SU440611A1

SU440611A1 - Digital phase meter with constant measuring time

Info

Publication number: SU440611A1
Application number: SU1846046A
Authority: SU
Inventors: Семен Борисович Шестак
Original assignee: Институт Физики Им.Л.В.Киренского
Priority date: 1972-11-14
Filing date: 1972-11-14
Publication date: 1974-08-25

Description

1one

Изобретение относитс к электрорадиоизмерительной технике и может быть использовано при построении широкополосных цифровых измерителей разности фаз электрических сигналов с высокой верхней граничной частотой и пределами измерени О-360°С.The invention relates to electrical measuring equipment and can be used in the construction of wideband digital meters measuring the difference of the phases of electrical signals with a high upper cutoff frequency and a measuring range of about 360 ° C.

Известен цифровой фазометр с посто нным измерительным временем, содержащий в каждом из двух каналов формирующее устройство и две схемы совпадени , подключенные к выходам формирующих устройств, триггер первого канала, а также схему формировани квантующих импульсов, состо щую из генератора квантующих импульсов, врем задающей схемы, схемы совпадени и счетчика.A digital phase meter with a constant measuring time is known, comprising in each of the two channels a shaping device and two coincidence circuits connected to the outputs of the shaping devices, a trigger of the first channel, and a circuit for generating quantizing pulses consisting of a quantizing pulse generator match schemes and counter.

Недостатком таких фазометров вл етс по вление сбоев автоматической установки триггеров в необходимое состо ние при углах разности фаз, близких к 180°, и существенное возрастание погрешности при наличии во входном сигнале четных гармоник основной частоты, а также при однопол рном смещении уровней формировани относительно нулевого, так как это приводит к сдвигу моментов формировани коротких импульсов запуска триггеров относительно моментов нуль-переходов колебаний основной частоты .The disadvantage of such phase meters is the failure of the automatic installation of the flip-flops to the required state at phase angles of close to 180 °, and a significant increase in error when even harmonics of the fundamental frequency are present in the input signal, as well as unipolar displacement of the formation levels relative to zero, since this leads to a shift in the formation times of short trigger pulses of the triggers relative to the zero transitions of the fundamental frequency oscillations.

Цель изобретени - автоматизаци процесса измерени фазового сдвига в диапазоне О-360° и повышение точности.The purpose of the invention is to automate the process of measuring the phase shift in the range O-360 ° and to increase the accuracy.

Предлагаемый цифровой фазометр отличаетс от известных тем, что содержит триггер коммутации, счетный вход которого подключен к выходу триггера первого канала; электронный переключатель, входы которого подключены к противофазным выходам триггераThe proposed digital phase meter differs from the known ones in that it contains a switching trigger, the counting input of which is connected to the trigger output of the first channel; electronic switch, the inputs of which are connected to the anti-phase outputs of the trigger

коммутации; две схемы совпадени первого канала, первые входы которых подключены к разделенным выходам формировател первого канала, вторые (взаимно противоположно управл емые ) входы подключены к выходу триггера коммутации, а выходы объединены со счетным входом триггера первого канала; две схемы совпадени второго канала, первые входы которых подключены к разделительным выходам формировател второго канала,commutation; two matching schemes of the first channel, the first inputs of which are connected to the splitter output of the first channel, the second (mutually oppositely controlled) inputs are connected to the output of the switching trigger, and the outputs are combined with the counting input of the first channel trigger; two matching schemes of the second channel, the first inputs of which are connected to the separation outputs of the driver of the second channel,

