешых интервалов по вл етс  импульс положительной пол рности (фиг. 2в), длительность которого про- 1порциональна измер емой мгновенной разности фаз. При этом поскольку на один из входов формировател  6 поступает либо пр мой, либо проин- вертированный (в зависимости от сое- то ни  триггера 3 управлени ) входной сигнал, то длительность его выходного импульса может либо непосредственно соответствовать измер емому фазовому сдвигу, либо иметь дополни- тельную добавку, пропорциональную 180 и не вли ющую на нормальную работу фазометра.

Этот импульс открывает элементы И 8 и 9, через которые высокочастот- ные колебани  генератора 7 поступают на входы регистров 10 и 12. Одновременно на информационный вход триггера 13 знака и второй управл ющий

вход блока 11 вычитани  кодов с выхода дискриминатора 5 опережени  подаетс  потенциал, величина которого соответствует знаку переменного первог значени  фазового сдвига.

По окончании первого импульса закрываютс  элементы И 8 и 9. В регистрах 10 и 12 оказываетс  записанным первое значение фазового сдвига. После чего на первом и четвертом выходах блока 17 управлени , на вход которого подаютс  пр моугольные импульсы типа меандр (фиг. 2г) с выхода одного из входных формирователей (1 или 2),происходит одновременное изменение потенциалов. На первом выходе блока 17 управлени  по вл етс  низкий потенциал (фиг. 2к), который блокирует элемент И 8 до конца измери- тельного цикла, а на четвертом выходе - высокий потенциал (фиг. 2л), в момент по влени  которого (перепадом из логического О в логическую 1) в триггере 13 осуществл етс  фиксаци  (также до конца измерительного цикла) знака первого значени  фазового сдвига.

В результате того, что в регистрах 10 и 12 оказалось записанным одно и то же число с одним и тем же знаком, на выходе блока 11 вычитани  кодов формируетс  код разности, равный нулю . Перед началом следующего измерени , по команде (фиг. 2е) с второго выхода блока 17 управлени , регистр 12 обнул етс .

В момент по влени  второго и последующих импульсов на выходе формировател  6 высокочастотные импульсы генератора 7 периодически поступают на вход регистра 12, в результате чего в нем записываютс  числа, соответствующие т екущим мгновенным значени м фазовых сдвигов за каждый период поступающих на вход фазометра сигналов 1)4 и Uj. При этом на выходе /блока 11 вычитани  кодов периодически формируетс  код соответствующий абсолютному значению разности между текущими значени ми сдвига фаз, записываемыми в регистре 12, и первым значением фазойого сдвига, зафиксированным в регистре 10 на врем  измерительного цикла. Знак текущей разности , формируемый на управл ющем выходе блока 11 вычитани  кодов, зависит как от знака первого значени  фазового сдвига, поступающего на второй управл ющий вход блока 11 с выхода триггера 13, так и от знака текущих значений фазовых сдвигов, который формируетс  на выходе дискриминатора 5 опережени  в моменты по влени  импульсов на выходе формировател  6.

При этом в зависимости от знака, сформированный за каждый период входных сигналов код текущей разности обрабатываетс  либо в пиковом детекторе 1Д, в котором за врем  измерительного цикла формируетс  код, соответствующий максимальному отклонению фазового сдвига от своего первого значени  в сторону увеличени , либо в пиковом детекторе 16, в котором за это врем  формируетс  код, соответствующий максимальному отклонению фазового сдвига от своего первого значени  в сторону уменьшени .

Результат измерени , соответствующий ширине диапазона изменени  переменной составл ющей фазового сдвига, получаетс  путем сложени  полученных значений максимальных отклонений фазовых сдвигов в сторону увеличени  и в сторону уменьшени  относительно первого значени  в сумматоре 18. В конце измерительного цикла этот результат по команде (фиг, 2з), поступающей с шестого выхода блока 17 управлени  переноситс  в регистр пам ти индикатора 19.

По окончании измерительного цикла по команде (фиг, 2и) с третьего выхода блока 17 управлени  регистры 10, 12 и 20 (в пиковых детекторах 14 и 16) сбрасываютс  в нулевое состо ние и весь фазометр приводитс  в исходное положение.

