SU798625A1 - Цифровой фазометр дл измерени СРЕдНЕгО зНАчЕНи СдВигА фАз - Google Patents

Description

Изобретение относитс  -к информационно-измерительной технике, в частност к области фазовых измерений, и может быть использовано дл  измерени  среднего значени  сдвига фаз между двум  периодическими сигналами. Известен цифровой фазометр дл  измерени  среднего значени  сдвига фаз (цифровой фазометр с посто нным време нем измерени ), содержащий формирующие устройства, триггеры элементы И, генератор квантующих импульсов, счетчик импульсов и частоты ij. Недостатком такого фазометра  вл е с  пониженна  точность, обусловленна  высокочастотной погрешностью дискретного преобразовани  и низкочастотной погрешностью дискретного преобразовани . Известен также цифровой фазометр дл  измерени  среднего,значени  сдвига фаз, работающий на принципе совпадени  регул рных импульсных последовательно тей. Он содержит ключи, формирователь импульсов, триггер, коммутатор, элемент И, линии задержки, схему, запрета, генератор опорной частоты, счетчик периодов и счетчик квантующих импульсов 2 . Недостатками данного фазометра  вл ютс  пониженное быстродействие, обусловленное необходимостью ожидани  первого совпадени  импульса генератора опорной частоты с импульсом, сформированным формирователем импульсов из входного сигнала, а также пониженна  точность измерени , обусловленна  неопределенностью вьшелени  первого совпадени  входного и опорного импульсов. Цель изобретени  - увеличение быстродействи  и повышение точности измерени  фазометра. Указанна  цель достигаетс  тем, что в цифровой фазометр дл  измерени  среднего значени  сдвига фаз, содержащий входные ключи, управл ющие входы которых соединены с выходами первого триггера, а выходы - с формирователем импульсов, выход которого соединен с первым входом первого ключа, а вход первого триггера соединен с первым входом третьего ключа, выход; которого, как и выходы первого и второго ключей соединены со счетчиками импульсов, генератор импульсов и линию задержки, введены Ц каналов совпадений, второй триггер и три -элемейта ИЛИ, Причем вхо линии задержки соединен С выходом гене ратора импульсов и с первым входом первого канала совпааений, а выходы ее с первыми входами последующих каналов совпадений, вторые и третьи входы всех каналов совпадений соединены соответственно с выходом второго триггера и выходом формировател  импульсов, а первые, вторые и третьи выходы каналов совпадений соединены соответственно со входами первого, второго и третьего эле ментов ИЛИ, при этом выход первого элемента .ИЛИ соединен с первым входом второго и вторым входом первого ключа, выход второго элемента ИЛИ соединен со входами первого и второго триггеров и с первым входом третьего ключа, выход третьего элемента ИЛИ соединен со вторыми входами второго и третьего ключей достигаетс  также тем, что каждьй кана совпадений содержит первьА и второй ключи, первые входы которых объединены а выходы через элемент ИЛИ соединены со вторым входом элемента И, выход которого соединен с первым входом электройного коммутатора, соединенного своим вторым входом с первым входом электрон ного коммутатооа последующего канала ного коммутатора последующего канала совпадений, а выход электронного коммутатора каждого из каналоб соединен со вторым входом второго ключа. На,чертеже приведена .структурна  схема предлагаемого фазометра. Фазометр содержит входные ключи 1 и 2, триггеры 3 и 4, формирователь 5 импульсов, генератор 6 импульсов, линию 7 задержки, каналы совпадений , состо щие из первых ключей , вторых ключей , элементов ИЛИ 11.-llj,, элементов И 12.12 и электронных коммутаторов , элементы ИЛИ 14-16, первый 17, агорой 18 и третий 19 ключи и счетчики импульсов 20-22. « зометр работает следующим образом . Входные напр жени  периода Т , сдвиг фаз между которыми необходимо, измерить, подают на входные ключи 1 и 2. Первый триггер 3 находитс  в первом , 7 34 устойчивом состо нии и уаерживаег входной ключ 1 открытым, а входной ключ 2 закрытым,. Одно из входных напр жений через входной ключ 1 поступает на формирователь 5 импульсов, когорьй в моменты перехода входного напр жени  через нуль в положительном направлении формирует пр моугольные импульсы длительность , поступающие на первые входы элементов И 12.-12. каналов совпадений и на первый ключ 17. Опорна  последовательность пр моугольных импульсов длительностью Тис пе - риодом следовани  Т с выхода генератора 6. импульсов поступает через нормально открытый первый ключ 9 и элемент ИЛИ 11. на второй вход элемента И 12 и первьш вход элемента ИЛИ 16. Кроме того, опорна  последовательность импульсов поступает на вход линии 7 запержки , с выходов которой опорные последовательности импульсов, сдвинутые относительно друг друга на врем  задержки между выходами поступают через нормально открытые ключи и, соответственно, элементы ИЛИ lU-llj на вторые входы элементов И и на входы 2 ...