Преобразователь фазового сдвига в код Советский патент 1983 года по МПК G01R25/00 

дения, второй вход третьего элемента совпадения подключенк выходу четвертого формирователя импульсов и к

второму входу второго триггера,а выход к вторым входам второй группы вентилей и к второму выходу преобразователя.

ПРЕОБРАЗОВАТ1ЕЛЬ ФАЗОВОГО СДВИГА В КОД, содержащий два нуль-органа , компаратор, блок определзния порога, два триггера, два счетчика, три формирователя импульсов, два ключа, инвертор, элемент совпадения и две группы вентилей, причем вход первого нуль-органа соединен с первым входом, а вход второго нуль-органа с вторым входом преобразователя , выход второго нуль-органа подключен к входам первого и второго формирователей импульсов, выход, первого ключа соединен с входом первого счетчика и с первым входом второго ключа, Первый вход кок паратора подключен к первому входу блока определения порога и к входу второго «уль-органа, а второй вход - к выходу блока определения порога, второй вход которого соединен с третьим входом преобразова7 теля, первый вход первого ключа подключен к входу инвертора, выход кото рого соединен ciпервым входом элемента совпадения, второй вход которого подклачен к выходу первого формирователя импульсов, а выход - к первым входам первой группы вентилей и к первому входу первого триггера, второй вход которого соединен с выходом второго формирователя импульсов, а выход - с вторым входом второго ключа, выход второго ключа подключен к первому входу второго счетчика, второй вход которого соединен с выходами первой группы вент1ил.ей, вторые входы которой подключен с f ыходу первого счетчика, выход счетчика соединен с первыми вхрд§ми второй группы вентилей, выходы которой подключены к первому выходу преобразователя, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей преобразователя путем обеспечения следящего режима преобразования фазового сдвига в код и независимости его результатов от частоты следования опорного и-исследуемых импульсов, в него введены ш умножитель частоты, формирователь импульсов, триггер, инвертор и два элемента совпадения, причем выход первого нуль-органа соединен с вторым входом первого счетчика и с входом ВТОРОГО инвертора, а также через умножитель частоты - с входом инвертора и первым входом первого ключа, выход второго инвертора подключен к D 00 второму входу первого кгяоча, выход компаратора соединен с входами тресл 1 тьего и четвертого формирователей импульсов, первый вход второго тригг.ера подключен к выходу второго фор.миро ателя импульсов, а его выход к первому входу второго элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом первого формирователя импульсов, выход второго элемента совпадения подключен к первому входу третьего триггера, второй вход которого соединен с выходом третьего формирователя импульсов, а выход - с первым входом третьего элемента совпа

1

Изобретение относится к цифровой

измерительной технике и может быть .использовано в измерительных приборах для преобразования фазового сдвига в цифровой код.

В частности, задача преобразования фазового сдвига в цифровой код возникает при вибрационном диагностировании двигателей внутреннего сгорания. При этом особенностью преобразования фазового сдвига вибрационного импульса в цифровой код является наличие в предварительно отфильтрованном с помощью полосовых фильтров сигнале узкополосного шу ма, источниками которого являются различные рабочие процессы объекта диагностирования, а также сопряжения не связанные с циклом его работы. Другой особенностью преобразования фазовых параметров вибрационного сигнала в код является fo, что последний представляет собой определенную последовательность вибрационных импульсов, формируемых отдельными кинематическими парами в течение цикла Тц работы объекта.

Известен преобразователь фазового сдвига в код, содержащий два нульоргана, триггер, ключ, генератор и счетчик 1

Недостатками этого фазометра являются невозможность преобразования фазового сдвига в цифровой код при наличии узкополосного шума, зависимость результатов преобразования от частоты следования опорного и исследуемых импульсов, а также невозможность реализации следящего режима преобразования.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройств преобразования фазового сдвига в цифровой код, содержащее два нуль-органа компаратор, блок определения порога, два триггера, два счетчика, три формирователя импульсов, два ключа, генератор образцовой частоты, инвертор,

