Цифровой фазометр Советский патент 1986 года по МПК G01R25/08 

Изобретение относится к области фазоизмерительной техники и может быть использовано совместно с субмил- лиметровым интерферометром в качестве устройства, измеряющего и регистрирующего мгновенное значение разности фаз.

Известно устройство для измерения разности фаз двух периодических электрических колебаний, содержащее формирователь, делители частоты, времязадающую схему, триггер, счетчик, одновибратор, генератор эталонных сигналов.

Существенным недостатком устройства является невозможность измерения относительного изменения разности фаз между опорным и измеряемым сигналами.

Известен цифровой фазометр, содержащий генератор высокочастотных импульсов, устройство распределения импульсов и схему синхронизации, блок привязки, измерительный счетчик, кроме того, он снабжен схемой управления режимами счета, триггером запоминания переходов через 211, счетчиком переходов через 27, который выполнен реверсивным.

Однако данное устройство лишено .возможности непосредственной регистрации мгновенного значения разности фаз между опорным и измерительным сигналами, что влечет за собой невозможность получения полной картины и.зменения фазового сдвига между опорным и измерительным сигналами за время регистрации. Использование реверсивного счетчика переходов через 27 снижает скорость измерения значения разности фаз.

Цель изобретения заключается в повьшении точности измерения и быстродействия за счет регистрации мгновенного значения фазового сдвига.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой фазометр, содержащий генератор, измерительный счет. чик, распределитель, счетчик переходов через 2 и блок привязки, введены два дискриминатора нуля опорного и измерительного сигналов, делитель импульсов, три элемента И, элемент ИЛИ, одновибратор, счетчик, дешифратор, выходной буферный регистр, триг гер синхронизации, причем входы дискриминаторов нуля измерительного и опорного Сигналов соединены соответственно с выходами измерительного и опорного каналов, вход блока привязки соединен с внешним генератором, выход дискриминатора нуля опорного

сигнала соединен с первым входом счетчика переходов через 21Г и блоком привязки, выход которого соединен с первым входом распределителя, выход дискриминатора нуля измерительного сигнала соединен с вторым входом счетчика переходов через 2 и вторым входом распределителя, вход делителя импульсов соединен с выходом генератора и с входом первого

элемента И, другой вход первого элемента И соединен с выходом распределителя, выход того же элемента И соединен с входом измерительного счетчика, выход делителя импульсов соединен с входами второго и третьего элементов И, другие входы которых соединены с выходами распределителя, выход второго элемента И соединен с входом одновьбратора, а выход третьего элемента И с входом счетчика, выход одновибратора соединен с входом счетчика переходов через 2н и входом распределителя, выходы счетчика соединены с входами дешифратора, выходы которого соединены с входами счетчика переходов через 2, выходного буферного регистра, триггера синхронизации и элемента ИЛИ соответственно, при этом вход сигнала на5 чальной установки соединен с входом счетчика переходов через 2и, входом триггера синхронизации и вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с установочными входами распре0 делителя, измерительного счетчика, делителя импульсов, и счетчика, выход триггера синхронизации соединен с входом управления индикатора разности фаз, вход сброса триггера син5 хронизации соединен с выходом управления, выходы счетчика переходов через 2l и измерительного счетчика соединены с входами выходного буферного регистра, выходы которого яв0 ляются информационными выходами фазо- метра.

На фиг. изображена структурная схема цифрового фазометра, содержащего дискриминатор нуля I опорного

5 сигнала, блок привязки 2, счетчик 3 ,-, переходов через 21Г, дискриминатор нуля 4 измерительного сигнала, распределитель 5, генератор 6, элемент

31

и 7, элемент И 8, элемент И 9, делитель импульсов 10, измерительный счетчик 11t одновибратор 12, счетчик 13, выходной буферный регистр 14, дешифратор 15, триггер синхрони зации 16, элемент ИЛИ 17.

На фиг.2 представлена структурная схема счетчика переходов через 21Г, содержащего счетчик 18 опорных импульсов, буферный регистр 19, сумматор 20, буферный регистр 21, счетчик 22 измерительных импульсов.

На фиг.З представлена структурная схема распределителя, содержащего триггер 23, триггер 24, триггер 25, элемент И 26 и триггер 27,

Устройство содержит дискриминатор нуля 1 опорного сигнала, вход которого соединен с выходом опорного канала интерферометра, а выход дискриминатора 1 соединен с входом блока привязки 2 и входом + счетчика 3 переходов через 21. Вход дискриминатора нуля 4 измерительного сигнала соединен с выходом измерительного канала интерферометра, а выход - с вторым входом распределителя 5 и входом - счетчика 3 переходов через 27. Вход блока привязки 2 соединен с выходом таймирующего устройства, а выход блока привязки 2 соединен с первым входом распределителя 5, выход А которого соединен с входом генератора 6, выход Г - с входом элемента И 7, выход Б - с входом элемента И 8, а выход В - с входом элемента И 9. Выход генератора соединен с входом делителя импульсов 10 и вторым входом элемента И 7, выход делителя импульсов 10 соединен с вторыми входами элементов И 8 и И 9. Выход элемента И 7 соединен с входом измерительного счетчика 11. Выход элемента И 8 соединен с входом одновибратора 12. Выход элемента И 9 соединен с входом счетчика 13. Йыходы измерительного счетчика 11, а также выходы счетчика 3 переходов через 2Т соединены с входами выходного буферного регистра 14. Выход одновибратора 12 соединен с входом Запись Зп 1 счетчика 3 переходов через 2 и четвертым входом распределителя 5. Выходы счетчика 13 соединены с входами дешифратора 15.Вход Зп выходного буферного регистра 14 соединен с одним выходом дешифратора 15. Выходы дешифратора 15 соеди313264