и элемента ИЛИ 16. Количество П параллельных каналов совпадений определ етс  из выражени  где eirt - округленное цо большого целого значение отношени  То/-ЬзоЗ ,, ( в Данном случае прин то ЬашЛ С ). „ н « f)aa при совпадении во времени входного импульса с одним из опорных импульсов срабатывает соответствующий эле- мент И р да 12,-124- , и на вход соответствующего коммутатора р да 13.-13. поступает импульс совпадени . В общем случае возможно последовательное совпадение в двух элементах И соседних каналов совпадений. Устранение неоднозначности в этом случае достигаетс  благодар  наличию внутренней задержки коммутатора «.ом- импульса совпадени , поступающего с выхода элемента И своего канала, и соединению управл ющего входа коммутатора с выходом элемента И предыдущего канала. Тогда импульс совпадени  i -го канала совпадений поступает на вход электронного коммутатора 13j своего канала и, кроме того, на. управл ющий вход электронного коммутатора 13,i еле дующего по номеру ( 1+1)-го канала совпадений. Импульс совпадени  1 -го канала через врем  t,Q(5,ЦQдд. заставл ет срабатьюагь электронный коммутатор 13J , на обоик выходах которого по вл ет-с  единичный уровень напр жени . Импульс же совпа дени  ( -1 +1)-го канала не приводит к срабатыванию через врем -fc-XQ,, элект ронного коммутатора 13 - , так как импульс совпадени  с i -го канала, пос тупа  ранее на управл ющий вход электронного коммутатора 13 - , блокирует последний. Таким образом, импульс совпадени , по вившийс  последовательно в двух каналах совпадений, приводит срабатыванию электронного коммутатора в одном канале, что и необходимо дл  устранени  неоднозначности. Внутренн   задержка коммутатора выбираетс  из услови  .KOM. Единичный уровень напр жени  с первого выхода электронного коммутатора 13 канала , в котором произошло первое совпадение опорного импульса с входным импульсом, поступа  на нормаль но закрытый ключ своего канала, от крывает его. Тем самым определ етс  канал совпадений (рабочий канал, а соста вл ющие его элементы обозначаем индек сом р), по которому ожидаютс  последующие совпадени  входного и опорного им пульсов. С первого выхода этого же электронного коммутатора 13р единичный уровень напр жени , пройа  черезэлемент ИЛИ 15, перебрасьшает триггер 4, закрыва  нормально открытые ключи каналов совпадений, перебрасывает первый триггер 3, подключа  к формирователю 5 импульсов другое входное напр жение, и открывает третий ключ 19. .Единичный уровень напр жени  со второго ВБ1Хода этого же электронного коммутатора 13 р ,пройд  через элемент ИЛИ 14, открывает первый .17 и второй 18 ключи. Через открытые ключи 18 и 19 на счетчики. 21 и 22 импульсов соответственно с выхода генератора б импульсов или одного и 3 выходов линии 7 задержки через открытый ключ lOp элемент ИЛИ При элемент ИЛИ 16 поступают опорнью импульсы периода Тд. Через открытый ключ 17 на счетчик 2О поступают входные импульсы с формировател  5 импульсов. В момент совпадени  импульса, сформированного формирователем 5 импульсов из второго входного напр жени , с опорным импульсом в элементе И 12р рабочего канала с выхода элемента И 12 р снимаетс  второй импульс, который поступает на вход электронного KOMMVтатора 13 р и снимает единичный уровень напр жени  с его первого.выхода. Тем самым первый триггер 3 перебрасываетс  в первоначальное состо ние, что приводит к закрытию входного ключа 2 и открытию входного ключа 1, через которьй первое из входньк напр жений через формирователь 5 импульсов начинает поступать к элементу И 12р рабо . .г I . .; . чего канала. Кройетого, закрываетс  ключ 18, управл емый первыми выходами электронных коммутаторов через элемент ИЛИ 15, прекращаетс  поступление опорных импульсов в счетчик 22 ;ОПорных импульсов и в последнем формируетс  код W1, соответствующий, нескольким периодам Т входного сигнала и искомому сдвигу фаз.о Когда один из .опорных импульсов совпадает с одним сформированным из входного напр жени  импульсом,с выхода элемента И 12р снимаетс  третий импульс, который, поступа  на вход электроннбго |коммутатфа 13 pF рабочего канала, снимает единичный уровень напр жени  его второго вькода. Тем самым закрываютс  ключи 17 и 18 и прекращаетс  доступ оперных импульсов в счетчик 21 опорных импульсов и входных импульсов в счетчик 2О периодов. Таким образом, в счетчике 2О формируетс  код А, а в счетчике 21 код Ц . Далее информаци  из счетчиков. 20 22 и значение TQ подвод тс  к ЭЦВМ. .Из временной, диаграммы работы фазометра можно записать следующее , (2) (АМ), де К - число целых периодов входного апр жени  от первого до второго совадени  импульсов. .hT з вьгражени  (3) имеемТ . X /Ч т одставл   значение Т из (4) в (2) меем t- ll.T.° L Код Ь f получают последовательно вычита  из кода УН число пока осатс с не становитс  меньще И/А-1. ; А искомый сдвиг фаз определ етс  в вьфажени  - ,(6) читыва  вьфажение (4) и (5/.