элемент совпадения и двегруппы вентилей, причем входы нуль-органов соединены с двумя входами преобразователя, выход первого нуль-органа подключен к первому входу первого три|- гера, а выход второго - к входам первого и второго формирователей импульсов, выход первого триггера соединен с входом третьего формирователя импульсов и с первым входом первого ключа, выход которого подключен к входу счетчика и к первому входу второго ключа, второй вход первого три1- гера соединен с выходом компаратора, первый вход которого подключен к первому входу блока определения порога и к входу второго нуль-органа, а второй вход к выходу блока определения пор.ога, второй вход которого соединен с третьим входом преобразователя, второй вход первого ключа подключен к выходу генератора образцовой частоты и к входу инвертора, выход которого соединен с первым входом эле,мента совпадения, второй вход которого подключен к выходу первого формирователя импульсов, а выход - к первым входам первой группы вентилей и к первому входу второго триггера, второй вход которого соединен с выхоЙом второго формирователя импульсов, а выход - с вторым входом второго ключа, выход второго ключа подключен к первому входу второго счетчика, второй вход которого соединен с выходами первой группы вентилей, втррые входы которой подключены к выходу первого счетчика, выход второго счетчика соединен с первыми входами второй группы вентилей, вторые входы которой подключены к выходу .третьего формирователя импульсов, а выходы - к выходу преобразователя 2,1.

Недостатком известного преобразователя является невозможность реализации следящего режима преобразования, так как он обеспечивает преобразование фазового сдвига только одного из п импульсов импульсной после довательности на периоде опорного си нала. Для преобразования фазового сдвига- в код остальных Ь-1 импульсов необходимой- периодов опорного сиг нала, что связано с дополнительными затратами времени, А при наличии тол ко одной реализации сигнала (одной последовательности импульсов, соотве ствующей одному циклу работы объекта или же при наличии зависимости фазов параметров импульсов от времени применение известных преобразователей становится вообще невозможным. Недостатком преобразователя является так же зависимость результатов преобразования от частоты следования опорного и исследуемых импульсов. Целью изобретения является расширение, функциональных возможностей преобразователя путем обеспечения следящего режима преобразования фазо вого сдвига в код и независимости его результатов от частоты следования опорного и исследуемых импульсов Указанная цель достигается тем, что в преобразователь фазового сдвига в код, содержащий два нуль-органа, компаратор, блок определения порога, два триггера, два счётчика, тр формирователя импульсов, два ключа, инвертор, элемент совпадения, и две группы вентилей, причем вход первого нуль-органа соединен с первым входом, а вход второго нуль-органа с вторым входом преобразователя, выход второго нуль-органа подключен к входам первого и второго формирова телей. импульсов, выход первого ключа соединен с входом первого счетчик и с первым входом второго ключа, первый вход компаратора подключен к первому входу блока определения порога и к входу второго нуль-органа, а второй вход - к выходу блока определения порога,у второй вход которого соединен с третьим входом преобра .зователя, первый вход первого ключа подключен к входу инвертора, выход которого соединен с первым входом элемента совпадения, второй вход которого подклочен к выходу первого формирователя импульсов, а выход - к первым входам первой группы вентилей и к первому входу первого триггера, второй вход которого соединен с выходом второго формирователя импульсов , а выход - с вторым входом второго ключа, выход второго ключа подключен к первому входу второго С14етчика, второй вход которого соединен с выходами первой группы вентилей, вторые-входы которой подклочены к выходу первого счетчика, выход второго счетчика соединен с первыми входами второй группы вентилей, выходы которой подк™)чены к первому выходу преобразователя, введены умножитель частоты, формирователь импульсов, триггер, инвертор и два элемента совпадения, причем выход первого нуль-органа соединен с вторым ;входом первого счетчика и с входом второго инвертора, а также через умножитель частоты - с входом инвертора и первым входом первого ключа, выход второго инвертора подключен к второму входу первого ключа, выход компаратора соединен с входами третьего и четвертого формирователей.импульсов, первый вход второго триггера подключен к выходу второго формирователя импульсов, а его выход - к первому входу второго элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом первого формир1ователя импульсов, выход второго элемента совпадения подключен к первому входу третьегр триггера, второй вход которого соединен с выходом третьего формирователя импульсов, а выход - с первым входом третьего элемента совпадения, второй вход третьего элемента совпадения подключен к выходу четвертого формирователя импульсов и к второму входу второго триггера, а выход - к вторым.входам второй группы вентилей и к второму выходу преобразователя. На фиг. 1 представлена блок-схема преобразователя; на фиг. 2 - временная диаграмма его работы. Преобразователь содержит два нульоргана 1 и 2, блок 3 определения порога, компаратор , четыре формирователя 5-8 импульсов, два инвертора 9 и 10, элемент 11 совпадения, триггер 12, ключ 13, элемент 14 совпадения, умножитель 15 частоты, тригге- . ры 16 и 17, ключ 18, элемент 19 совпадения, счетчик 20, группу.вентилей 21, счетчик 22, группу вентилей 23, первый 24, второй 25 и третий 2б входы и первый 27 и второй 28 выходы. Вход нуль-органа 1 соединен с входом 24, а вход нуль-органа 2-е входом 25 преобразователя и первыми входами блока 3 и компаратора , вто рой вход которого подключен к выходу блока 3, второй вход блока 3 соединен с входом 2б преобразователя, выход нуль-органа 2 подключен к входам формирователей 5 и 6, выход ключа 13 соединен с первыми входами ключа 18 и счетчика 20, второй вход которого подключён к выходу нуль-органа 1 и к входам инвертора 9 и умножителя 15, выход которого соединен с входом инвёртора ТО и первым входом ключа 13, второй вход которого подключен к выходу инвертора 9 выход инвертора 10 соединен с первым входом элемента выход которого подключен к первым входам группы вентилей 21 и к первому входу триггера 16 второй вход ко торого соединен с выходом формирователя 6 и первым вхвдом триггера 12, а выход - с вторым входом ключа 18, выход которого подклочен к первому входу счетчика 22, второй вход счетчика 22 соединен с выходами группы вентилей 21, вторые входы которой подключены к выходу сметчика 20, выход счетчика 22 соединен с первыми входами группы вентилей 23, выходы которой подключены к выходу 27 преоб разователя, выход компаратора Ц соединен с входами формирователей 7 и выход триггера 12 подключен к первому входу элемента И, второй вход ко торого соединен с выхоДом формирователя 5 и вторым входом элемента 11, выход элемента lA подключен к первому входу триггера 17, второй вход которого соединен с выходом формирователя 7, а выход - с первым входом элемента 19, второй вход элемента 19 подключен к выходу формирователя 8 и второму входу триггера 12, а выход к вторым входам группы вентилей 23 и выходу 28 преобразователя. Преобразователь работает следующим образом. В момент перехода через нуль снизу-вверх опорного сигнала, представляющего собой видеоимпульс и поступающего на первый вход 24 преобразователя (фиг. ), нуль-орган 1 формирует на своем выходе короткий импульс (фиг. 2 .1, который устанавливает счетчик 20 в нулевое состояние, а также поступает на входы инвертора 9 и умножителя 15. Инвер