а вторые (взаимно противоположно управл емые ) входы подключены к выходу электронного переключател ; схему выбора режима работы, состо щую из триггера режима, выходы которого подключены к выходам управлени электронного переключател и счетчика , и двух схем совпадени , первые входы которых соединены с выходами триггера режима , вторые - с объединенными выходами двух схем совпадени первого канала, третьи - с объединенными выходами двух схем совпадени второго канала, а выходы подключены , к р аз1 ль1лЪ1м входам триггера режима; управл е, -Jgtirrep второго канала и две дб1шлнит,ельные; 59х емы сов1;адени , первый вход одной из которйх сиедииен с объединенным выходом двух схем совпадени второго канала, второй вход соединен с выходом триггера первого канала и первым входом управл емого триггера второго канала, а выход подключен к второму входу управл емого триггера второго канала, выход которого подключен к входу другой схемы совпадени , выход которой соединен с входом счетчика, а другой вход подключен к выходу схемы совпадени , один вход которой подключен к выходу триггера первого канала, а другой - к схеме формировани квантующих импульсов на измерительном интервале времени. На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - диаграммы его работы. Цифровой фазометр содержит формирующие устройства 1 и 2, схемы совпадени о-6, электронный переключатель 7, триггеры режима 8 и коммутации 9, схемы совпадени 10-15, врем задающую схему 16, триггер Г/ первого канала, управл емый триггер 18 второго канала, генератор 19 квантующих импульсов и счетчик 20. Предлагаемый фазометр может работать в двух режимах: синфазном, при котором квантуемый интервал времени равен временному интервалу между смежными одноименными нуль-переходами входных сигналов обоих каналов (называемому фазовым интервалом времени), и противофазном, при котором квантуемый интервал времени равен временному интервалу между смежными разноименными нуль-переходами входных сигналов обоих каналов. Переход из одного режима в другой осуществл етс в зависимости от величины измер емой разности фаз входных сигналов , автоматически с помощью триггера и управл емого им электронного переключател 7. При переходе фазометра в противофазный режим работы квантуемый интервал времени измен етс по сравнению с фазовым на величину, равную половине периода входных сигналов, что соответствует 180° угловых единиц. Чтобы устранить по вл ющуюс при этом неоднозначность в определении разности фаз входных сигналов (значени м фазовых сдвигов {р и ф+180° соответствуют показани счетчика, равные ф), выходное напр жение триггера 8 управл ет счетчиком 20 так, что при синфазном режиме работы его начальна установка производитс на число, соответствующее нулевой разности фаз, а при противофазном - на число, соответствующее 180° фазового сдвига. Кроме того, при заполнении счетчика в процессе измерени до величины , соответствующей 360°, производитс сброс его на число, соответствующее 0°, и далее счет продолжаетс до конца измерительного времени. Другой особенностью фазометра вл етс последовательно чередующийс двухполупериодный процесс преобразовани разности фаз входных сигналов в цифровой код. При этом сводитс к минимуму вли ние четных гармоник основной частоты входных сигналов и однопол рного смещени уровней формировани импульсов нуль-переходов относительно нулевого па точность измерени , так как возникающее при этом изменение квантуемого интервала времени в одном полупериоде равно, но противоположно по знаку изменени его в другом полупериоде, что приводит к взаимной компенсации погрещностей измерени за оба полупериода. Это достигаетс с помощью триггера коммутации 9 и двух пар схемы совпадепи 3 и 4, 5 и 6, установленных на выходе формирователей 1 и 2 импульсов нуль-переходов входных сигналов, соответственно первого и второго каналов. На входы схем совпадени 3 и 6 поступают импульсы положительных нуль-переходов, а на входы схем совпадепи 4 и 5-импульсы отрицательных пуль-переходов входных сигналов, соответственно , первого и второго каналов. Триггер 9 управл етс этими схемами совпадени так, что на объединенные их входы при неизменном его состо нии могут проходить импульсы только положительных или только отрицательных нуль-переходов входных сигналов. В зависимости от состо ни триггера 8 и управл емого пм переключател 7 синфазному режиму работы фазометра соответствует одинакова проводимость схем 3 и 6, 4 и 5, а противофазному - схем 3 и 5, 4 и 6. Перевод триггера 9 пз одного состо ни в другое и установка управл емого триггера 18 второго канала в состо нпе «1, при котором схема совпадени находитс в провод щем состо нии , производитс импульсом продифференцированного фронта перехода триггера 17 первого капала из состо ни «1 в состо ние «О. В результате этого установка триггера 17 в состо ппе «1 и затем в состо пие «О производитс импульсами только одноименных нуль-переходов входного сигнала первого капала (см. фиг. 2), а следующий перевод его в состо нпе «1 происходит уже после изменени состо ни триггера 9 и производитс импульсом нуль-перехода входного сигнала