SU1638654A1 - Цифровой фазометр - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано дл  измерени  сдвига фаз между опорным и флуктуирующим измерительным сигналом той же частоты, например, при измерени х угловых координат. Цель изобретени  - повышение надежности работы, расширение диапазона частот и флуктуации измерительного сигнала. Устройство содержит формирователи 1 и 2 импульсов, элементы И 3 и 11, триггеры 4 и 9 уп равлени , делители 5 и 12 частоты, , блоки 6-8 выделени  временных сдвигов , счетчик 10 числа измерений, элементы ИЛИ 13 и 14, реверсивный счетчик 15 и генератор 16 квантующих импульсов. Цель достигаетс  формированием(трех импульсных последовательностей из измерительного и опорного сигналов, дополнительным сдвигом измерительных импульсных последовательностей на период опорного сигнала, измерением временных г сдвигов между попарными опорной и измерительными импульсными последовательност ми и накоплением результатов измерени  всех трех каналов. 1 з.п. - ф-лы, 3 ил. (Л

Description

оэ

00

оо

05

ел

Јь

Изобретение относитс  к измерительной технике, предназначено дл  измерени  сдвига фаз между опорным и флуктуирующим измерительным сигналом той же частоты и может исполь зоватьс , например, при измерении угловых координат.

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности работы, расширение диапазона частот и флуктуации измерительного сигнала.

На фиг. 1 изображена структурна  схема цифрового фазометра ; на фиг.2 блок-схема блока выделени  временных двигов; на фиг. 3 - временные диаграммы) работы цифрового фазометра .

Цифровой фазометр содержит первый 1 и второй 2 формирователи импульсов , -первый элемент И 3, первый триггер 4 управлени , первый делитель 5 частоты, первый 6, второй 7 и третий 8 блоки выделени  временных сдвигов, второй триггер 9 управлени , счетчик 10 числа измерений, второй элемент И 11, второй делитель 12 частоты, первый 13 и второй 14 элементы ИЛИ, реверсивный счетчик 15 и генератор 16 квантующи импульсов.

Каждый из блоков 6, 7 и 8 выделени  временных сдвигов содержит триггер 17, триггер 18, первый элемент И-НЕ 19 и второй элемент И-НЕ 20.

Вход первого формировател  1 импульсов соединен с опорным входом устройства, а вход второго формировател  2 импульсов - с измерительным входом устройства, причем выход первого формировател  1 импульсов соединен с первым входом первого элемента И 3, второй вход которого соединен с выходом первого триггера 4 управлени , а выход первого элемента И 3 соединен с входом первого делител  5 частоты, первый выход которого соединен с первым входом первого блока 6 выделени  временных сдвигов и вторым входом третьего блока 8 выделени  временных сдвигов. Второй выход первого делител  5 частоты соединен с первым входом второго блока 7 выделени  временных сдвигов, вторым входом первого блока 6 выделени  временных сдвигов и единичным входом второго триггера 9 управлени . Третий выход первого делител  5 частоты соединен с первым входом третьего, блока 8 выделени  временных сдвигов , вторым входом второго блока 7 выделени  временных сдвигов и входом счетчика 10 числа измерений, выход которого соединен с R-входа- ми,первого 4 второго 9 триггеров управлени . Выход второго формироQ вател  2 импульсов соединен с первым входом второго элемента И 11, второй вход которого соединен с выходом второго триггера 9 управлени . Второй R-вход триггера 9 сое5 динец со сбросовым входом первого делител  5 частоты, единичным входом первого триггера 4 управлени , со сбросовым входом второго делител  12 частоты, со сбросовым вхоQ дом реверсивного счетчика 15 и входом Пуск устройства. Первый, второй и третий выходы второго делител  12 частоты соединены с третьими входами соответственно первого 6,

5 второго 7 и третьего 8 блоков выделени  временных сдвигов . Первые выходы 6, 7 и 8 выделени  временных сдвигов соединены с входами первого элемента ИЛИ 13, выход которого соединен ссумми0 рующим входом реверсивного счетчика 15, а вторые выходы блоков 6, 7 и 8 выделени  временных сдвигов соединены с входами второго элемента ИЛИ 14, выход которого соединен с

5 вычитающим входом реверсивного счетчика 15. Выход генератора 16 квантующих импульсов соединен с четвертыми входами блоков 6, 7 и 8 выделени  временных сдвигов.

