Цифровой фазометр Советский патент 1983 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к фазометрии, и может быть -использовано для прецизионного измерения фазовых сдвигов в широком диапазоне частот исследуемых сигналов. Известен,фазометр, содержащий электронные ключи, генератор импуль сов, вычитающий счетчик, реверсивный счетчик, триггер, распределитель импульсов,, регистрирующий счетчик 1J Однако фазометр имеет низкое быст родействие и граничную частоту поряд ка 10-20 Гц. Наиболее близ.ким к предлагаемому являет.ся фазомет, содержащий два счетчика, генератор-счетных импульсов, формирователь, входы которых соединены с входными шинами устройства, делитель частоты, два электрон ных ключа, блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами двух электронных ключей, регистрирующий блок з. Однако фазометр имеет низкое . быстродействие, так как период счет ных импульсов дoJpкeн быть больше вре мени распространения единицы перейоса из первого (младшего) разряда декадного вычитающего счетчика до стар шего разряда декадного реверсивного счетчика. Фазометр имеет также низку точность измерения, так как операция деления производится многократным вычитанием из числа, пропорционального измеряемому фазовому сдвигу N-j , числа.эквивалентного величине 360/q, При этом для увеличения точности из мерений необходимо увеличивать значе ние коэффициента деления q. Но это,, в свою очередь, приводит к увеличению времени измерения. В фазометре имеет место случайная погрешность измерения, обусловленная некратностью отношения числа импульсов пропорционального текущему значе нию периода исследуемого сигнала к величине q,, Целью изобретения является увеличение точности и быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой фазометр, содержащий регистрирующий блок, два счетчика, два электронных ключа, блок управления, генератор счетных импуль сов, формирователь, первый и второй входы которого соединены соответственно с первой и второй входными ши™ нами устройства, а первый и второй выходы формирователя подключены соответственно к первому и второму вхо дам блока управления, первый и второй выходы которого соединены с уп рг1вляющими входами соответственно первого и второго электронных клю.чей, входы которых подключены к выходу генератора счетных импульсов, вьаход первого электронного клйча соединен с входом первого счетчика импульсов, введены два регистра сдвига, регистр, два блока вентилей, блок объединения и сумматор, причем выходы первого счетчика импульсов соединены с входами первого блока вентилей, управляющий вход которого подключен к третьему выходу блока управления, а выходы первого блока вентилей соединены с первыми входами блока объединения, вторые входы которого .подключены к выходам второго блока вентилей, а выходы блока объединения соединены с входами регистра, выходы которого подключены к первым входам сумматора, вторые входы которого соединены с выходами первого регистра сдвига,.выход знакового разряда сумMai;;Opa соединен с третьим входом .блока уп.равления и с входом второго регистра сдвига, а выходы сумматора подключены к входам второго блока вентилей, управляющий вход которого соединен с четвертым выходом блока управления, пятый выход которого соединен с управляющими входами первого и второго регистров сдвига, выход второго электронного ключа подключен к входу второго счетчика импульсов , выходы которого соединены с входами первого регистра сдвига, выход второго регистра сдвига подключен к входу регистрирующего блока На чертеже приведена блок-схема фазометра. Фазометр состоит из формировате--ля 1, первый и второй входы которого соединены с первой и второй входными шинами, блока 2 управления, первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами электрон- . ных ключей, первого электронного ключа 3, первого счетчика 4-импульсов,, первого блока 5 вентилей,: блока 6 объединения, регистра 7, cyjviMaтора 8, второго блока 9 вентилей, второго гьчектронного ключа 10, вто- рого счетчика 11 импульсов, первого и второго регистров 12 и 13 сдвига,, регистрирующего блока 14, Фазометр работает следующим образом. На вход формирователя 1 поступают синусоидальные сигналы Ц и Uji/ фазовый сдвиг которых надо измерить. Формирователь 1 преобразует входные сигналы в прямоугольные импульсы, передний -фронт которых соответству- ет переходам через нуль входных сигналов. Эти импульсы поступают на блок 2 управления, который формирует одновременно два прямоугольных импульса, имеющих длительностьТГ и ТГ, Длительность первого импульса Т соответствует измеряемому фазовому сдвигу (при определенном значе;нии частоты исследуемых сигналов)„ Длительность второго импульса Т,2, соответствует периоду исследуемого сигнала ,1/F. С помощью первого и второго электронных ключей 3, 10 длительнос,ти импульсов Т и tfi преобразуются в числоимпульсные коды М и N соот.ветственно. В первом счетчике 4 имЪульсов фиксируется код числа N , значение которого соответствует измеряемому фазовому сдвигу. Из первого счетчика 4 этот код с- помощью первого блока 5 вентилей и блока б объединения переписывается в регистр 7. С выходов регистра 7 код числа N поступает на первые входы сумматора 8. Во втором счетчике 11. импульсов формируется код числа N, значение которого соответствует одному периоду исследуемого- сигнала. В свою оче редь это.число соответствует-фазовом сдвигу 360 исследуемого сигнала (с учетом. текущего значения частоты) , т.е. является текущей цифровой мерой фазового сдвига 360 . Из второго счетчика 11 этот код записывается в первый регистр 12 сдвига. При каждом I-м сдвиге, где i 1, ..., п, где п - число разрядов фазометра в этом регистре формируется цифровая эталонная мера .