тор 9 блокирует на время длительности импульса на его входе ключ 13, НА другой вход которого поступают 1

нала на входе 25 преобразователя через нуль может быть вызван или полезным сигналом или шумом. Если после импульсы с выхода умножителя 15 частоты. Коэффициент умножения частоты следования импульсов на входе умножителя 15 определяется исходя из необходимой разрешающей способности преобразования фазового сдвига. Так, например, при измерении в процессе диагностирования двигателей внутреннего сгорания фазового сдвига вибрационных импульсов с разрешающей способностью в 1 градус необходим коэффициент умножения умножителя, равный 720, так как период следования JM, опорных импульсов равен двум оборотам колеича7ого вала объекта, т.е. 720 градусам. Таким образом, на выходе умножителя 15 за период времени Т. независимо от величины последнего формируется 720 импульсов. По окончании импульса на выходе нуль-органа 1 ключ 13 разблокируется и импульсы с выхода умножителя 15 начинают поступать на вход счетчика 20 (фиг. 2 - Вых; 20 и на первый вход ключа 18. На второй вход 25 преобразователя поступает сиг нал (фиг. 2 - 2k), представляющий собой смесь последовательности вибрационных импульсов и узкополосного шума. При переходе сигнала через нульсрабатывает нуль-орган 2 (фиг. 2 .. При этом в зависимости от направления этого перехода срабатывает либо формирователь 5, либо формирователь 6. Так, при переходе сигнала через нуль снизу вверх сигнал на выходе нуль-органа 2 состояния О переходит в состояние 1. При этом на выходе формирователя 6 появляется импульсный сигнал (фиг. 2 - Вых.6), Который устанавливает уриггер 1б в состояние О на его выходе (фиг.2 . 16) и закрывает тем самым люч 18. Поступление импульсов с выхода умножителя 15 через ключ 13 на вход счетчика 22 прекращается, и в счетчике 22 фиксируется число импульсов N(фиг. 2 - Вых. 22), отсчитанных за интервал времени между перехоом через нуль опорного сигнала и рассмотренным переходом через нуль сигнала на втором входе преобразователя. При этом на вход счетчика 20 импульсы с выхода умножителя 15 продолжают поступать и тем самым формировать на выходе последнего код текущего значения фазоаого сдвига. Переход сиг7, перехода сигнала через нуль снизу вверх следует и переход последнего через порог, то код, записанный в счетчике 22, является кодом фазового сдвига исследуемого импульсного сигнала, который необходимо выдать на выход 27 преобразователя. Если после перехода сигнала на входе 25 преобразователя через нуль снизу вверх следует переход последнего через нуль сверху вниз , то полезный сигнал на вход 25 преобразователя не поступал, и код с выхода счетчика 22 на выход 27 преобразова теля выдаваться не должен. При переходе сигнала на входе 25 преобразователя через нуль сверху вниз сигнал на выходе нуль-органа 2 из состояния 1 переходит в состояние О. При этом на выходе формирователя 5 появляется импульсный сигнал (фиг, 2 - Вых. 5) который поступает на один вход элемента11 совпадения, на другой вход которого через инвертор 10 поступают импульсы с выхода умножителя 15. В результате чего в паузе между импульсами опорной частоты осуществляется перепись в счетчик 22 через вентили 21 кода числа импульсов, поступивших к данному моменту времени на вход счетчика 20, кода текущего значения фазового сдвига Nn (фиг. 2 - вых.22 а также установка триггера 16 в состояние 1 на его выходе (фиг. 2 . 