0

Каждый из блоков 6, 7 и 8 выделени  временных сдвигов содержит триггеры 17 и 18 и элементы Й-НЕ 19 и 20, причем первый вход 21 блока соединен

5 с S-входами триггеров 17 и 18, второй вход 22 - с R-входом триггера 17, инверсный выход которого соединен с первым входом элемента И-НЕ 19, а пр мой выход - с первым входом

0 элемента И-НЕ 20, третий вход 23 блока соединен с R-входом триггера 18, инверсный выход которого соединен с вторым входом элемента И-НЕ 20, а пр мой выход - с вторым входом эле- мента И-НЕ 19, четвертый вход 24 блока срединен с третьими входами элементов И-НЕ 19 и 20, выходы которых соответственно  вл ютс  первым I и вторым выходами блока.

На фиг. 3 обозначены:

Q - сигнал, поступающий на вход

& - импульсы на выходе первого ормировател  1 импульсов/

о - импульсы на выходе второго ормировател  2 импульсовJ

1 ,Л,Т - импульсы н  первом, втоом и третьем выходах первого делиел  5 частоты;

u,M, U - импульсы на первом втоом и третьем выходах второго делиел  12 частоты,

,СР- импульсы временных интер алов на пр мом выходе первого триггера 17 первого 6, второго 7 и третьего 8 блоков выделени  временных сдвигов;

Ж,П, X - импульсы временных интервалов на пр мом выходе второго триггера 18 первого 6, второго 7 и третг, его 8 блоков выделени  временных сдвигов ,

И, О, Ц- пакеты квантующих импульсов на первом выходе, первого 6, втоого 7 и третьего 8 блоков выделени  временных сдвигов;

К,С,Ч пакеты квантующих импульсов на втором входе первого 6, второго 7 и третьего 8 блоков выделени  временных сдвигов.

Цифровой фазометр работает следующим образом.

Входные сигналы через опорный и измерительный входы фазометра (фиг.1ч

поступают на входы первого и второго формирователей 1 и 2 импульсов, на выходах которых формируютс  им- пульсные последовательности

(Фиг.з8,Б).

Сигналом Пуск (фиг.Зй) производитс  установка в исходное нулевое состо ние первого и второго делителей 5 и 12 частоты на три, второго триггера 9 управлени , реверсивного счетчика 15 и в единичное состо ние первого триггера 4 управлени , который разрешает прохождение через первый элемент И 3 импульсов (фиг.З) опорного сигнала на вход первого делител  5 частоты, на трех выходах которого формируютс  импульсные последовательности (фиг.Зг,), сдвинутые друг относительно друга на период входного сигнала .

-

10

15

20

25

30

Второй после сигнала Пуск импульс опорного сигнала, снимаемый с второго выхода первого делител  5 частоты, устанавливает второй триггер 9 управлени  в единичное состо ние и разрешает прохождение измерительных импульсов (фиг.ЗЬ) на вход второго делител  12 частоты. На трех выходах второго делител  12 частоты формируютс  импульсные последовательности (фиг . ,м, (ft), сдвинутые друг относительно друга на период входного сигнала. Кажда  импульсна  последовательность дополнительно сдвинута на период опорного сигнала относительно импульсных последовательностей (Лиг,3Ј,А,т), формируемых на одноименных выходах первого делител  5 частоты, т.е. введен дополнительный фазовый сдвиг, равный периоду опорного сигнала, вследствие чего исключаетс  совпадение импульсов опорного и измерительного сигналов при флуктуации измерительного сигнала в пределах +360°.

Измерение фазового сдвига между опорным и измерительным сигналами производитс  между импульсными последовательност ми , снимаемыми с одноименных выходов первого и второго делителей 5 и 12 частоты, в которых истинный фазовый сдвиг отличаетс  от измеренного на 360°. Дл  исключени  этого дополнительного сдвига формируютс  вспомогательные временные интервалы , равные периоду опорного сигнала , начала которых совпадают с началом временного сдвига между опорным и измерительным сигналами поделенной частоты.

Формирование временных сдвигов между импульсными последовательност ми поделенной частоты и исключение дополнительного сдвига производитс  -блоками 6,.7 и 8 выделени  временных сдвигов.

Работа блоков 6, 7 и 8 выделени  временных сдвигов идентична.Рассмот- 50 рим работу первого блока 6 выделени  временных сдвигов.

