SU993151A1 - Способ цифрового измерени фазового сдвига и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к радиоиз ,мерительной технике, в частности к фазовым измерени м, и может быть использовано дл  повышени  быстродействи  в цифровых фазометрах, в частности в фазометрах с постойнным измерительным временем; Известен способ измерени  сдвига фаз. между двум  колебани ми при помощи цифрового фазометра с посто нным измерительным временем/ основанный на подсчете числа счетных импуль сов. Частота этих импульсов находитс  в целочисленном отношении с частотой измер емых колебаний; они сгру пированы в пачки, длительность которых пропорциональна фазовому сдвигу между колебани ми и обратно пропорци нальна частоте колебаний и которые проход т на ход счетчика за измерительное врем , кратное частоте счетных импульсов. Однако такой способ, кроме пониженной точности измерени  фазового сдвига , характеризуетс  большим временем измерени  1 J. Наиболее близким по технической , сущности к предлагаемому  вл етс  способ измерени  разности фаз, основанный на подсчете числа счетных импульсоы , сгруппированных в пачки. длительность которых пропорциональна фазовому сдвигу между колебани т ми и обратно пропорциональна часто ,те Fj( колебаний, за измерительный интервал, кратный периоду счетных импульсов, при одновременном равно-мерном измерении фазы счетных импульсов . По указанному способу получают значение фазового сдвига в цифровой форме С 2 . Данный способ в силу специфики цифрового метода определени  cyMi iapной длительности заранее заданнЪго количества ) временных интервалов между моментами перехода исследуемых напр жений через нуль позвол ет получить значение фазового сдвига только по окончании измерительно-. го интервала, что снижает и ограничивает быстродействие. Наиболее близкий к предлагаемому способ измерени  фазового сдвига за посто нный измерительный интервал осуществл етс  цифровым фазометром,  вл ющимс  наиболее общим и близким к изобретению и содержапдам генератор квантующих импульсов, счетчик и два формировател , выходы которых соединены с соответствующими входами элемента И, выходом соединенного с вторым элементом И, который через второй триггер соединен с делителем частоты 33. Недостаток известного устройства - достаточно большое врем  измерени  . Цель изобретени  - повышение быст родействи  . Указанна  цель достигаетс  тем, что согласно способу цифрового измерени  фазового сдвига, заключающемус  в том, что подсчитывают число сче ных импульсов, сгруппированных в пачки, длительность которых пропорциональна фазовому сдвигу между коле бани ми и обратно пропорциональна частоте колебаний, за измерительный интервал, кратный периоду счетных импульсов, при одновременном равномерном изменении фазы счетных импуль сов измер ют длительность периода Тд исследуемых колебаний и полный измерительный интервал замен ют на р д интервалов, прив занных началами к спадам последних импульсов очередных ,пачек ( производ т подсчеты чисел импульсов чисел пачек за каждый i-ый интервал, причем длительность первого интервала выбирают рав ной 10(п - целое число) от длительности полного измерительного интервала , а длительность каждого из последующих временных интервалов беретс  равной, умноженной на 10, разности между длительностью предыдущего интервала и произведением результата предыдущего подсчета числ пачек на длительность периода Т, при этом общим резул1-:татом измерений считают суммы М.- 1.В устройство дл  осуществлени  . способа цифрового измерени  фазового сдвига, содержащее генератор счет ных импульсов с фазовращателем, первый счетчик, формирователь временных интервалов и два формировател , выходы которых соединены с соответствующими входами триггера, выход ко торогЪ соединен с одним из входов первого элемента И, другой вход кот рого через фазовращатель соединен с выходом генератора счетных импульсо а выход подключен к первому входу второго элемента И, второй вход кот рого соединен с выходом формировате л  временных интервалов,введены вт рой счетчик и третий элемент И, ком мутатор, блок управлени  и преобразователь периода, в код, первый вход которого соединен с одним из формирователей , второй вход объединен с первым входом блока управлени  и выходом генератора счетных импульсо а третий вход - с первым выходом бл ка управлени , второй вход которого соединен с выходом преобразовател , а третий вход - с выходом разр дов второго счетчика, первый вход которого соединен с вторым выходом блока управлени , четвертый вход блока управлени  объединен с выходом первого триггера и первым входом третьего элемента И, выходом соединенного с вторым входом второго счетчика, а вторым входом подключенного к выходу формировател  временных интервалов-, вход которого соединен с третьим выходом блока управлени , четвертый . выход которого соединен с одним из входов коммутатора, выходами соединенного с первым счетчиком, а вторым входом соединенным с выходом второго элемента И. На чертеже представлена структурна  схемаустройства дл  цифрового измерени  фазового сдвига. Устройство содержит формирователи 1 и 2 импульсов, триггер 3, элементы И 4-6, генератор 7 счетных импульсов, фазовращатель 8, преобразователь 9 периода в код, блок 10 управлени , формирователь 11 временных интервалов, второй счетчик 12, коммутатор 13 и первый счетчик 14 с индикаторами-. Формирователь 2 сое .динен с объединенными входами преобразовател  9 и триггера 3, выход которого соединен с входами элементов И 4 и б и блоком 10 управлени , имеющего взаимные обратные св зи как с преобразователем 9, так и с вторым счетчиком 12. Выход генератора 7 счетных импульсов соединен с одной стороны через фазовращатель 8 с вторым входом элемента И 4, ас другой - с входом преобразовател  9 и блока 10 управлени , выходы которого ;соединены с кo лмyтaтopoм 13 и формирователем 11 временных интервалов, выход которого соединен с элементами И 6 и 5-. Коммутатор 13 соединен с выходом элемента И 5, а своими выходами - с первым счетчиком 14. Кроме того , выход элемента И 6 соединен с входом второго счетчика 12. Предлагаемый способ реализуетс  следующим образом. Дл  определени  величины фазового сдвига прежде всего производ т измерение длительности периода Тх исследуейых сигналов. Поскольку квантование периода производитс  сигналами от генератора счетных импульсов с периодом TO(,0,1 мне, то результат измерени  длительности периода. T,3W 713 МКС. Первый временной измерительный интервал формируетс  длительностью Tj 0, 36 io 360 NfKc. Если прив зать, начало этого интервала к спаду последнего импульса предшествующей пачки импульсов, то в этот интервал TI уложитс  Nf,360 :71, 301247 5,049 периодов входной исследуемой последовательности . Поскольку кажда  пачка представл ет собой целый период, то

