Цифровой фазометр Советский патент 1985 года по МПК G01R25/08 

1 Изобретение относится к измерительной технике, в частности к фазо мётрии, и мож.ет быть использовано для измерения фазовых сдвигов в шир ком.диапазоне частот исследуемых сигналов при высокой точности измере НИИ и быстродействии устройства и яв ляется дополнительным по авт. св. № 1045155. Цель изобретения - .повьшение быст родействия при сохранении точности измерений достигается за счет уменьшения затрат времени на считывание и обработку результатов измерения, путем формирования этих результатов в электрических градусах и его десятичных долях в виде двоично-десятичного хода. На чертеже представлена блок-схема фазометра. Фазометр состоит из формирователя 1, первый и второй входы которог подключены соответственно к первой и второй входным шинам устройства, блока 2 управления, первого электронного ключа 3, первого счетчика 4 им пульсов, первого блока 5 вентилей, первого блока 6 объединения, регист ра 7, сумматора 8, второго блока 9 вентилей, второй электронного ключа 10, второго счетчика 11 импульсов, первого регистра 12 сдвига, второго регистра 13 сдвига, блока 14 регистрации, генератора 15 импульсов, син ронизатора 16, ПЗУ 17 (постоянное запоминающее устройство) второго блока 18 объединения, третьего блока 19 вентилей, коммута(тора 20, дво ично-десятичного счетчика 21 импуль сов. При этом первьв1 вход синхронизатора 16 подключен к шестому входу блока управления, второй вход синхро низатора 16 подключен к выходу генератора 15 импульсов, первые пять выходов синхронизатора 16 подключены к входам коммутатора 20 и к входам ПЗУ 17, выходы которого соединены с вторыми входами второго- блока 18 объединения, а первые входы второго блока 18 объединения подключены к выходам первого регистра 12 сдвига, выходы второго блока 18 объединения подключены к входам сумматора 8, зна ковьй разряд которого подключен к управляющему входу второго регистра 13 сдвига, к блоку 2 управления и к третьему входу синхронизатора 16, а 02 выходы сумматора 8 соединены с входами второго блока 9 вентилей, первый управляющий вход которого подключен к выходу блока 2 управления, а второй управляющий вход подключен к шестому выходу синхронизатора 16, седьмой выход которого подключен к управляющему входу третьего блока 19 вентилей, входы третьего блока 19 вентилей подключены к выходам второго регистра 13 сдвига, а выходы подключены к третьей группе входов первого блока 6 объединения, шестой выход синхронизатора 16 подключен также к управляющему входу коммутатора 20, выходы которого подключены к входам двоич- . но-десятичного счетчика 21 импульсов, выходы двоично-десятичного, счетчика 21 импульсов подключены к входам блока 14 регистрации. Фазометр работает следующим образом. На вход формирователя 1 поступают синусоидальные сигналы U и Uj, фазовьй сдвиг между которыми надо измерить. Формирователь 1 преобразует входные сигналы в прямоугольные импульсы, передний фронт которых соответствует моментам перехода через нуль входных сигналов. Эти импульсы поступают на блок 2 управления, который формирует одновременно два прямоугольных импульса, имеющий длительность t, и С . Длительность первого импульса -С соответствует измеряемому фазовому сдвигу (при определенном значении частоты исследуемого сигнала). Длительность второго импульса S соответствует периоду исследуемого сигнала 1/F. С помощью электронных ключей 3 и 10 длительности импульсов ь, и ь преобразуются в число-импульсные коды N и Nj соответственно. В первом счетчике 4 импульсов формируется код числа N,, значение которого соответ. ствует измеряемому фазовому сдвигу. Из первого счетчика 4 импульсов этот код с помощью первого блока 5 вентилей и блока 6 объединения переписывается в регистр 7. С выходов регистра 7 код числа Nj поступает на первые входы сумматора 8. Во втором счетчике 11 импульсов фиксируется код числа N,j, значение которого соответствует одному периоду исследуемого сигнала. В свою очередь этот код соответствует фазовому сдвигу исследуемого сигнала (с учетом текущего значения частоты) .Из счетчика 11 импульсов этот код записывается в регистр 12 сдвига. При каждом i-M сдвиге, где ,2,3, ...,п, Т1 - число разрядов фазометра, в этом регистре формируется цифровая эталонная мера фазового сдвига (360 /2). После п сдвигов в регистре 12 сдвига (при проведении калодого измерения) фиксируется наимень- шая цифровая мера фазового сдвига N2/2 (), которая определяет цену единицы младшего разряда выходного кода фазометра.

При сдвиге кода Nj на один разряд вправо (старшие разряды в регистре 12 сдвига расположены слева) фиксируется в регистре 12 сдвига код числа N2/2, соответствующий эталонной мере фазового сдвига 180 . Этот код поступает на вторые входы сумматора 8 В сумматоре 8 формируется код разности чисел N,-N.j/2. Если величина , то это логическое отношение фиксируется в знаковом разряде сумматора 8. При этом код разности чисел N(-N2/2 запишется в регистр 7, а в первьй (младший) разряд регистра 13 сдвига запишется единица. Если код разности чисел N -N2/2 0, то в регистре 7 останется код числа N и запись единицы в младший разряд регистра 13 сдвига не производится. Пусть величина N,-N2/2 0. В этом измеряемый фазовый сдвиг больше 180. Вычитая из него код текущей цифровой меры 180, зафиксируем остаток N -N2/2, при этом в первом разряде регистра 13 сдвига зафиксировалась единица п-го(старшего) разряда кода измеряемого фазового сдвига, вес которой составляет 180 . После проведения последующих п сдвигов эта единица переместится в п-й (старший) разряд регистра 13 сдвига.

