Дискретное фазометрическое устройство Советский патент 1984 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть ис пользовано для измерения угла сдвиг фаз между двумя периодическими элекрическими сигналами.

. Известно фазометрическое устройсво, содержащее два идентичных измерительных канала, последовательно соединенные генератор счетных импулсов, времязадающий делитель, электр ный ключ, регистрирукяций счетчик и Форми15у1а1гие устройства ClD .

Недостатками устройства являются его сравнительно небольшая точность и недостаточно широкие функциональные возможности.

Наиболее близким к предлагаемому является фазометрическое устройство для измерения мгновенного угла сдвига фаз между двумя синусоидальными сигналами, содержащее два формирователя импульсов, элемент временной задержки , два триггера три элемента сов-падения, два инвертора генератор образцовой частоты, и счетчик причем выход первого Формирователя, на вход которого подается первый сигнал И1 (-t) соединен с первым входом первого элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом первого триггера, выход второго Формирователя, на вход которого подается второй сигнал H2(t) соединен с первым входом второго элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом второго триггера, вторым входом первого триггера и . первым входом третьего элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом генератора образцовой частоты, выход первого элемента совпадения соединен с входом первого инвертора, выход которого соединен с первым входом второго триггера, выход второго элемента совпадения соединен с входом второго инвертора, выход которого соединен с вторым входом второго триггера, вход элемента временной задержки соединен с запускающим входом устройства, выход элемента временной задержки - с первым входом первого триггера, а выход третьего элемента совпадения соединен с входом счетчика Г23.

Недостатками устройства являются уменьшение точности измерения фазового сдвига вследствие асинхронности измеряемого и опорного сигналов, а также недостаточно широкие функциональные возможности, так как такое устройство трудно выполнить на высокой промежуточной частоте при заданном динамическом диапазоне по высокой частоте.

Иель изобрете,ния - расширение функциональных возможностей устройства и повыитение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее два формирователя, вход первого из которых соединен с первым (опорным/ входом устройства, а вход второго с вторым (измерительным ) входом и триггер, соединенный выходом с входом элемента И ,введены задерживающая цепь, состоящая из последовательно соединенных, уменьшающихся по двоичному закону h элементов задержки, блок аналоговых ключей, каждый из которых подключен параллельно соответствугацему элементу задержки, формирователь задержанного сигнала, сдвиговый регистр, п элементов И-НБ,Г| управляющих триггеров, п элементов ИЛИ и сдвиговый регистр, причем.вход задержи ванлцей цепи соединен с входом первого формирователя, выход задерживампей цепи соединен с входом формирователя задержанного сигнала, выход которого соединен с запускающим входом триггера соединенного своим выходом с управляющим входом элемента И, а второй (сбросовый )вход триггера подсоединен к выходу первого формирователя и входу сдвигового регистра, выход второго формировате ля соединен с сигнальным входом элемента и, выход которого соединен с вторыми входами П элементов И-НЕ, первые входы которых подсоединены к соответствующим выхода сдвигового регистра,подсоединенным также к первым входам соответствующих элементов ИЛИ,вторые входы которых соединены с выходами соответствующих управляющих триггеров,являющимися одновременно выходами соответствующих двоичных разрядов устройства,.при этом сбросовые входы всех управляющих триггеров соединены со сбросовымс выходом сдвигового регистра,а информационные входы каждого из управляющих триггеров соединены с выходами соответствугацих элементов И-НЕ, кроме того, выходы всех элементов ИЛИ соединены с управляющими входами соответствующих аналоговых ключей.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства, на фиг.2 - временные диаграммы напряжений в наиболее характерных точках схемы.

