SU1430907A1

SU1430907A1 - Цифровой фазометр-частотомер

Info

Publication number: SU1430907A1
Application number: SU874206537A
Authority: SU
Inventors: Владимир Викторович Хворенков; Александр Георгиевич Прозоров; Сергей Валентинович Лощенов
Original assignee: Ижевский механический институт
Priority date: 1987-03-06
Filing date: 1987-03-06
Publication date: 1988-10-15

Abstract

Изобретение служит дл повышени быстродействи и точности измерени фазового сдвига. Фазометр-частотомер работает по принципу преобразовани сдвига фаз (или периода) в интервал времени с помощью формирователей 1 и 7 импульсов и триггера 8. Далее интервал времени преобразуетс с помощью двоичных счетчиков 3 и 10 и генератора 4 фиксированной частоты в код. Последний затем преобразуетс в сопротивление цифроаналоговыми преобразовател ми (ЦАП) 6 и 12. Полученные на выходе ЦАП 6 и 12 сопротивлени вход т в состав мостовой измерительной схемы, в которую вход т также весовые резисторы 13, 14, 16 и входное сопротивление аналого-цифро- . вого преобразовател (АЦП) 19. Весовые резисторы 13, 14 и 16 подключаютс в разной комбинации в аависимости от измер емого параметра (фаза, частота ) . В диагонал х моста включены источник 15 опорного напр жени и компаратор 17. Выходной сигнал последнего управл ет состо нием АЦП 19. В результате автоматической балансировки моста -выходной код АЦП 19 дает значение фазы или частоты Введенные , лини 2 задержки, коммутаторы 5 и 11 и двоичный счетчик 10 обеспечивают одновременное измерение как периода, так и фазового сдвига. Это.также упрощает схему кoм yтaции. и, следовательно , уменьшает ошибку измерени . На чертеже показаны также элемент ИЛИ 9 и «аналоговые ключи 18 и 20. 1 ил. (О (Л

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения сдвига фаз и частоты исследуемого сигнала в широ- $ ком диапазоне частот.

Цель изобретения - повышение быстродействия и точности устройства за счет повышения частоты измерений исследуемого сигнала. Ю

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Первый .канал содержит первый φορ-ί мирователь 1 импульсов, выходом соединенный с входом линии 2 задержки, и выход которой подключен к первому входу первого двоичного счетчика 3, вторым входом соединенного с первым выходом генератора 4 фиксированной частоты, а выходом - с кодовым входом20 коммутатора 5, другой вход которого связан с выходом формирователя 1, а выход - с кодовым входом первого цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 6.

Второй канал включает в себя вто- 25 рой формирователь 7 импульсов, триггер 8, нулевой вход которого соединен с выходом первого формирователя 1, а единичный вход - с выходом второго формирователя 7, элемент ИЛИ 9, к jq первому входу которого подключен выход линии 2 задержки, а к второму входу - выход триггера 8, Выход элемента ИЛИ 9 соединен с первым входом второго двоичного счетчика 10, кодовый вход которого соединен с вторым выходом генератора 4 фиксированной частоты. Кодовый выход второго двоичного счетчика 10 подключен к кодовому входу коммутатора. 11, другой вход которого соединен с выходом формирователя 7, а выход с кодовым входом второго ЦАП 12.

Измерительная часть устройства содержит первый ЦАП 6, первый выход ко-45 торого соединен с первыми клеммами первого 13 и второго 14 весовых резисторов и первой’ клеммой источника 15 опорного напряжения. Второй выход первого ЦАП 6 соединен с первым выходом второго ЦАП 12, первой клеммой третьего весового резистора 16 и первым входом компаратора 17. Второй вход компаратора 17 подключен к выходу первого аналогового ключа 18 и первому входу декодирующей сетки аналого-цифрового преобразователя (АЦП)

19. Первый и второй входы аналогового ключа 18 соединены с вторыми клемма ми первого 13 и второго 14 весовых резисторов соответственно , управляющий вход соединен с выходом АЦП 19 и управляющим входом второго аналогового ключа 20, первый и второй входы которого подключены к второму выходу второго ЦАП 12 и второй клемме третьего весового резистора 16, а выход - к второму входу декодирующей сетки АЦП 19 и второй клемме источника 1 5 опорного напряжения. Второй вход АЦП 19 соединен с выходом первого формирователя 1, первый вход - с выходом компаратора 17, а кодовый выход является выходом устройства.