первого канала противоположного знака предыдущему . Поэтому врем пеизмеппого состо пи триггера 9 равно полутора периодам входного сигнала. Установка триггера 18 в состо нпе «О пропзводитс импульсами нуль-переходов входноо сигнала второго капала, проход щими через схему совпадени 10, котора находитс в провод щем состо нии вместе со схемой совадени 15 только при состо нии «1 триггеа 17. Таким образом, цепь последовательно оединенных схем 14 и 15 находитс в проод щем состо нии с момента перехода в состо ние «1 триггера 17 до момента перехода в состо ние «О триггепа 18. Впем ее провод щего состо ни равно Фазовому интервалу времени (времени между смежными одноименными нуль-переходаЛ1и вхол ых сигналов первого и второго каналов) при синфазнол режиме работы фазометра (состо ние «О триггера 8) или отличаетс от него на величину , равную половине периода .входных сигналов (состо ние «1 триггера 8) ппи противофазном режиме работы фазометра. Благодар работе схемы коммутации установка триггера 17 в состо ние «1 и тРиггепа 18 в состо ние «О прои.чводитс импульсами нуль-переходов соответствующих входных сигналов последовательно измен ющегос вида , что и обеспечивает последовательно чередуюпшйс двухполупериодный процесс преобразовани разности Лаз входных сигналов в код. ПРИ этом задаваемое триггером 17 врем неизменного состо ни триггера 9, равное времени одиночного о нополупериопного измерени , равно полутора периодам входного сигна.ла. Чтобы устранить сбои в переключении триггера 18, по вл ющиес ПРИ одновременном поступлении импульсов на счетный вход триггера 17 и вход схемы совпадени 10 фазометр автоматически переводитс из одного режима работы в другой. Если первоначально он находилс в синфазном режиме работы, то одновременно поступившие на вход триггера 17 и на вход схемы совпадени 10 импульсы образованы в моменты одноименных нул-перрхплов входных сигналов, если же он находилс в противофазном режиме работы, то совп вп1ие импульс-т образованы в моменты различных иуль-пероходов входных сигналов. В зависимости от этого совпавшие импульсы проход т через уппавл емую выходным напр жением триггера режима 8 схему совпадени 12 (одноименные) или 13 (разноименные ) на пз его разделенных входов . Состо ние триггера режима 8 и управл емого им электронного переключател 7 измен етс на противоположное и вместе с тем выходным напр жением триггера режима 8 измен етс в соответствии с ранее описанным изменением интервала квантовани на половину периода входных сигналов начальна установка счетчика 20. Импульсы квантующего генератора 19 проход т в течение измерительного времени, оппедел емого врем задающей схемой 16, через схему совпадени 14 и в течение времени провод щего состо ни схем совпадени 15 и 11 поступают на вход счетчика 20. Предмет изобретени Цифровой фазометр с посто нным измерительным временем, содержащий в каждом из двух каналов формирующее устройство и две схемы совпадени , подключенные к выхолам формируютцих устройств, триггер первого канала, а также схему формировани квантующих импульсов, состо щую из генератора квантующих импульсов, врем задающей схемы, схемы совпадени и счетчика, отличающийс тем, что, с целью автоматизации процесса измерени фазового сдвига в диапазоне О-360° и повыщени точности, он снабжен электронным переключателем и триггером коммутации, счетным входом подключенным к выходу триггера первого канала, а выходами св занным с входами электронного переключател , а также с вторыми входами двух схем совпадени первого канала, схемой автоматического выбора режима работы, состо щей из триггера режима, выходами по ключеиного к выводам управлени счетчика , и электронного переключател , выход которого св зан с вторыми входами двух схем совпадени ВТОРОГО канала, и ДВУХ схем совпалени , первые входы которых соединены с выходами триггера режима, вторые и третьи входы - с объединенными выходами ДВУХ схем совпадени первого и второго каналов соответственно, а выходы подключены к раздельным входам триггера режима, управл емым триггером второго канала и ДВУМЯ дополнительными схемами совпадени , первый вход одной из которых соединен с объединенным выходом двух схем совпадени второго канала, второй вход - с выходом триггера первого канала и первым входом управл емого триггера второго канала, а выход дополнительной схемы совпадени св зан со ВТОРЫМ входом управл емого триггера ВТОРОГО канала , выход которого через вторую дополнительную схему совпадени соединен с входом счетчика , а также через третью дополнительную схему совпадени - с выходами триггера первого канала и схемы формировани квантующих импульсов.and the second (mutually oppositely controlled) inputs are connected to the output of the electronic switch; an operation mode selection circuit consisting of a mode trigger, the outputs of which are connected to the control outputs of the electronic switch and the counter, and two coincidence circuits, the first inputs of which are connected to the mode trigger outputs, the second with the combined outputs of the two coincidence circuits of the first channel, the third with the combined