Цифровой усредняющий фазометр Советский патент 1986 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к цифровой измери1ельной технике и может быть использовано при создании цифровых время-импульсных фазометров, работающих при большом искажении случайными помехами информационных сигналов. Цель изобретения - повьшение ности и прмехоустойчивости работы устройства.

На фиг. 1 приведена структурная схема фазометра; на фиг. 2 - схема преобр,зователя фазовых сдвигов в интервалы времени. ;

Цифровой усредняющий фазометр содержит входные формирователи 1 и 2, преобразователи 3 и 4 фазовых сдвигов в интервалы времени, элементы И-ИЛИ 5-7, злементы И,8-10, счетный блок 11 формирователя 12 сдвинутых импульсов, генератор 13 импульсов, делитель 14 частоты, блок 15 автоподстройки частоты, блок 16 управления, инвертор 17- и формирователь 18 коротких импульсов, генерато 113 импульсов, делитель 14 частоты и блок 15 автоподстройки частоты о образуют генератор 19 квантующих импульсов.

Преобразователь фазойых сдвигов в интервал времени содержит два RS-триггера 20 и 21, элемент И 22 и элемент ИЛИ 23.

Первые вьпсоды входных формирователей 1 и 2 соединены с входами первого преобразователя 3, а вторые выходы - с входами второго преобразователя 4 фазовых сдвигов в интервалы времени, первые выходы обоих преобразователей подключены к входам первого элемента И-ИЛИ 6, два дру- гих входа которого через формирователь 12 сдвинутых импульсов соеди- цены с выходом генератора 19 кве&- тующих импульсов, а именно генератора 13 импульсов, а выход первого элемента И-ИЛИ 6 подсоединен к входу первого элемента И 9, выходом соединенным с входом счетного блока 11, а вторым входом - с выходом блока 16 управления, вход которого подключен к выходу первого входного формирователя 1 и входу блока 15 автоподстройки частоты, второй вход которого через делитель 14 частоты соединен с выходом генератора 13 импульсов, блока 15 автоподстройки - с входом генератора 13, вход формирователя 18 коротких импульсов подключен к выходу делителя

5

0

5

0

5

0

5

0

5

14 частоты, а выход - к одному из входов третьего элемента И 10, вторым выходом соединенным через инвертор 17 с выходом блока 16 управления и одним из входов второго элемента И 8, а выходом - с входом синхронизации первого преобразователя 3 фазовых сдвигов в интервал времени, вход синхронизации второго пpeoбpaзojвaтeля 4 через третий элемент И-ИЛИ 7 подключен к выходам обоих преобразователей 3 и 4, вторые выходы которых и выходы формирователя 12 сдвинутых импульсов через второй элемент И-Ш1И 5 и второй элемент И 8 соединены с вторым входом счетного блока 11, а вход сброса делителя 14 частоты подсоединены к выходу первого входного формирователя 1.

Кроме того, каждый преобразователь фазовых сдвигов в интервалы времени состоит из двух RS-триггеров

20и 21 элемента Е 22 и элемента ИЛИ 23, выход которого соединен с R-входами триггеров 20 и 21, S-вхо- дами подключенными к информационным входам преобразователя, первый вход - с входом синхронизации преобразователя, а второй - через элемент И 22 с выходами обоих триггеров- 20 и

21и выходами преобразователя. Входные формирователи 1 и 2 вырабатьшают на двух своих выходах короткие импульсы в моменты перехода сигналами нулевого уровня при их возрастании и убывании. Преобразователи 3 и 4 фазовых сдвигов в интервалы времени вырабатьшают на первом своем выходе импульсы, соответствующие фазовому сдвигу в пределах О - +180 , а на другом О - -180°.

