SU1709234A1

SU1709234A1 - Цифровой фазометр

Info

Publication number: SU1709234A1
Application number: SU894768678A
Authority: SU
Inventors: Валентин Ермолаевич Тетерятников
Original assignee: Научно-исследовательский институт радиотехнических измерений
Priority date: 1989-12-12
Filing date: 1989-12-12
Publication date: 1992-01-30

Abstract

Изобретение относитс к измерительной техника и может быть использовано дл измерени среднего сдвига фаз между опорным и флуктуирующим измерительным сигналами, например дл определени угловых координат движущегос объекта. Упрощение конструкции фазометра и расширение частотного диапазона входных сигналов достигаетс тем. что в цифровом фазометре, содержащем первый 1 и второй 2 формирователи импульсов, входы которых вл ютс соответственно опорным и измерительным входами фазометра, а их выходы соединены соответственно с входами первого 4 и второго 5 делителей частоты на два, R-входы которых соединены между собой, а их выходы соединены с входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 6, содержащем также первый 8 и второй 9 элементы И, формирователь 11 коротких импульсов и последовательно соединенные генератор 3 импульсов эталонной частоты, трехвходо- вый элемент И 7 и регистрирующий ревер-

Description

О

ю ю

СлЭ

Ь

Фиг.7

сивный сметчик 12, управл ющий вход которого соединен с выходом триггера 10 выделени знака, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ б соединен с вторым входом трехвходового элемента И 7 и с первыми входами первого 8 и второго 9 элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с выходами первого 1 и второго 2 формирователей импульсов, а выходы соИзобретение относитс к электроизмерительной технике и может быть использовано в информационно-вычислительных системах дл измерени среднего значени фазовых сдвигов.

Известен цифровой фазометр среднего значени , содержащий два триггера, элемент ИЛИ, два элемента И и реверсивный счетчик.

Недостатком известного фазометра вл етс неустойчива работа при совпадении входных импульсов, так как в этом случае RS-триггер работает в запрещенном режиме и после окончани действи импульсов может остатьс в произвольном состо нии и результат измерений будет недостоверным.

Наиболее близким к предлагаемоу вл етс фазометр, содержащий формирователи импульсов, входы которых подключены соответственно к опорному и измерительному входам фазометра, а их выходы соединены с входами соответственно первого и второго делителей частоты на два, выходы которых соединены с входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. выход которого соединен с входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов эталонной частоты, первый и второй триггеры выделени знака, третий триггер выделени знака, выход которого соединен с управл ющим входом реверсивного счетчика , счетчик импульсов, вычитающий счетчик , три элемента ИЛИ, третий и четвертый формирователи импульсов, триггер, три элемента И и блок отсчета измерений,

В данном устройстве производитс анализ длительности первого после сигнала Луск временного интервала, если временной интервал больше половины периода следовани опорного сигнала, осуществл етс обнуление р да функциональных : узлов, необходимое дл того, чтобы длительность всех последующих интервалов не превышала величины половины пеответственно с S- и R-входами триггера 10 выделени знака, вход формировател 11 коротких импульсов соединен с входом задани калиброванного временного интервала фазометра и с третьим входом трехвходового элемента И, а выход формировател 11 коротких импульсов соединен с R-входами второго делител 5 частоты и реверсивного счетчика 12. 2 ил.

риода. При таком принципе измерений частотный диапазон входных сигналов резко ограничен, так как емкость счетчика импульсов подбираетс по величине периода опорного сигнала, а флюктуаци измерительного сигнала не должна превышать ±90°.

Кроме того, в фазометре, с целью повышени точности измерений при разности фаз вблизи О или 2п, предусматриваетс блокирование измерений при пропадании одного из импульсов входных сигналов, что имеет место при флюктуации входного сигнала вблизи нулевой фазы. Введение дополнительных функциональных узлов, обеспечивающих исключение ложных отсчетов при пропадании импульсов, значительно усложнило устройство и снизило надежностьего работы.

Целью изобретени вл етс упрощение конструкции фазометра и расширение частотного диапазона входных сигналов.

Указанна цель достигаетс тем. что в известном цифровом фазометре, содержащем первый и второй формирователи импульсов, входы которых вл ютс соответственно опорным и измерительным входами фазометра, а их выходы соединены соответственное входами первого и второго делителей частоты на два R-входы которых соединены между собой, а их выходы соединены с входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, содержащем также первый и второй элементы И формирователь коротких импульсов и последовательно соединенные генератор импульсов эталонной частоты, трехвходовый элемент И и регистрирующий реверсивный счетчик, управл ющий вход которого соединен с выходом триггера выделени знака, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с вторым входом трехвходового элемента И и с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с выходом первого и второго формирователей импульсов, а выходы соответственно с S- и R-входами триггера выделени знака, вход формировател коротких импульсов соединен с входом калиброванного временного интервала фазометра и с третьим входом трехвходового элемента И, а выход формировател коротких импульсов соединен с R-входами второго делител частоты и реверсивного счетчика.