фазового сдвига (ЗбО/2) , После п сдвигов в первом регистре 12 сдвига (при проведении каждого измерения) фиксирует ся наименьшая цифровая мера фазового сдвига N.(360 °/2 j , которая определяет цену единицы младшего разряда выходного кода фазометра, При сдвиге кода числа N на один разряд вправо (старшие разряды в пер вом регистре 12 сдвига расположены слева) фиксируется в первом регистре 12 код числа о./2, соответствующий эталонной мере фазового сдвига 180 Этот код поступает на вторые входы сумматора 8. В сумматоре 8 формируется код разности чисел , Есл величина N/, -N, 7/ О, то это логич;ес кое отношение фиксируется в знаковом разряде сумматора 8. При этом код разности чисел Щ - N2/2 записывается в регистр 7, а в первый (младший разряд второго регистра 13 сдвига записывается единица. Если код разности чисел М.,; - Q, то в регистре 7 остается код числа Ы и за1ись единицы в младший разряд второго регистра 13 сдвига не производит.зя. Пусть величина N.( - 0. В этом случае измеряемый фазовый сдвиг больше 180, затем, вычитая из него текущую цифровую меру 180, фиксируем остаток N,, - N2./2. При этбм в первом разряде второго регистра 13 |сдвига зафиксировалась единица п-го (старшего) разряда кода измеряемого фазового сдвига, вес которой составляет 180°. После проведения последующих п-1 сдвигов эта единица перемеДается в п-й (старший) разряд второго регистра 13. После окончания первого цикла при сдвиге кода числл на один разряд вправо фиксируется в первом регистре 12 код числа , соответст8ующий эталонной мере фазового сдвига 90, Как и в пер.вом ци.кле этот Код поступает на вторые входы сумматора 8. В сумматоре 8 формируется код разности чисел (N, - N,/2) - N2/4. Бели величина ( N,/2) - О, то это логическое отношение фиксируется в знаковом, разряде сумматора 8, а код разности чисел (N., - ) N/2./4 записывается в регистр 7. При этом во втором регистре 13 единица п-го разряда выходного кода фазометра переписывается из первого разряда во второй, а в первый разряд второго регистра 13 записывается единица (п-1)-го разряда измеренного фазового сдвига, вес которого соответствует 90° „ Если код разности чисел (Nj| - ) - , то в регистре 7 остается код числа. N./2 и запись единицы в первый разряд второго регистра 13 не производится. При этом код, хранящийся во втором регистре 13, который сформирован в предыду де.м цикле, сдвигается на один разряд., вправо. В каждом i-м цикле цифровая часть фазометра функционирует также, как описано йыше. После проведения п циклов во втором регистре 13 фиксируется п-разрядный двоичный код измеренного фазового сдвига , который поступает на вход регистрирующего устройства. Вес i -го разряда этого кода соответстнует 360724- 1, 2, ..., п;. Таким образом, применение предла гаемого фазометра позволяет исключить погрешность, обусловленную некратность ю периода изменяемого сигнала времени изменения, что в несколько раз повысит точность измерения при сохранении того же быстродействия, снизит требования к точности установки и стабильности (в процессе эксплуатации) частоты исследуемых сигналов и частоты счетных импульсов без потери точности измерений, что существенно упростит аналоговую часть фазометра и снизит требования к параметрам аналоговых элементов; оперативно обменять точность измерений на быстродействие. При частоте счетных импульсов fx8 10 МГц практически : с стижима точность цифровой части предлагаемого фазометра 10,01° при быстродействии фазометра порядка 100 мс. При времени из1- ерения порядка 100 мкс погрешность цифровой чгАСти фазометра составляет величину .° , Любые значения точности и соответствующего быстродействия,- лежащие в указанных пределах, могут быть назначены оператором пегзд началом измерений.

ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР, содержащий регистрирующий блок, два счетчика, два электронных ключа, блок уп равления, генератор счетных импульсов, формирователь, первый и второй входы которого соединены соответственно с первой и второй входными шинами устройства, а первый и второй выходы формирователя подключены соответственно к первому и BTopc iy входам блока управления первый и второй выходы которого соединены с управляющчми входами соответственно первого и второго электронных ключей, входы которого подключены к выходу генератора счетных импульсов, выход первого электронного ключа соединен с входом первого счетчика импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него введены два регистра сдвига, регистр, два блока вентилей, блок объединения и сумматор, причем выходы первого счетчика импульсов соединены с входами первого блока вентилей, управляющий вход которого подключен к третьему выходу блока управления, а выходы первого блока вентилей соединены с первыми входами блока объединения, вторые входы которого соединены с выходами второго блока вентилей,- а выходы блока объединения соединены с входами регистра, выходы которого подключены к первым входам сумматораf вторые входы которого соединены с выходами первого регистра сдвига, выход знакового щ разряда сумматора соедигнен с третьим входом блока управления и с входом второго регистра сдвига, а выходы сумматора подключены к входам второго блока вентилей, управляющий вход которого соединен с четвертым выходом блока управления, пятый выход которого соединен с управляющими входами первого и второго регистров сдвига, выход второго электронного ключа f подключен к входу второго счетчика импульсов, выходы которого соединены :л с входами первого регистра сдвига, выход второгЪ регистра сдвига подклю,чен к входу регистрирующего блока. :л ел