16 ). ,При этомсигналом на его втором входе ключ 18 открывается, и имрульсы с выхода умножителя 15, поступающие на его первый вход через кж)ч 13, подаются на счетный вход счетчика 22. В счетчике.22 производится подсчет импульсов с ёыхода умножителя 15, которые при этом прибавляются к коду N2 ДО очередного перехода сигнала, поступающего на вход 25 преобразователя, через нуль Указанный процесс повторяется до тех пор, пока не появится полезный сигнал (вибрационный импульс). При появлении полезного сигнала происхо дит срабатывание комларатора Ц (фиг. Вых. А), который осуществляет срав нение текущего значения сигнала на его первом входе с порогом, поступающим на его-второй вход с выхода бло ка 3 С1пределения порога (фиг. 2 ВыХоЗ). Знамение порога представля ет собой предельное значение узко57полосного шума, определяемое блоком 3 определения порога. Блок 3 представляет собой стробируемый пиковый детектор, измеряющий максимальное значение сигнала в течение строб-импульса,поступающего на третий вход 26 преобразователя. Строб-импульс подается на вход 26 в моменты отсутствия полезного сигнала (для таких объектов диагностирования, как двигатель внутреннего сгорания, эти моменты, определяе- . мые его кинематикой, известны априори При переходе сигнала через порог в зависимости от направления этого перехода срабатывает либо формирователь 7, либо формирователь 8. Так . при переходе сигнала через порог снизу вверх сигнал на выходе компаратора Ц из состояния О переходит В состояние i. При этом на вьк ходе формирователя 8 появляется импульсный сигнал (фиг. 2 - Вых. 8),. который устанавливает триггер 12 в состояние.О на его выходе (фиг.2 . 12 ), а также поступает на второй вход элемента 19 совпадения. Импульсный сигнал с второго входа элемента 19 совпадения в зависимости от состояния выхода триггера 17 либо проходит, либо не проходит на выход элемента 19 совпадения и далее на вторые входы вентилей 23 и выхо 28 преобразователя. При переходе сйгнала через порог сверху вниз сигнал на выходе компаратора k из состояния 1 переходит в состояние 0.. При этом на ,че формирователя 7 появляется импульсный сигнал (фиг.2 . 7), который устанавливает триггер 17 в состояние О на его выходе (фиг. 2 - Вых. 17). При поступлении на вход 25 преобразователя вибрационного импульса наблюдается последовательность переходов сигнала через порог (фиг. 2 - 25. Из этой последовательности переходов необходимо выделить первый переход сигнала через порог снизу вверх, который сигнализирует о появлении полезного сигнала. Выделение указанного перехода осуществляется триггерами 12 и 17 и элементами 1 и 19 совпадения, при помощи которых анализируются последовательности переходов сигнала через нуль и через порог и фиксируется первый переход сигнала через порог снизу вверх (фиг. 2 - Вых.12, . 1/, Вых. 17 и Вых. 19). При этом импульсный сигнал с выхода

9101

(Элемента 19 совпадения поступает на вторые входы вентилей 23, разблокируя их, и на выход 28 преобразователя в результате чего на выходе 27 преобэазователя выдается код код фаjoBoro сдвига первого импульса из импульсной последовательности, а на вы;ход 28 преобразователя - сигнал синхро:низации.Процесс преобразования фазо{вогр сдвига в код последуюцих импуль9357

10

сов ничем не отличается от описанного ранее.

Таким образом в предлагаемом пре-образователе обеспечивается следящий режим преобразования фазового сдвига каждого из последовательности радиоимпульсных сигналов относительно опорного и независимость результатов указанного преобразования от частоты следования опорного и исследуемых сигналов.

Фиг./

З

t Mj П„ Nf Ifs Mi Hi,, ffi.i Wy /VM If.v 16t№oSj

M

| iph Ir t

т

|i hj

-U4

I i и I

..LLJt

IT