Устройство содержит (фиг.1) форми.рователи 1 и 2 управлякицих импульсов совпадающих по времени .с началом периодов входных периодических электрических сигналов, задерживающуюцепь 3, состоящую из последовательно соединенных, уменьшанвдихся по двоичному закону элементов 4-i- 4 задержки, блок 5 аналоговых ключей 6р Каждый из которых подключен параллелно соответствующему элементу задержки, формирователь 7 задержанного с нала, триггер 8, элемент И 9, сдви говый регистр 10, элементы И-НЕ 1Ц -11„, управляющие триггеры 12 и элементы ИЛИ 13„. Вход первого формирователя 1 яв ляется первым ( опорным |входом устр ства а выход второго формировател 2 - вторым-(измерительным ) входом ройства, вход задерживающей цепи 3 соединен с входом первого формиров теля, выход задерживающей цепи сое динен с входом формирователя 7 зад жанного сигнала, выход которого со динен -с запускающим входом триггер В, подсоединенного своим выходом к управляадёму входу элемента И 9, а второй (сбросовый )вход триггера 8 подсоединен к выходу первого форми вателя 1 и входу сдвигового регист 10, выход второго формирователя 2 соединен с сигнальным входом элеме та И 9, выход которого подсоединен к вторым входам .элементов И-НЕ 11 первые входы которых подсоединены к соответствующим выходам сдвигово регистра 10, подсоединенным также к одному из входов соответствующих элементов ИЛИ 13-,- 13,, вторые входы которых подсоединены к выходам соответствующих управляющих триггеров 12 являнтцимися одновременно выходами соответствуктдих двоичных разрядов устройства, сбро совые входы управляющих триггеров 12р, соединены со сбросовыгвыходом сдвигового регистра 10, а информационные входы каждого из управляющих триггеров 12 соединены с выходами соответствуюттшх элементов И-НЕ И-j- 11,, кроме того, вьтходы всех элементов ИЛИ 13 соединены с управляюгтими входами соответствующих аналоговых ключей 6-J- б задерживающей цепи. Устройство работает следующим образом. ;. Сигнал рабочей частоты (фиг.2а) поступает на вход формирователя 1, на выходе которого вырабатываются короткие импульсы (фиг.2в), совпадаЮ1&1ие по времени с моментами перехода синусоиды о через нуль. Сдвинутый по фазе сигнал рабочей частоты (фиг.26) поступает на вход формирователя 2, на выходе которого вырабатываются короткие импульсы (Лиг.2 г|, совпадающие по времени с моментами перехода синусоиды б через нуль. Импульсы с выхода Формирователя 1 поступают на счетный ёход сдвигового регистра 10, на выходных клеммах которого с приходом каждого последующего иг/пульса 3 вырабатываются управлякчгие потенциалы, соответствующие уровню логической 1 (фиг.2 д,е,ж,|). По прошествии циклов в конце последнего происходит сброс сдвигового регистра в исходное состояние, и процесс повторяется снова (на фиг.2 изображена временная -. диаграмма четырехразрядной системы).В течение h шагов, задаваемых сдвиговым регистром, в задерживающей цепи устанавливается сдвиг фаз, равный с выбранной дискретностью измеряемому фазовому сдвигу и соответствующий коду, записанному управ-, ляющим триггером 12j,- 12,. Задерживаетцая цепь 3 включает в себя п калиброванных элементов задержки 4р, каждый последующий из которых по величине меньше предьтушего вдвое. Каждый элемент задержки запараллелен с аналоговым ключом &f - 6j,,B исходном состоянии все аналоговые ключи замкнуты и задерживающая цепь закорочена, так что величина вносимого сдвига фаз равна нулю. С началом первого измерительного цикла потенциал логической 1 с первого выхода сдвигового регистра 10 поступает на вход элемента ИЛИ 13 и с выхода этого элемента логическая 1 поступает на управлжоций вход аналогового ключа 6 i ключ размыкается,включая элемент задержки 4-i. Сигнал рабочей частоты задерживается на этом элементе на соответствующую величину (на фиг.2, например, на 90°). Задержанный сигнал поступает на формирователь 7, на выходе которого выбирается короткий импульс, совпадающий по времени с моментом перехода задержанной синусоиды через нуль. Этот импульс поступает на запускающий вход триггера 8, н.а сбросовый вход которого подаются импульсы с выхода формирователя 1. В результате на выходе триггера 8 вырабатывается потенциал логической 1, передний фронт которого совпадает по времени с переходом задержанной синусоиды через нуль, а Зсщний фронт - с окончанием периода опорного сигнала (фиг.2 и). Элемент И 9 анализирует наличие или отсутствие временного совпадения импульса Z , определякщего фазовый сдвиг между входными сигналами, с пьедесталом задержки. Если совпадения нет, то на выходе элемента И 9 будет иметь место логический О, если есть - то логическая 1. Пусть в первом цикле не было временного совпадения измерительного импульса Z с пьедесталом задержки (первая задержка взята равной 90°) т.е. внесенный задерживающей цепью сдвиг фаз больше измеряемого. В этом случае на .выходе элемента И 9 будет иметь место логический О, на выходе