Принцип работы устройства основан на преобразовании измеряемой разности фаз if и частоты исследуемого сигнала во временные интервалы ΐ _х и Т_х, которые заполняются импульсами генератора фиксированной частоты, а полученные коды чисел η и N цифроаналоговыми преобразователями преобразуются в‘ величины сопротивлений плеч мостовой схемы. Выбор весовых резисторов (R,j и R ₁₄ = R_f6) и коэффициентов градусной и частотной шкал АЦП производится из следующих соотношений.

Первый цикл измерений - измерение сдвига фаз. Баланс моста имеет вид: Кдцп f5 = К цдп n'.R_n» &ц,лп 6 ⁼ R₃< N,

R υ,Λπ f2 ⁼ R 31 ‘ ^п»

Ram	19	= R	31' ®>
где R₃₁		величина сопротивления
		младшего разряда АЦП и ЦАП
m	-	код	числа АЦП	при измере-
		НИИ	Чо
η	—	код	импульсов	за интервал
		^х >
N >	·—	код	импульсов	за интёр-
		вал	Τχ.

__ Rgr n-Ris _ η _ ^R ₃1‘ ^{m =} “r~~N ⁼ n’^k^>

360^е.

Если сдвиг фаз равен 0 или 360°, т.е. = 360°, то 2.= тогда R₃₍· m = R , причем m ^β 360°, R = = R ₃₁· 360.

Второй этап измерений - измерение частоты. Уравнение баланса имеет вид: R μ' R fl R% ^{Ацл f9 = =} r“n·

Учитывая, что N - Т_х, где Т_х - период измеряемого сигнала, уравнение имеет вид: .

М' = R*„/RV t = =- = f_x, где Μ' - код числа АЦП при измерении частоты, t - период следования импульсов генератора фиксированной частоты.

Приняв К = =----, получают к 14 · t

1.5

Когда К = 1, 10..., получают значения R₁₄ для различных масштабов измерения частоты.

Устройство работает следующим образом.

При включении питания двоичные счетчики 3 и 10, ЦАП 6 и 12, декодирующая сетка АЦП 19 и триггер 8 устанавливаются в нулевое состояние. Им- 25 пульсы, вырабатываемые генератором фиксированной частоты, двоичными счетчиками не считаются, так как нет разрешающего импульса с формировате·* ля 1. Аналоговые ключи 18 и 20 включены так, что в плечи мостовой изме30 рительной цепи включены АЦП 19, ЦАП и 6, весовой резистор 13. Исследу еьые сигналы характеризуются одинаковой частотой f_x и некоторым сдвигом фаз Они одновременно поступают на входы формирователей 1 и 7. Оба формирователя вырабатывают каждый по одному короткому импульсу при переходе исследуемого сигнала из отрицательной области в положительную. С ^z выхода формирователя 1 импульс пос-, тупает на второй вход АЦП 19 и запускает его, но ЦАП 6 и 12 находятся в нулевом состоянии, поэтому на выходе . АЦП 19 тоже нулевой уровень. Одно- * временно импульс поступает на нулевой вход триггера 8, на выходе которого устанавливается О. Этот же импульс с выхода формирователя 1 поступает на вход линии 2 задержки, с 50 выхода которой идет на вход установки в 0 двоичного счетчика 3 и на первый вход элемента ИЛИ 9, а затем на вход установки в 0 двоичного счетчика 10. Оба счетчика 3 и 10 обнули- 55 гатся и начинают считать импульсы, поступающие на них с генератора 4 фиксированной частоты. Импульс с выхода формирователя 1, минуя линию 2 задержки, поступает на вход коммутатора 5, открывает его, но двоичный счетчик 3 к этому времени еще не открыт, т.е. на его выходе присутствует нулевой код, который переписывается через коммутатор 5 на ЦАП 6.