HelSi с входами Зп2 счетчика 3 перехода через 27, S-входом триггера синхронизации 16, входом элемента ИЛИ 17. Йход сигнала установки в нуль 5 Уд соединен с вторым входом элемента ИЛИ 17, с С-вхоДом триггера синхронизации 16 и входом Сброс счетчика 3 переходов через 21. Выход элемента ИЛИ 17 соединен с третьим входом

распределителя 5, входами Сброс делителя импульсов 10, измерительного счетчика 11, счетчика 13. Выходы буферного 1Уегистра 14 соединены с входами индикатора разности фаз. Бы ход Запрос триггера синхронизации 16 соединен с входом управления индикатора разности фаз, а R-вход триггера 16 соединен с управляющим выходом индикатора разности фаз.

° Устройство работает следующим образом.

Цифровой фазометр измеряет мгновенное значение разности фаз между опорным и измерительным гармоническими сигналами в момент прихода синхронизирующего .импульса Т и записывает данные о разности фаз в выходной буферный регистр 14, откуда данные передаются на индикатор разности фаз.

30 Работа фазометра начинается с того, что сигналом установки у обнуляются счетчик 3 и триггер 16. Сигнал Уц, пройдя элемент ИЛИ 17, обнуляет делитель 10, счетчики 11, 13.

5 Опорный и измерительный сигналы поступают на дискриьшнаторы нуля 1 и 4, которые вырабатывают импульсы, соответствующие переходу синусоиды входного сигнала через О со знаком плюс. 0 С выходов дискриминаторов нуля 1 и 4 импульсы опорного и измерительного каналов поступают на счетчик 3 переходов через 2R.

После поступления на блок привяз5 ки 2 синхронизирующего импульса от таймирующего генератора и первого, следующего за ним, опорного импульса с дискриминатора нуля 1 блоком привязки формируется импульс запуска 0 распределителя 5, который устанавливает лог.Г на выходах А, Б и Г триггеров 23-25 распределителя 5.Сигнал с выхода А открывает генератор высокочастотных импульсов 6, с выхо5 да Б - элемент И 8 и с выхода Г элемент И 7. Импульсы с выхода генератора 6 через элемент И 7 поступают на измерительный счетчик 11, кроме ТОГО, с выхода генератора б импульсы попадают на вход делителя импульсов 10. Импульс переполнения делителя 10 через открытый элемент И 8 попадает на одновибратор 12, формирующий импульс, который поступает на вход Зп1 счетчика 3 и четвертый вход распределителя 5, в счетчике 3 импульс с одновибратора 12 переписывает содержимое счетчика опорных импульсов 18 в буферный регистр 19 (см.фиг.2) а поступая на четвертый вход распредителя 5, переводит выход Б триггера 23 в состояние лог,О, закрывая элемент И 8. Первый после прощедшего опорного импульса измерительный импульс, сфор мированный дискриминатором нуля 4, поступает на вход - счетчика 3 и на второй вход распределителя 5 и после прохождения открытого элелента И 26 устанавливает выход Г триггера 25 распределителя 5 в состояние лог.О, блокируя элемент И 7 и прекращая тем самым доступ импульсов генератора 6 на измерительный счетчик П 5 в котором содержатся данные о величине дробной части фазы, а также устанавливает на выходе В триггера 27 распределителя 5 лог. открывая элемент И 9. Импульсы пере полнения делителя 10 через открытый элемент И 9 поступают на счетчик 13 который совместно с дешифратором 15 формирует последовательность импуль сов, управляюгцих работой отдельных узлов фазометра и подготавливающих фазометр к приему следующего импуль са Т, С выходов дешифратора 15 во время работы счетчика 13 снимаются следуюш 1е сигналы: импульс, поступающий на вход Зп2 счетчика 3 переходов через 2, который переносит содержимое счетчика 22 (см.фиг.2) из мерительных импульсов в буферный регистр 21 (см.фиг.2), после чего на выходе сумматора 20 (см,фиг.2) появляются данные о числе целых переходов через 2li; импульс записи данных из измерительного счетчика 11 и счетчика 3 переходов через 2f в выходной буферный регистр 14, в нем теперь содержится значение изме ренной разности фаз; импульс запуск триггера синхронизации 16, который устанавливает триггер 16 в состояние лог.Ч, после чего индикатор может принимать данные о разности 6 фаз с выхода, регистра 14; импульс, поступающий через элемент ИЛИ 17 на установку в исходное состояние триггеров 24, 25, 27 распределителя 5, делителя 10 и счетчиков 11, 13; после этого фазометр готов к приему следующего импульса Т. Работа счетчика переходов через 2 за ключа с/: с я в следующем: после начала работы опорные и измерительные импульсы поступают соответственно на входы счетчика опорных импульсов 18 и счетчика измерительных импульсов 22; к моменту прихода синхронизирующего импульса Т в счетчиках содержится определенное число импульсов, разность значений счетчиков говорит о количестве полных переходов через 2 разности фаз между опорным и измерительным сигналами, содержимое счетчика опорных импульсов 18 переносится в буферный регистр 19 импульсом с одновибратора 12 (см. фиг.), а содержимое счетчика измерительных импульсов 22 переносится в буферный регистр 21 управляюоще импульсом с выхода дешифратора 15 (см. фиг.1). Выходы буферных регистров: нря.-ме регистра 19 и инверсные регистра 21 подключены к входам сумматора 20, работающего в режиме вычитания s на выходе сумматора 20 после записи значений счетчиков в буферные регистры появляется число целых переходов через 2 и разности фаз опорного и измерительного сигналов. Предлагаемое устройство позволяет по сравнению с прототипом повысить точность измерения разности фаз, как минимум, в четыре рЗза: в известном устройстве измерительный счетчик заполняется каждым четвертым импульсом в то время как остальные три используются для служебных делей; в данном устройстве счетчик считает каждый импульс генератора высокой частоты. . Измерение фазометром мгновенного значения разности фаз позволяет значительно расширить область его применения, так как при этом появляется возможно ть передавать данные о разности фаз непосредственно без какойлибо обработки в ЭВМ. Кроме того, структура такова, что управление фазометром целиком может осуществляться при помощи ЭВМ. Цифровой фазометр имеет следующие преит-тущества по сравнению с известными:

7.

1.Шире диапазон измерений. Фазометр позволяет измерять разность фаз сигналов в диапазоне от

О до 256IT с погрешностью 0,01%. Базовый объект позволяет измерять разность фаз в диапазонах (выбирается ручным переключателем) : (0-2); (ОтвК; (0-32) (0-64) (0-128Г -. Погрешность измерений базового объек та в средней части диапазонов не более 1%.

2.Не требуется дополнительного оборудования для автоматической регистрации данных.

313268

Данные в цифровой форме могут быть введены с фазометра непосредственно в ЭВМ.

3. Повышается скорость измерений. 5 Фазометр позволяет измерять разность фаз с частотой до 500 кГц. Базовый объект в диапазоне от до 128 измеряемой разности фаз обес-печивает одинаковую точность изме10 рений с фазометром при использовании Aim с предельными частотами опросов от 500 кГц до 50 кГц, т.е. частота измерения разности фаз базового объекта уменьшается на порядок.

18

ЦИФРОВОЙФАЗОМЕТР, содержащий генератор, измерительный счетчик, распределитель, счетчик переходов через 2iT и блок привязки, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерения и быстродействия за счет регистрации мгновенного значения фазового сдвига, в него введены два дискриминатора нуля опорного и измерительного сигналов, делитель импульсов, три элемента И, элемент ИЛИ, одновибратор, счетчик, дешифратор, выходной, буферный регистр, триггер синхронизации, причем входы дискриминаторов нуля измерительного и опорного сигналов соединены соответственно с выходами измерительного и опорного каналов, вход блока привязки соединен с внешним генератором, выход дискриминатора нуля опорного сигнала соединен с первым входом счетчика переходов через 2{ и блоком привязки, выход которого соединен с первым входом распределителя, выход дискриминатора нуля измерительного сигнала соединен с вторым входом счетчика переходов через и вторым входом распределителя, вход делителя импульсов соединен с выхо-.. дом генератора и с входом первого элемента И, другой вход первого элемента И соединен с выходом распределителя, выход того же элемента И соединен с входом измерительного Счетчика, выход делителя импульсов соединен с одними входами второго и третьего элементов И, другие входы которых соединены с выходами распределителя, выход второго элемента И соединен с входом одновибратора, а выход третьего элемента И - с входом счетчика, выход одновибратора соединен с входом счетчика переходов через 2IT и входомраспределителя, вы§ ходы счетчика соединены с входами де(Л шифратора, выходы которого соединены с входами счетчика переходов через 21, выходного буферного регистра, триггера синхронизации и элемента ИЛИ соответственно, при этом вход сигнала начальной установки соединен с входом счетчика переходов через 2п, входом триггера синхронизахр и оо и вторым входом элемента ИЖ, выход которого соединен с установочными 00 to входами распределителя, измерительного счетчика, делителя импульсов, и о счетчика, выход триггера синхронизации соединен с входом управления индикатора разности фаз, вход сброса триггера синхронизации соединен с выходом управления, выходы счетчика переходов через 2н и измерительного счетчика соединены с входами выходного буферного регистра выходы которого являются информационными выходами фазометра.

fO

,3n

г