После окончания первого цикла при сдвиге кода числа N2/2 на один разряд вправо в регистре 12 с щвига фиксируется код числа N2/4, соответствзпощий эталонной мере фазового сдвига.90. Как и в первом цикле этот код поступает на вторые входы сумматора 8. В сумматоре 8 формируется код разности чисел (Nj-Nj/2)-N2/4. Если величина (N4-N2/2)-N2/4 0, то это логическое отношение фиксируется в знаковом разряде сумматора 8, а код разности

чисел (N,-N2/2)-N2/4 запишется в регистр 7. При этом в регистре 13 сдвига единица п-го разряда выходного кода фазометра перепишется из первого разряда во второй, а в первый разряд регистра 13 сдвига запишется единица (n-i)-ro разряда кода измеренного фазового сдвига, вес которой соответствует 90 . Если код разности чисел (N|-N2/2)-N., то в регистре 7 останется код числа N,-N2/2 и запись единицы.в регистр 13 сдвига не производится. При этом код, хранящийся в регистре 13 сдвига, который сформирован в предьщущем цикле, сдвинется на один разряд вправо. В каждом i-M цикле цифровая часть фазометра функционирует также, как описано выше.

После проведения п циклов во втором регистре 13 -сдвига зафиксируется п-разрядньй двоичный код измеренного фазового сдвига Nj. Вес i-ro разряда этого кода соответствует 180V2 (,2,...,п).

Для получения результата измерения в двоично-десятичном коде в градусах электрических и его десятичных долях текущее значение двоичного кода измеренного фазового сдвига N,, формируемого фазометром, последовательно сравнивается с числовыми эквивалентами мер фазового сдвига 10, 1, 0, 0,01° и т.д. При этом число сравнений значения кода N, с каждым числовым эквивалентом подсчитывается двоично-десятичным счетчиком импульсов, на выходе которого формируется двоично-десятичный код измеренного фазового сдвига в градусах электрических, числовые же эквиваленты мер фазового сдвига 10, 1,0 и т.д. определяются в зависимости от числа разрядов п выходного кода-Nj эти значения являются константами и хранятся в ПЗУ как код N4-1,0; N4/10 и т.д.

Преобразование производится следующим образом.

После того, как сформирован-код измеренного фазового сдвига N, в регистре 13 сдвига, блок 2 управления вьщает сигнал Окончание измерения на синхронизатор 16. С помощью этого сигнала код Nj результата измерений через блок 19 вентилей и третью группу входов блока 6 объединения переписывается в регистр 7, а синхронизатор 16 извлекает из ПЗУ 17 обратный код первого числового эквивалента разового сдвига, равного 10. Через блок 18 объединения этот код поступает на вторые входы сумматора 8, в котором происходит его вычитание из кода результата N3. Разность этих кодов фиксируется в знаковом раряде сумматора В и поступает на синх ронизатор 16. При положительной разности через коммутатор 20 в декаду десятков двоично-десятичного счетчика 21 поступает импульс , а полученная разность через блок 9 вентилей, блок 6 объединения переписывается в регистр 7, затем происходит второе сравнение полз ченной разности кодов с эквивалентом разового сдвига, равного Ю, и операция повторяется пока в знаковом разряде сумматора 8 , не изменится знак с положительного на отрицательный, при этом синхронизатор запрещает перепись результата в регистр 7 и переходит к извлечению из ПЗУ 17 числового эквивалента кода 1,0 и операция вычитания кодов повторяется. Выходной код Ny можно записать как ,(N.10)+K2N4+K3 (N4(10) + ...,гдe А - погрешность преобра зования.

При этом К соответствует числу обращения к соответствующей декаде двоично-десятичного счетчика.

Максимальная погрешность Л„ преобразования двоичного 23-разрядного кода Nj измеренного фазового сдвига в двоично десятичный код N равна + ,0017+0,001 0,0027 эл.град.

где - максимальная погрешность представления числовых эквивалентов в ПЗУ в двоичном коде;

up - погрешность, обусловленная отбрасыванием остатка кода N, в конце преобразования .

Погрешность фазометра равна 0,008 эл. град.

Следовательно предлагаемое устройство практически не снижает точности фазометра известного.

Максимальное время, затрачиваемое на выполнение преобразования из кода формируемого фазометра в двоичнодесятичный код Nj- равно

Т ,2 мкс,

где С 0, - время одного цикла сравнения.

ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР по авт. св. № 1045155, отличающийс я тем, что, с целью повышения быстродействия при сохранении точности, в него введены постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), коммутатор, второй блок объединения, двоично-десятичный счетчик импульсов,, третий блок вентилей, синхронизатор, первый вход которого подключен к шестому выходу блока управления, второй вход синхронизатора подключен к выходу генератора импульсов, первые пять выходов синхронизатора подключены к входам коммутатора и ПЗУ, выходы которого соединены с входами второго блока объединения. а первые входы второго блока объединения подключены к выходам первого регистра сдвига, выходы второго блока объединения подключены к входам сумматора, знаковый разряд которого подключен к управляющему входу второго регистра сдвига, к блоку управления и к третьему входу синхронизатора, а выходы сумматора соединены с входами второго блока вентилей, первьй управляющий вход которого соединен с выходом блока управления, а второй управляющий вход подключён к шестому выходу синхронизатора, седьмой выход которого подключен к § управлякядему входу третьего блока (Л вентилей, входы третьего блока вентилей подключены к выходам второго регистра сдвига, а выходы подключены к третьей группе входов первого блока объединения, шестой вьтход синхронизатора подключены также к управляющему входу коммутатора, выходы которого подключены к входам двоично-десятичного счетчика импульсов, выходы двоично-десятичного счетчика импульсов подключены к входам блока регистрации. о о