При переходе исследуемого сигнала, подаваемого на вход формирователя 7, из отрицательной области в положительную формирователь 7 вырабатывает импульс. Этот импульс поступает на первый вход коммутатора 11, открывает его, и код импульсов η со счетчика 10, пропорциональный сдвигу фаз, переписывается в ЦАП 12, где преобразуется в соответствующее сопротивление. Одновременно импульс с выхода формирователя 7 поступает на единичный вход триггера 8, на выходе которого устанавливается уровень 1. Этот уровень через элемент ИЛИ 9 поступает на вход счетчика 10, обнуляет его и . поддерживает такое состояние до тех пор, пока на нулевой вход триггера 8 не поступает импульс с формирователя 1, который означает конец первого и начало второго периодов исследуемого · сигнала. Этот импульс открывает коммутатор 5, код импульсов Ν, пропорциональный периоду исследуемого сигнала, переписывается из счетчика 3 в ЦАП 6, где преобразуется в пропорциональное ему сопротивление. Этот же импульс обнуляет счетчики 3 и 10, и их к новому счету. Одновременно импульс поступает на АЦП 19 и запускает его. АЦП 19 начинает уравновешивать плечи мостовой схемы. По окончании уравновешивания компаратор 17 вырабатывает на выходе импульс, который поступает на первый вход АЦП 19, фиксирующий на своем кодовом выходе код числа, соответствующий сдвигу фаз. Затем АЦП 19 на другом своем выходе вырабатывает импульс, который перебрасывает аналоговые ключи 18 и 20 во второе состояние, когда в плечи мостовой схемы включены АЦП 19, весовой резистор 16, ЦАП 6 и весовой резистор 14. Такая цепь позволяет измерять частоту исследуемого сигнала. После того, как 'схема уравновешена, компаратор 17 вырабатывает импульс, поступающий на вход АЦП 19, который фиксирует на своем кодовом выходе код числа, соответствующий частоте

1430907 ⁶ исследуемого сигнала, а на другом выходе формирует импульс, который перебрасывает аналоговые ключи 18 и 20 в исходное состояние.

Повышение частоты измерений' исследуемого сигнала, приводит к повышению быстродействия и точности»

Claims

Формула изобретения

Цифровой фазометр-частотомер, содержащий первый и второй формирователи импульсов, триггер,. ВХОД которого 1 соединен с выходом первого формирователя импульсов, двоичный счетчик, счетный вход которого соединен с выходом генератора фиксированной частоты, первый резистивный цифроаналогог/ j вый преобразователь, первый выход которого соединен'с первыми клеммами первого и второго весовых резисторов и первой клеммой источника опорного напряжения, а второй выход соединен ; с первым выходом второго резистивного цифроаналогового преобразователя, первой клеммой третьего весового резистора и первым входом компаратора, первый аналоговый ключ, первый я в ; второй входы которого соединены соответственно с. вторыми клеммами первого и второго весовых резисторов, а выход соединен с вторым входом компаратора и первым входом резистивной декодирующей сетки аналого-цифрового Преобразователя, а управляющий вход первого аналогового ключа соединен с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя и управляющим входом второго аналогового ключа, первый и второй входы второго аналогового ключа соединены соответственно с вторым выходом второго резистивного цифро аналогового преобразователя и с второй. клеммой третьего весового резистора, а выход ключа соединен с вторым входом декодирующей сетки аналогоцифрового преобразователя и второй клеммой источника опорного напряжения, первый вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом компаратора, а кодовый выход аналого-цифрового преобразователя является выходом фазометра-частотомера, отличающийся тем, что, с· целью повышения быстродействия и точности измерений, в него введен второй двоичный счетчик, два коммутатора, элемент ИЛИ и линия задержки, вход которой соединен с выходом первого формирователя импульсов, а выход - с первым входом первого двоичного счетчика и первым входом элемента ИЛИ, единичный вход триггера соединен с выходом второго формирователя импульсов, а выход - с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу второго двоичного счетчика, счетный вход которого соединен с выходом генератора фиксированной частоты, а выход - с кодовым входом второго коммутатора., первый вход которого соединен с выходом второго формирователя импульсов, а выход - с. входом второго резистивного цифроаналотового преобразователя, кодовый вход первого коммутатора соединен с выходом первого двоичного счетчика, первый вход первого коммутатора соединен с выходом первого формирователя импульсов, 'а выход - с входом первого резистивного цифроаналогового преобразователя, причем выход первого формирователя импульсов подключен к второму входу аналого-цифрового преобразователя.