На первый вход 21 блока (фиг.2) с первого выхода первого делител  5 частоты поступает опорна  импульсна  последовательность (фиг.3Ј) поделенной частоты, импульсы которой устанавливают триггеры 17 и 18 в единичное состо ние, формиру  начала вре35

40

45

55

менных интервалов (фиг.Зв, в момент времени t.Ha второй вход 22 блока с второго.выхода делител  5 частоты поступает импульсна  последовательность (фиг.З(Л), сдвинута  на один период опорного сигнала неделенной частоты, и устанавливает первый триггер 17 в исходное состо ние , формиру  конец вспомогательного интервала (момент t) .

Следующий измерительный импульс (фиг.Зб), пройд  через третий вход 23 первого блока 6, в момент t$ устанавливает второй триггер 18 в нулевое состо ние, формиру  конец временного сдвига.

Таким образом, на выходах триггеров 17 и 18 формируютс  временные интервалы, начала которых строго совпадают по времени, а длительности этих интервалов соответственно равны периоду опорного сигнала и периоду опорного сигнала плюс истинный временной сдвиг между опорным и измерительным сигналами неделенной частоты

Выделение истинного временного сдвига и формирование пакетов квантующих импульсов производитс  элементами И-НЕ 19 и 20.

При положительном сдвиге фаз конец временного интервала (фиг . 3,Ж,

момент Ц) задержан относительно конца временного интервала (фиг. 3,6, мо

мент

t,)

на

t 2 - tj между опорным

35

40

величину времени сдвига

и измеритепьным

импульсами неделенной частоты. В этом случае на первом и втором входах элемента И-НЕ 19 высокие уровни напр жений , снимаемые с инверсного выхода триггера 17 (фиг.Зе) и пр мого выхода триггера 18 (фиг.3(), перекрываютс  и на выходе элемента И-НЕ 19 формируетс  пакет квантующих импульсов низкого уровн  напр жени , которые через д5 первый выход блока 6 и первый элемент ИЛИ 13 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 15.

При отрицательном сдвиге фаз конец

Мерный интервал времен етс  количеством периодов сигнала поделенной частот танных счетчиком 10 числа импульс переполнени  кото етс  концом мерного интер мени и возвращает в исход  ние триггеры 4 и 9 управ торые запрещают прохожден и измерительных импульсов вый и второй элементы И 3 следующего по влени  сигн

Знак результирующего ч л етс  суммой чисел, полу положительных и отрицател гах фаз.

При преобладании суммы рицательного значени  рев счетчик 15 переходит чере состо ние и его двоичный етс  от большего числа к и старший знаковый разр д единичное состо ние, что сигналом съема информации ных выходов разр дов числ

временного интервала (фиг.З,, момент 5Q реверсивного счетчика 15.

t,j.) опережает конец временного интервала (фиг. 3,е, момент tf) на величину временного сдвига t 4 - t5 между измерительным и опорным импульсами неделенной частоты. В этом случае на первом и втором входах элемента И-НЕ 20 высокие уровни напр жени , снимаемые с пр мого выхода первого триггера 17 (фиг.3,б) и

55

При преобладании суммы ложительного значени  ста вый разр д находитс  в ну то нии и информаци  в это выдаетс  с пр мых выходов числовой члсти реверсивно ка 15.

Цифровой фазометр за сч ни  совпадени  опорного и

инверсного выхода второго триггера 18 (фиг., перекрываютс  и на выходе элемента И-НЕ 20 формируетс  пакет квантующих импульсов низкого уровн  напр жени , которые через второй выход блока 6 и второй элемент ИЛИ 14 поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 15.

Аналогично работают второй 7 (фиг.Зд,М,И,п,р,с) и третий 8 блоки (фиг .Зт,ц,ср, X, Ц, Ч) , сформированные пакеты квантующих импульсов которых через вторые и третьи входы элемен0

5

0

5

0

5

5 тов ИЛИ 13 и 14 поступают на входы реверсивного счетчика 15.

Таким образом, на выходе цифрового фазометра в виде двоичного кода формируетс  накопленна  за мерный интервал времени сумма квантующих импульсов , определ ющих сумму временных сдвигов между опорным и измерительным сигналами неделенной частоты .