элемента И-НЕ 11 сохранится логическая 1, которая ,поступив на вход управляющего триггера 12(на втором входе которого также будет логическая 1),не перебросит его, оставив триггер в режиме хранения информации В этом случае на выходе элемента ИЛИ 13 логическая 1 будет иметь место лишь до окончания первого цикла, после чего она заменится логичеким О, и аналоговый ключ 6 снова замкнатся, закоротив элемент задержки 4. В следующем измерительном цикле, следовательно, может включиться вдвое меньшее время задержки, а затем вчетверо меньшее время-задержки и т.д. пока в сдвиговом регистре не будут пройдены все п его состояний. Вносимый элементами за-, держки фазовый сдвиг будет уменьшаться до тех пор, пока в одном из пе- риодов опорного сигнала измерительный импульс 2. с выхода формирователя 2 не совпадет по времени с пьедесталом задержки. Как только это произойдет, на втором входе соответствующего элемента И-НЕ появится логическая 1, а на его выходе - логически О, который перебросит управляющий триггер, вызвав появление на его выходе логической 1, которая будет иметь место до окончания последнего цикла, после которого произойдет сброс триггера в исходное состояние (фиг.1 о ).

В этом случае в тех циклах, где имеет место временное совпадение измерительного импульса 2. с пьедесталом задержки, логическая 1 удерживак цая соответствукщие аналоговые ключи в разомкнутом состоянии не исчезнет с.выходов соответствующих элементов ИЛИ с окончанием цикла, а будет продолжать действо. вать с момента начала цикла, в пределах которого произошло совпадение, и до окончания последнего цикла, определяемого разрядностью устройства (фиг.2 с,т,у,Ф ).

Таким образом, в случае временного совпадения в предыдущем цикле измерительного импульса с пьедесталом задержки в последующем цикле отсчет в два раза уменьшающегося времени задержки задерживающей цепи будет происходить не от нуля, а от переднего фронта пьедестала задержки предыдущего цикла, на котором произошло совпадение. Следовательно, точность измерения будет повышаться от периода к периоду. Двоичный код на выходе управляющих триггеров, снимаемый перед сбросом их в исходное состояние, однозначно определяет угол сдвига фаз между опорным и измеряемым сигналами. .

При выборе необходимого числа периодов измерения (циклов) устройство позволит получить достаточно высокую точность измерения угла сдвига фаз без включения в схему генератора счетных импульсов. Тем .самым создается возможность за

5 счет исключения из схегфа дорогостоя&тего, дефицитного, стабилизированного кварцевым резонатором генератора счетных иютульсов и связанных с ним дискретных элементов, создать унифицированный фазоизмерительный модуль для достаточно широкого диапазона частот, взаимозаменяемый, ремонтопригодный, более надежный в работе и позволяющий ,улучшить повторяе5 мость результатов при многократных измерениях одной и той же величины угла сдвига фаз.

Эффект повторяемости измерений достигается за счет когерентности

0 задержанных эталонных сигналов

и сигналов рабочей частоты. Вследствие этого устраняется присущий , устройству, содержащему генератор счетных импульсов, дрейф счетных

5 импульсов относ/ительно сигналов рабочей частоты и повышение точности измерения.

Uttnat

JL

П

п

Л.

п

П

r-J

ДИСКРЕТНОЕ ФАЗОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее два формирователя, вход первого из которых соединен с первым (опорным ) входом устройства, а вход второго - с вторым (измерительным) входом и триггер, соединенный выходом с входом эле14ента И, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства и повышения .точности измерения, в него введены задерживающая цепь, состоящая из последовательно соединенных уменьшактаих по двоичному закону п элементов задержки, блок аналоговых , каждый из которых подключен параллельно соответствующему элементу задержки, формирователь задержанного сигнала, п элементов И-НЕ, п управляющих триггеров, п элементов ИЛИ и сдвиговый регистр, причем вход задерживающей цепи соединен с входом первого формирователя, а выход с входом формирователя задержанного сигнала, выход которого соединен с запускаквдим входом триггера, соединенного выходом с управляктцим входом элемента И, а второй (сбросовый / вход триггера подсоединен к выходу первого формирователя и входу сдвигового регистра, выход второго формирователя соединен с сигнальным входом элемента И/ выход которого соединён с вторы ми входами п элементов И-НЕ, первые входы которых подсоединены к соответствующим выходам сдвигового регистра, подсоединенным также к первым входам соответствукяцих элементов ИЛИ, вто(Л рые входы которых соединены с выходами соответствующих управляющих триггеров, являющи1 шся одновременно,выходами соответствующих двоичных разрядов устройства, при этом сбросовые о входы всех управляющих триггеров соединены со сбросовым выходом сдвигового регистра, а информационные входы каждого из управляющих триггеров сое00 динены с выходами соответствующих элементов И-НЕ, кроме трго, выходы 1 а всех элементов ИЛИ соединены с управляющими входами соответствующих аналоговых ключей. со ел