Таким образом, преалагаемый фазомет позвол ет задержку между моментом пуск и моментом начала счета (измерени ), что и приводит к увеличению быстродействи . Кроме того, в предлагаемом фазометре повышаетс  точность измерени  за счет .уменьшени  неопределенности выделени  первого совпадени  входного и опорного импульса с величины 2 Г до величины-fc зс((5 ( в данном случае-tjQjj-С). Уменьшение неопределенности выделени  первого совпадени  происходит благодар  тому, что в фазометре дл  измерени  вьшел етс  канал ( 1-ый канал) по совпадению опорного импульса с передним фронтом входного импульса. При работе известного фазометра не известно, каким фронтом (передним или задним) совпадает входной импупьс с опорным, что обуславливает неопределенность выделени  перво го совпадени  21/.

В предлагаемом фазометре врем  задержки между выходами линии задержки 7 прин то приблизительно равным длительности & входньрс и опорных импульсов дл  того, чтобы в любой MOMeiHT

времени на любом из выходов линии 7 задержки тгрисутствовал опорный импульс. При увеличении значени  Ьзаб , бпорного импульса нет ни на одном из выходов линии задержки 7, что приводит к увеличению времени измерени . При уменьшении же некоторого его значени  возможны совпадени  опорных импульсов с .входным импульсом в нескольких каналах совпадений (их количество определ етс  соотношением между tr и-ЬацД). Ив этом случае работа фазометра протекает аналогично описанному выше.

Следовательно, точность изготовлени  ЛИНИЙ задержки не вли ет на точность описываемого фазометра. Точность фазометра зависит от точности . выделени  временных интервалов, ограниченных совпадени ми вхЬдных и опорных ампульсоёкоды А, Wi и ц которых определ ютс  в фазометре. То есть, в отличие от устройств дл  измерени  временных интервало в, которых используютс  задержанные совпадени , здесь задержка импульсов с периодом TQ необходима лишь дл  вьшелени  рабочего канала. В этом случае даже нет необходимости в точном знаНИИ велачиныЬхл((). Естественно, речь здесь идет о пЪсто нньгх Во времени погрешност х изготовлени  секционированной линии задержки.

Ожидаемый эффект от использовани  предлагаемого изобретени  выражаетс  в увеличении- быстродействи  и повышени  точности измерени  фазометра.

Claims (2)

1.Цифровой фазометр дл  измерени  среднего значени  сдвига фаз, содержащи входные ключи, управл ющие входы кого рых соединены с выходами первого триггера , а выходы - с формирователем импульсов , выход которого соединен с первым входом первого ключа, а вход первого триггера соединен с первым входом третьего ключа, выход которого, как и выходы первого и второго ключей, соединены со счетчиками импульсов, генерато импульсов и линию задержки, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, в него введены П каналов совпадений, второй триггер и три элемента ИЛИ, причем, вход линии задержки соединен с выходом генератора импульсов и с первым входом первого канала совпадений, а ее выходы -с первыми входами последующих каналов совпадений, вторые и третьи входы всех

каналов совпадений соединены соответственно с выходом второго триггера и вь1ходом формировател  импульсов, а первы вторые и третьи выходы каналов совпадений соединены соответственно с входами первого, второго и третьего элементов ИЛИ, при этом выход первого элемента ИЛИ соединен с первым входом второго и вторым входом первого ключа, выход второго элемента ИЛИ соединен со входами первого и второго триггеров и с первым входом третьего ключа, выход третьего элемента ИЛИ соединен со вторыми входами второго к третьего ключей .

2.Фазометр по п. 1, отличающийс  тем, что каждьй канал совпадений содержит первый и второй ключи, первые входы которых объединены, а выходы через элемент: ИЛИ соединены со втсрым входом элемента И, выход которого соединен с первым входом электрон ного коммутатора, соединенного своим вторым входом с. первым входом электронного коммутатора последующего канала совпадений, а выход электронного коммутатора каждого из каналов соединен со вторым входом второго ключа.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 9 1. Авторское свиаегельство СССР № 231665, кп. О 01 R 25/08,. 1967. 7.9862510 2. Авторское Ьвидетельство СССР N 381038, кл. ОО R 25/08, 26.02.71 (прототип).