Мерный интервал времени определ етс  количеством периодов опорного сигнала поделенной частоты, сосчитанных счетчиком 10 числа измерений, импульс переполнени  которого  вл етс  концом мерного интервала времени и возвращает в исходное состо ние триггеры 4 и 9 управлени , которые запрещают прохождение опорных и измерительных импульсов через первый и второй элементы И 3 и 11 до следующего по влени  сигнала Пуск,

Знак результирующего числа определ етс  суммой чисел, полученных при положительных и отрицательных сдвигах фаз.

При преобладании суммы чисел отрицательного значени  реверсивный счетчик 15 переходит через нулевое состо ние и его двоичный код измен етс  от большего числа к меньшему и старший знаковый разр д принимает единичное состо ние, что  вл етс  сигналом съема информации с инверсных выходов разр дов числовой части

реверсивного счетчика 15.

При преобладании суммы чисел положительного значени  старший знаковый разр д находитс  в нулевом состо нии и информаци  в этом случае выдаетс  с пр мых выходов разр дов числовой члсти реверсивного счетчи- , ка 15.

Цифровой фазометр за счет исключени  совпадени  опорного и измерительг-

ного сигналов путем делени  на три частоты входных сигналов, формировани  трех каналов попарных импульсных последовательностей, сдвига изме- рительных импульсных последовательностей на один период опорного сигнала относительно одноименной опорной импульсной последовательности, измерени  временных сдвигов между попар- ными опорной и измерительной импульсными последовательност ми и накоплени  результатов измерений всех трех каналов обеспечивает надежную работу вблизи нулевого фазового сдвига и высокую точность измерений в широком диапазоне частот при флуктуации фазы измер емого сигнала в пределах +180

Claims (2)

1. Цифровой фазометр, содержащий два формировател  импульсов, входы которых соединены соответственно с опорным и измерительным входами устройствами , два делител  частоты, два триггера управлени , два элемента И, два элемента ИЛИ, счетчик числа измерений , реверсивный счетчик и генератор квантующих импульсов, о т- л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью повышени  надежности работы и расширени  диапазона частот и флуктуации измер емого сигнала, введены три блока выделени  временных сдви- гов-, при этом выход первого формировател  импульсов соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого триггера управлени , а выход первого элемента И соединен с входом первого делител  частоты, первый выход которого соединен спервым входом первого блока выделени  временны сдвигов, с вторым входом третьего блока выделени  временных сдвигов, второй выход первого делител  частоты соединен с первым входом второго блока выделени  временных сдвигов, с вторым входом первого блока выделе- ни  временных сдвигов и с входом установки единицы второго триггера управлени , третий выход первого делител  частоты соединен с первым входом третьего блока, с вторым входом второго блока и с входом счетчика числа измерений, выход которого соединен с входами установки нул  перво25

ю 15

20

30 35 40 45 Q го и второго триггеров управлени , выход второго формировател  импульсов соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго триггера управлени , второй вход установки нул  которого соединен со сбросовым входом первого и второго делителей частоты, с входом установки единицы первого триггера управлени , со сбросовым входом реверсивного счетчика, с входом Пуск устройства, первый, второй и третий выходы второго делител  частоты соединены с третьими входами соответственно первого, второго и третьего блоков выделени  временных сдвигов, первые выходы которых соединены с входами первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, а вторые выходы блоков выделени  временных интервалов соединены с входами второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика , выход генератора квантующих импульсов соединен с четвертыми входами трех блоков выделени  временных интервалов.

2. Фазометр по п. 1, отличающийс  тем, что каждый блок выделени  временных сдвигов содержит третий и четвертый триггеры и первый и второй элементы И-НЕ, причем первый вход блока выделени  временных сдвигов соединен с входами установки единицы третьего и четвертого триггеров, второй вход блока соединен с входом установки нул  третьего триггера, инверсный выход которого соединен с первым входом первого элемента И-НЕ, а пр мой - с первым входом второго элемента И-НЕ, третий вход блока выделени  временных интервалов соединен с входом установки нул  четвертого триггера , инверсный выход которого соединен с вторым входом второго элемента а пр мой выход - с вторым входом первого элемента И-НЕ, четвертый вход блока выделени  временных интервалов соединен с третьими входами первого и второго элементов И-НЕ, выходы которых соответственно  вл ютс  первым и вторым выходами блока выделени  временных интервалов.

Фиг. 2