Обеспечение измерени средних значений фазовых сдвигов в широком диапазоне частот при флюктуирующем измерительном сигнале с помощью аналогичных технических средств не обнаружено в известных цифровых фазометрах.

На фиг. 1 изображена структурна схема предлагаемого фазометра; на фиг.2 - временные диаграммы его работы.

Устройство содержит первый формирователь 1 импульсов, второй формирователь 2 импульсов, генератор 3 импульсов эталонной частоты, первый делитель 4 частоты на два, второй делитель 5 частоты на два, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 6, трехвходовый элемент И 7, первый и второй элементы И 8 и 9, триггер 10 выделени знака, формирователь 11 коротких импульсов, регистрирующий реверсивный счетчик 12 импульсов.

Вход первого формировател 1 импульсов соединен с опорным входом фазометра, а вход формировател 2 импульсов соединен с измерительным входом фазометра, выход первого формировател 1 импульсов соединен с входом первого делител 4 частоты на два, выход второго формировател 2 импульсов соединен с входом второго делител 5 частоты на два. Выходы первого и второго делителей 4 и 5 частоты на два соединены с входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И 8 и 9 и с вторым .входом трехвходового элемента И 7, первый вход которого соединен с выходом генератора 3 импульсов эталонной частоты. Вторые входы первого и второго элементов И 8 и 9 соединены с выходами соответственно первого и второго формирователей 1 и 2 импульсов. Выход трехвходового элемента И 7 соединен с входом регистрирующего реверсивного счетчика 12 импульсов, управл ющий вход которого соединен с выходом триггера 10 выделени знака, S-вход которого соединен с выходом первого элемента И 8, а его Rвход соединен с выходом второго элемента И 9. R-входы первого и второго делителей 4 и 5 частоты и регистрирующего реверсивного счетчика 12 импульсов соединены с выходом формировател 11 коротких импульсов, вход которого соединен с третьим входом трехвходового элемента И 7 и с входом калиброваннрго временного интервала фазометра .

На фиг.2 прин ты следующие обозначени : а - импульсы на выходе первого формировател 1 импульсов: б - импульсы на выходе второго формировател 2 импульсов, распределение по времени которых отражает наличие флюктуации фазы и отображены ситуации, когда имеет место пропадание измерительного или опорного импульсов: в - сигнал на выходе первого

5 делител 4 частоты на два: г - сигнал на выходе второго делител 5 частоты на два; д- сигнал на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 6: е - сигнал на выходе триггера 10 выделени знака: ж - потенциал

0 калиброванного временного интервала на входе фазометра.

Устройство работает следующим образом .

Фронтом перепада (фиг.2 ж) калиброванного временного интервала, поступающего на вход фазометра, запускаетс формирователь 11 коротких импульсов и на его выходе образуетс короткий импульс напр жени , который обнул ет делител 4 и 5

0 частоты на два и регистрирующий реверсивный счетчик 12 импульсов, устанавлива их в.исходное состо ние. Входные сигналы Ui и Uz поступают на формирователи 1 и 2 импульсов, которые в моменты времени, соответствующие переходу указанных сигналов через нулевое значение в определенном направлении, например из отрицательной области в положительную, формируют импульсы (фиг.2а, б, где дл нагл дности изложени все импульсы пронумерованы), которые поступают на входы соответственно первого и второго делителей 4 и 5 частоты на два. На выходе этих делителей частоты формируютс перепады напр жени (фиг.2

5 в, г) длительностью, равной периоду входного сигнала, которые поступают на входы элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 6. при этом напр жени противоположного значени , т.е. напр жение логического нул на выходе

0 одного делител и напр жение логической единицы на выходе другого делител частоты , формируютс только в интервалах времени , пропорциональных разности фаз Между входными сигналами.

5 На выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ по вл етс сигнал (фиг.2д) логической единицы, если на одном из входов имеетс сигнал логического нул , а на другом входе - сигнал логической единицы, а при наличии на двух входах одинаковых сигналов элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ б вырабатывает сигнал логического нул .

Таким образом, на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 6 формируютс положительные импульсы напр жени длительностью , пропорциональной разности фаз между входными сигналами.

Дл определени знака разности фаз импульсы с выхода элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 6 поступают на первые входы элементов И 8 и 9, на вторы,е входы которых поступают импульсы с выходов соответственно первого и второго формирователей А и 5 импульсов.

При совпадении импульсов на входах элемента И 8 на его выходе формируетс импульсный сигнал напр жени с уровнем логического нул , который поступает на Sвход триггера 10 выделени знака и устанавливает его в единичное состо ние.

Аналогично при совпадении импульсов на входах элемента И 9 на его выходе формируетс импульсный сигнал, который устанавливает триггер 10 выделени знака в нулевое состо ние.