Если измер ема  ширина диапазона изменени  переменной составл ющей фазового сдвига не превысила предельно допустимой дл  данного фазометра величины, равной 180°, а посто нна  составл юща  измен ющегос  во времени фазового сдвига была такова, что не смогла возникнуть ситуаци , в которой измер ема  ширина диапазона оказалась бы большей, чем разница между верхним пределом измерени  (+180 или -180°) и первым мгновенным значением сдвига фаз, зафиксированным в регистре 10 в начале измерительного цикла, то цифровой фазометр сразу вьщает правильный результат,

I Если же по какой-либо причине из мер ема  ширина диапазона изменени 

переменной составл ющей фазового сдвига оказалась больше разницы между верхним пределом измерени  фазо- метра и первым мгновенным значением сдвига фаз, то за счет того, что часть мгновенных значений фазовых сдвигов в процессе измерени  попадает в этом случае через точку разрыва на другое плечо характеристики (в область противоположных по знаку значений), все эти мгновенные значени  попадают дл  анализа величины максимального отклонени  совсем в

другой пиковый детектор, И фазометр ошибочно определ ет, будто измен ющийс  во времени фазовый сдвиг в течение этого измерительного цикла максимально отклон лс  от первого мгновенного значени  в одну сторону до +180°, а в другую сторону - до -180 , Результат измерени  в первом измерительном цикле оказываетс  недостоверным .

Однако как только резупьтирующг код в сумматоре 18 превысит велич; соответствующую пределу измерени  цифрового фазометра, равному 180 , на выходной шине переноса сумматора

18 возникает перепад напр жений, опрокидывающий триггер 13 управлени . Один из входных сигналов, поступающих на вход формировател  6 временных интервалов через элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 4, начинает инвертироватьс , что обеспечивает смещение на 180 измен ющегос  во времени фазового сдвига вдоль характеристики фазометра.

Теперь, если в последующих циклах

измер ема  и ирина диапазона изменени  переменной составл ющей фазового сдвига не превысит предельно допустимой дл  фазометра величины 180 , все дальнейшие отсчеты будут достоверными , поскольку в этом случае в процессе измерени  исключаетс  веро  тность попадани  одной части измер емых мгновенных значений переменного сдвига фаз на одно плечо, а другой части мгновенных значений через точку разрыва на другое плечо этой характеристики.

Если измер ема  ширина диапазона изменени  переменной составл ющей фазового сдвига превьш1ает 180 , вследствие чего в данном фазометре н принципе становитс  невозможным получить достоверный результат, триггер 3 управлени  будет посто нно в каж

1

дом цикле измен ть свое состо ние на противоположное, что, в свою очередь можно использовать дл  сигнализации о выходе измер емой величины за допустимый предел.

Таким образом, преимущество пред- (лагаемого фазометра перед известным заключаетс  в поььшенмой достоверности измерени  ширины диапазона изменени  переменной составл ющей фазового сдвига, котора  достигаетс  за счет введени  в его состав элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и триггера управлени . При этом устран етс  ошибка измерени  в тех случа х, когда измер ема  ширина диапазона изменени  превосходит разницу между верхним пределом измерени  фазометра и первым мгновенным значением сдвига фаз, -фиксируемым в первом регистре в начале измерительного цикла, но не превышает предельно допустимой величины

и а

348745

10

180°,и обеспечиваетс , возможность сигнализации о выходе измер емого параметра за допустимый предел, когда ширина диапазона изменени  превьппает 180.

10

Claims (1)

1. Формула изобретени  Цифровой фазометр мгновенных значений по авт.св. № 1270718, отличающийс  тем, что, с целью -. повьш1ени  достоверности измерени  ширины диапазона изменени  переменной составл ющей фазового сдвига, в него 15 введены элемент ИСКЛОЧАЮи(ЕЕ ИЛИ и

   триггер управлени , вход которого соединен с выходной шиной переноса сумматора , а выход подключен к входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом одного з формирователей, а выход - с входами формировател  временных интервалов и дискриминатора опережени .

   20

   л

   I

   II

   Ts:

   Tu.

   -i -t

   Фие.2

   Редактор Ю. Середа

   Составитель С. Кулиш Техред М.Ходанич

   Заказ 5185/44

   Тираж 729Подписное

   ВНГОШИ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035 Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   Производстве но-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна  4

   Корректор О.Кравцова