outputs of the two coincidence circuits of the second channel, and the outputs are connected to the paz1l1l1m input of the mode trigger; control, -Jgtirrep of the second channel and two db1shlnit, spruce; 59x ems sov1; adeny, the first input of one of the siasedienes with the combined output of two second channel matching schemes, the second input connected to the trigger output of the first channel and the first input of the controlled trigger of the second channel, and the output connected to the second input of the controlled trigger of the second channel, the output of which is connected to the input of another coincidence circuit, the output of which is connected to the counter input, and the other input is connected to the output of the coincidence circuit, one input of which is connected to the trigger output of the first channel, and the other to the circuit formed quantizing pulses at the measuring time interval. FIG. 1 shows a block diagram of the proposed device; in fig. 2 - diagrams of his work. The digital phase meter contains forming devices 1 and 2, coincidence schemes o-6, electronic switch 7, triggers of mode 8 and switching 9, coincidence circuits 10-15, time specifying the circuit 16, trigger G / first channel, controlled trigger 18 of the second channel, a generator of 19 quantizing pulses and a counter 20. The proposed phase meter can operate in two modes: in-phase, in which the quantized time interval is equal to the time interval between adjacent zero-transitions of the same input signals of both channels (called the phase time interval ) And antiphase, wherein the quantized time interval is the time interval between adjacent oppositely-zero transitions of the input signals of both channels. The transition from one mode to another is carried out depending on the magnitude of the measured phase difference of the input signals, automatically using a trigger and an electronic switch 7 controlled by it. When the phase meter switches to phase-out mode, the quantized time interval changes from the phase one to equal to half the period of the input signals, which corresponds to 180 ° angular units. In order to eliminate the ambiguity in determining the phase difference of the input signals (the values of phase shifts {p and f + 180 ° correspond to the counter readings equal to ф), the output voltage of the trigger 8 controls the counter 20 so that during the common-mode operation its initial setting is performed on the number corresponding to the zero phase difference, and in the case of antiphase, on the number corresponding to the 180 ° phase shift. In addition, when the meter is filled during the measurement process to a value corresponding to 360 °, it is reset to a number corresponding to 0 °, and then the counting continues until the end of the measuring time. Another feature of the phase meter is the sequentially alternating full-wave process of converting the phase difference of the input signals into a digital code. This minimizes the influence of the even harmonics of the fundamental frequency of the input signals and the unipolar displacement of the levels of zero-transition pulse formation relative to the zero pa measurement accuracy, since the resulting change in the quantized time interval in one half-period is equal to, but opposite to, the sign of its change in the other half period, which leads to the mutual compensation of measurement errors for both half periods. This is achieved by means of a switching trigger 9 and two pairs of a matching circuit 3 and 4, 5 and 6, installed at the output of the formers 1 and 2 of the zero-transition pulses of the input signals, respectively, of the first and second channels. The inputs of the coincidence circuits 3 and 6 receive pulses of positive zero transitions, and the inputs of the circuits match the 4 and 5 pulses of negative bullet transitions of the input signals, respectively, of the first and second channels. The trigger 9 is controlled by these coincidence circuits so that, at their combined inputs, with its constant state, only positive or only negative zero transitions of the input signals can pass. Depending on the state of the trigger 8 and the controllable PM switch 7, the same conductance of circuits 3 and 6, 4 and 5 corresponds to the common-mode operation of the phase meter and circuits 3 and 5, 4 and 6 to the out-of-phase switching of the trigger 9 pz of one state to another and installation of the controlled trigger 18 of the second channel in the state of "1, in which the coincidence circuit is in the conducting state, is produced by a pulse of the differentiated transition edge of the trigger 17 of the first drop from state" 1 to the state "O. As a result, the installation of the trigger 17 in the state of "1 and then in the state of" O is produced by pulses only of the same zero transitions of the input signal of the first drop (see Fig. 2), and the next translation in the state of "1" occurs after changing the trigger state 9 and is produced by a zero-transition pulse of