Выходной сигнал триггера 10 выделени знака управл ет режимом работы регистрирующего реверсивного счетчика 12, при этом сигнал с уровнем логической единицы устанавливает в счетчике режим суммировани , а сигнал с уровнем логического нул - режим вычитани .

Дл формировани пакетов импульсов эталонной частоты, пропорциональных разности фаз, сигнал с выхода элемента ИСКЛЮЧАЮЕЕ ИЛИ поступает на второй вход трехвходового элемента И 7, на другие входы которого поступают импульсы с выхода генератора 3 эталонной частоты и разрешающий потенциал калиброванного интервала времени.

В результате на выходе элемента И 7 формируютс .пакеты положительных импульсов эталонной частоты в пределах калиброваиного временного интервала, которые поступают на счетный вход регистрирующего реверсивного счетчика 12 импульсов .

Совпадение импульсов на входе элемента И 8 происходит в том случае, когда опорнь)й импульс с выхода формировател 1 опережает измерительный импульс, сформированный формирователем 2 (момент ti, где импульс 1 опережает импульс 1)Аналогично сигнал на выходе элемента И 9 формируетс при опережении измерительного импульса (момент t2, где импульс 3 опережает импульс 3 опорного сигнала).

Таким образом, на выходе триггера 10 выделени знака формируютс напр жени с уровнем логической единицы при запаздывании измерительного сигнала и с уровнем логического нул при его опережении. При пропадании импульсов, т.е. когда в периоде входного сигнала отсутствуют импульсы другого сигнала, например между импульсами 3 и 4 (фиг.2а} или между импульсами 5 и б (фиг.2б) в предлагаемом устройстве не происходит потери информации, так как в этом случае измер ютс временные интервалы между импульсами 3 и 3, 4 и 4, 5 и 5, 6 и б (фиг.2д) с соответствующим

знаком разности фаз.

Число импульсов, накопленных в регистрирующем реверсивном счетчике 12 импульсов за врем измерений, отнесенное к числу измерений, будет пропорционально

среднему сдвигу фаз между входными сигналами .

Таким образом, за счет введени новых св зей и исключени частотно-зависимых функциональных узлов (узел анализа длительности первого временного интервала) предлагаемый фазометр обеспечивает ту же точность измерени , что и в известном фазомбтре , при одновременном упрощении конструкции фазометра и расширении его

частотного диапазона. В известном фазометре счетчик числа импульсов настроен на частоту опорного сигнала, так как его емкость выбираетс такой величины, чтобы импульс переполнени формировалс через

1/2 периода опорного сигнала, а ограничение измер емой фазы до 180° сужает пределы флюктуации до ±90°.

В предлагаемом фазометре фаза измерительного сигнала может измен тьс в

пределах периода, вследствие чего допустимый диапазон флюктуации измерительного сигнала равен ±180.

Устройство может быть реализовано на типовых микросхемах, например на микросхемах серий 133 и 533;формирователи 1 и 2 - микросхеме 533 ТЛ2; генератор 3 импульсов на микросхеме 133 ЛА7 с кварцевым резонатором: делители 4 и 5 частоты на два - на микросхеме 533ТМ2; элемент

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ б - на микросхеме 533ЛП5; элемент И 7 - на микросхеме 533ЛА4; элементы И 8 и 9 - на микросхеме 533ЛАЗ; триггер tX) выделени знака - на микросхеме 533ТМ2; формирователь 11 коротких импульсов - на микросхеме 533АГЗ; реверсивный счетчик 12 импульсов - на микросхеме 133ИЕ7.

Использование предлагаемого цифрового фазометра позвол ет с помощью про

Claims

Формула изобретения

Цифровой фазометр, содержащий пер- 10 вый и второй формирователи импульсов, входы которых подключены соответственно к опорному и измерительному входам фазометра, а их выходы соединены соответственно с входами первого и второго 15 делителей частоты на два, R-входы которых соединены между собой, а их выходы соединены с входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с первым входом одного из двух элементов И, а также 20 формирователь коротких импульсов и последовательно соединенные генератор им пульсов эталонной частоты, трехвходовый элемент И и регистрирующий реверсивный счетчик, управляющий вход которого соединен с выходом триггера выделения знака, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции фазометра и расширения частотного диапазона, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ И Л (4 соединен с вторым входом трехвходового элемента И и первым входом второго элемента И, вторые входы обоих элементов И соединены соответственно с выходами первого и второго формирователей импульсов, а выходы соответственно с S- и R-входами триггера выделения знака, вход формирователя коротких импульсов соединен с входом калиброванного временного интервала фазометра и с третьим входом трехвходового элемента И, а выход формирователя коротких импульсов соединен с R-входами второ го делителя частоты и регистрирующего реверсивного счетчика.

Фиг.2