подсчитанное число пачек N будет равно 5.

Второй временной измерительный интервал Тц формируетс  как умноженна  на 10 разность между предыдущим временным интервалов и произведением числа точек, измеренных за предыдущий временной интервал, На длительность периода исследуемых сигналов. Сооласно сказанному Ту,- (3, -71,3-5)10 (360-356,б ) 10 3,5-10 35 МКС..

Формирование кода этого временного интервала не займет существенного времени, так как на определение иэм можно использовать первый из числа подсчитываемых периодов.

Определение произведени  . осуществимо в самом процессе подсчета числа периодов при использовании последовательного суммировани  кода Т изм. каждым подсчитываемым сигналом из числа Nfl.. Таким образом, код произведени  Т изм. «Мр может быть получен уже в момент завершени  интервала TI,. В этот же момент.может быть получен и цод разности (T 4 -TxИЗм. N41) , если дл  формировани  разности использовать параллельное суммирование при вводе в сумматор вычитаемого в обратном коде. И, наконец, умножение кода разности на 10 не требует дополнительного времени , ибо достаточно формировать код разности со СДВИГОМ на один дес тичный разр д.Таким образом, код второго временно1 о измерительногб интервала может быть получен уже в конце первого временного измерительного интервала.

Поскольку длительность Т равна 35 МКС и в этот интервал укладЕэзвает-, с  Nn 35:71,301247 0,490875 пачек, то начало интервала совмещено со спадом последнего импульса предадущей пачки, поэтому результатом измерени  числа пачек за Т дбулет нуль.

Длительность третьего временного измерительного интервала Ти..И2- Nf, .Т;( изм. )10(35-0-ТхИзм. ) мкс В этот интервал укладываетс  i Nf,3 350:71,301247 4,90875 .периодов исследуемых сигналов. Поскольку начало временного интервала сфазировано с пачками импульсов, .то результатом подсчета числа пачек за интервал Т будет N,4.

Длительность четвертого временног измерительного интервала Т(,{ ,,-Тхизм. ) 10 ( 350-4 71.3) (35Т}-285,2 ) 10 64,В-10 648 мкс.

В этот интервал укладываетс . .N, 648:71,301247 90882 периодов исследуемых сигналов. Поскольку на- . чало временного интервала сфазирован с пачками импульсов, то результат подсчета числа пачек за интервал Тм4 будет .

На этом Процесс измерени  можно .закончить.

Результат измерени  формируетс  следующим образом.

Количество счетных импульсов

подсчитанных за равно числу импульсов в пачке , умноженному на количество пачек Nn. Аналогично подсчитываетс  число счетных импуль .сов NCM. , Nc4o сч за каждый из О интервалов Т Ту и Т.. Общий зультат измерений формируетс  как сумма . Поскольку п в приведенном примере равно 3, а общее число пачек Nf,+Nn3+Nn4 lS Ю то

5 можно считать, что среднее число импульсов в пачке в результате усреднени  до 18 пачек может быть .прин то равным N.,,8. Тогда NC Nn NMnl03-1+ + Npj-rV O - +

0 Мп Мип-10 г5-19,8-10 +4-19,8х i40+9-19,8 99000-ь792+178, 2 99970,2 99970 импульсов.

Устройство дл  реализации способа работает следук дим образом.