the input signal of the first channel of the opposite sign to the previous one. Therefore, the time of the momentum of PI trigger 9 is equal to one and a half periods of the input signal. Setting the trigger 18 in the state of "O is driven by zero-transition pulses of the input signal of the second drop, passing through the coincidence circuit 10, which is in the conducting state together with the co-circuit 15 only in the state" 1 flush 17. Thus, the circuit successively connected circuits 14 and 15 are in the protracted state from the moment of transition to the state of "1 flip-flop 17 until the moment of transition to the state of" O flip-flop 18. We take its conducting state equal to the Phase interval of time (time between adjacent like zero) erehodaL1i consist: s of the first and second channels) at sinfaznol phasemeter mode (state "On trigger 8) or differs from it by an amount equal to half the period .The input signals (state" 1 trigger 8) PTP antiphase mode phasemeter. Due to the operation of the switching circuit, setting the trigger 17 to the state "1 and tRiggepa 18 to the state" O is produced by the pulses of zero transitions of the corresponding input signals of a sequentially changing form, which ensures a successive alternation of the full wave Laz input signals into the code. At the same time, the time of the unchanged state of the trigger 9, set by the trigger 17, equal to the time of a single o half-polymer measurement is equal to one and a half periods of the input signal. In order to eliminate failures in the switching of the trigger 18, appearing with the simultaneous arrival of pulses on the counting input of the trigger 17 and the input of the coincidence circuit 10, the phase meter is automatically transferred from one operating mode to another. If initially it was in the in-phase mode of operation, then simultaneously received at the input of the trigger 17 and the input of the coincidence circuit 10 pulses are formed at the moments of the same name zero-perrhplov input signals, if it was in antiphase mode of operation, then the coincidence of the pulse-t formed in moments of various input signals. Depending on this, the coincident pulses pass through a coincidence circuit 12 (of the same name) or 13 (of the same name) on pz of its separated inputs, which is controlled by the output voltage of the trigger of mode 8. The trigger state of mode 8 and the electronic switch 7 controlled by it are reversed, and together with that the output voltage of trigger mode 8 is changed in accordance with the previously described change of the quantization interval by half the period of input signals of the initial setting of the counter 20. Pulses of the quantizing generator 19 pass during the measuring time, the finite time by the master circuit 16, through the coincidence circuit 14 and during the time of the passing state of the coincidence circuits 15 and 11 arrive at the input of the counter 2 0. The subject of the invention. A digital phase meter with a constant measurement time, containing in each of the two channels a forming device and two coincidence circuits connected to the outputs of the forming devices, a trigger of the first channel, and a quantizing pulse generation circuit consisting of a quantizing pulse generator. a master circuit, a coincidence circuit and a counter, characterized in that, in order to automate the process of measuring the phase shift in the range O-360 ° and increase the accuracy, it is equipped with an electronic switch and a switching trigger, a counting input connected to the trigger output of the first channel, and outputs connected to the inputs of an electronic switch, as well as to the second inputs of two first channel matching circuits, an automatic mode selection mode consisting of a mode trigger, and outputs to the control outputs a counter, and an electronic switch, the output of which is connected to the second inputs of the two matching circuits of the SECOND channel, and TWO matching circuits, the first inputs of which are connected to the outputs of the mode trigger, the second and third and inputs with combined outputs of TWO coincidence circuits of the first and second channels, respectively, and the outputs are connected to separate mode trigger inputs controlled by the second channel trigger and TWO additional matching circuits, the first input of one of which is connected to the combined output of two second channel matching circuits, the second input is with the trigger output of the first channel and the first input of the controlled trigger of the second channel, and the output of the additional coincidence circuit is connected with the SECOND input of the controlled trigger of the SECOND channel Whose output is further through a second coincidence circuit connected to the counter input, and through a third additional coincidence circuit - to the outputs of the flip-flop of the first channel and quantizing the pulse generating circuit.

iiniiinii iiiiniiiiii питииiiniiinii iiiiniiiiii drinking