5 В исходном состо нии счетчики 12 и 14 обнулены, формирователь 11 аре менных интервалов подает запирающие сигналы на элементы И 5 и 6, генератор 7 счетных импульсов через рабоQ тающий фазовращатель 3 подает на элемент И 4 счетные импульсы, преобразователь 9 периода в код готов к работе .{св зи, привод щие устройство в исходное состо ние, не-показаны ).

е Процесс измерени  начинаетс  с . поступлени  на блок 10 управлени  сигнала запуска. Под действием этого сигнала блок 10 управлени  в момент поступлени  на его четвертый вход спада и1-отульсов с триггера 3

0 сигналами со своего третьего выхода запускает формирователь 11 временных интервалов на формирование кода Ти. Одновременно сигналом на своем - первом выходе включает преобразова-

5 тель 9 на выработку кода T и сигналом на своем четвертом выходе .переводит коммутатор 13 .в состо ние, при котором сигнал с выхода элемента И 5 пбступает на вход п+1-го

0 дес тичного разр да счетчика 14.

За врем  измерительного интервала Ти счетчик 14 подсчитывает число. :импульсов Nn, счетчик 12 подсчиты-

J вает количество пачек N п в интервале Ти , а блок 10 управлени  вычис, л ет код ( изм.)-10. В момент окончани  Т., блок 10 управлени  передает код Ту, и формирователь 11временных интервалов обеспечиваёт сброс на нуль счетчика 12, воздействует на коммутатор 13, перевод  егов положение, при котором счетные импульсы с выхода элемента И 5 поступают на вход п-го

Claims (3)

1. 5 дес тичного разр да счетчика 14. В момент поступлени  на четвертый вход блока 10 управлени  спада выход ного импульса триггера 3 блок 10 управлени  дает команду в формирователь временных интервалов на начало выработки временного интервала Т„ . В дальнейшем устройство работает .аналогично до тех пор, пока не буду заполнены все младшие разр ды счет - °- Предлагаемый способ выгодно отличаетс  от известного тем, что весь процесс от начала измерени  до момента получени  результата можно осу мествить за врем , существенно меньшее ,, где Т эм даительность. пол ного измерительного интервала времени . Точность при этом остаетс  такой же, как в известном методе при измерении за врем  . Предлагаемый способ позвол ет существенно повысить быстродействие цифрового.фазометра. Формула изобретени  1. Способ цифрового измерени  фазового сдвига, заключаетс  в том, что подсчитывают число счетных импульсов , сгруппированных в пачки, дли тельность которых пропорциональна фазовому сдвигу между колебани ми и обратно пропорциональна частоте колебаний, за измерительный интервал кратный периоду счетных импульсов, при одновременном равномерном изменении фазы счетных импульсов, о т лич ающийс  тем, что, с целью повышени  быстродействи , измер ют длительность периода Т исг следуемых колебаний и полный измерительный интервал замен ют на р д интервалов , прив занных началами к спа дам последних импульсов очередных пачек, и производ т подсчеты чисел импульсов И чисвл за каж дый i-ый интервал, причем длительнос первого интервала выбирают равной 10 (п - целое число) от длительно ти полного измерительного интервала а длительность каждого из последующих временных интервалов беретс  равной, умноженной на 10, разности между длительностью предыдущего интервала и произведением результата предьщущего подсчета числа Пачек на длительность периода Ту , при этом общим результатом измерений считают сумму Nc4r .„ 2. Устройство дл  осуществлени  способа по П.1, содержащее генератор счетных импульссгв с фазовращателем, первый счетчик, формирователь временных интервалов и два формировател , выходы которых соединены с соответствующими входами триггера, выход ко-, торого соединен с одним из входов первого элемента И, другой вход которого соединен через фазовращатель с генератором счетных импульсов, а выход подключен к nejJBOMy входу второго элемента И, второй вход которого соегдйнен с Ьыходом формировател  времен ных интервалов, отличающеес  тем, что, с целью повышени  быстродействи , в него введены второй счетчик и третий элемент И, коммутатор , блок управлени  и преобразователь периода в код, первый вход которого соединен с одним из формирователей , второй вход объединен с первым входом блока управлени  и выходом генератора счетных импульсов, а третий вход - с первым выходом блока управлени , второй вход которого соединен с выходом преобразовател , а третий вход - с выходом разр дов второго счетчика, первый вход которого соединен с вторым выходом блока управлени , четвертый вход блока управлени  объединен с выходом первого триггера и первым входом третьего элемента И, выходом соединенного с вторым входом второго счетчика, а вторым входом подключенного к выходу формировател  временных интервалов, вход которого соединен с третьим выходо блока управлени , четвертый выход которого соединен с одним из входов коммутатора, выходами соединенного с первым счетчиком, а вторым входом соединенным с выходом второго элемента И. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №231664, кл. G 01 R 25/04, 1968.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 409151, кл. G 01 R 25/04, 1971.
3. 3.Смирнов П.Т. Цифровые фазомеры. л., Энерги , 1974, с. 33, рис. 13.