Преобразователи 3 и 4 имеют третий вход С, на который могут передаваться короткие импульсы синхронизации, во время действия которых напряжение на обоих выходах равно нулю. Синхронизация преобразователя 3 осуществляется с помощью элемента 10 и блоков 17 и 18, а преобразователя 4 - с помощью элемента 7. Счетный блок 11 подсчитывает разность количества импульсов, поступающих на него по двум входам, и вырабатывает результат измерения и его знак. В простейшем варианте оно может быть построено на основе реверсивного счетчика импульсов. Генератор 13, делитель 14 и блок 15 автоподстройки представляет собой управляе3

мый генератор 19 квантующих импульс с коэффициентом умножения IjS lO, обеспечивающий отсчет результата в угловых градусах. Формирователь 12 сдвинутых импульсов в каждом периоде генератора 13 вырабатьшает два сдвинутых на половину периода коротких импульса, которые используются для квантования вьщеленных временных интервалов с помощью элементов 5, 6, 8 и 9, Блок 16 управления обеспечивает сброс в нулевое состояние счетного блока 11 (связь на схеме не показана) и вырабатывает интервал времени измерения, кратный периоду входного сигнала (например 1,10 или 100).

Фазометр работает следующим образом.

Короткие импульсы, соответствующие положительным и отрицательным преходам сигналов через нулевой уровень, с выхода входных формирователей 1 и 2 поступают на преобразователи 3 и 4 фазовых сдвигов в интервалы времени. Преобразователь 3 работает по положительным, а преобразователь 4 - по отрицательным переходам входных сигналов. Вследствие этого фазометр является двухполу- периодным. На первом выходе каждого преобразователя 3 и 4 формируется временной интервал, соответствующий фазовому сдвигу в пределах

О - , а на втором - О180.

Импульсы, соответствующие положительным фазовым сдвигам, подаются на входы элемента И-ИЛИ 5, а отрицательным - на входы элемента И-ИЛИ 6. Каждый элемент 5 и 6 обеспёчива- ет квантование поступающих на него временных интервалов импульсами генератора 13. Для исключения возможных сбоев при наложении двух одноименных временных интервалов с преобразователей 3 и 4 квантование осуществляется сдвинутыми на половину периода импульсами с формирователя 12. Таким образом, на выходе элементов 5 и 6 появляются пачки импульсов, соответствующие положительным и отрицательным фазовым сдвигам каждого перехода входного сигнала через нулевой уровень.

Блок 16 управления формирует время измерения, кратное периоду поступающего на первый вход фазометра входного сигнала. В общем случае коэффициент кратности может быт

199824

любым и выбирается в зависимости от требуемого усреднения. Наиболее целесообразно коэ ффициент кратности выбирать равным I, 10, 100 и т.д.,

, что упрощает построение блока 16 управления и счетного блока 11. На время измерения блок 16 управления открьшает логические элементы 8 и 9, которые пропускают пачки импульсов

Q с выходов элементов 5 и 6 на счетный блок 11.

Гене ратор I 3 импульсов, делитель 14 частоты и блок 15 автоподстройки обеспечивают получение квантующей

,5 частоты в 1,810 раз выше частоты входных сигналов. Делитель 14 имеет коэффициент деления 1,8-10 и синх- роинизируется каждым импульсом, соответствующим положительному переходу первого (опорного) входного сигнала через нулевой уровень. Блок 15 вырабатьшает управляющее напряжение на генератор 13, пропорциональное разности частот входного сигнала и с

25 выхода делителя 14. В установившемся режиме эти частоты равны. Делитель 14 частоты .построен таким образом, что скважность его выходных импульсов равна 2, т.е. длительность импульса равна длительности паузы. Таким образом, положительный перепад напряжения на выходе делителя 14 появляется через половину периода входной частоты после импульса синхронизации с формирователя 1. Фор мирователь 18 из этого перепада напряжения, например, путем дифференцирования, вырабатывает короткий импульс.

20

0

I

Минимальный интервал между циклами измерения, формируемыми блоком 16 управления, составляет один период входной частоты. На это время блок 16 управления через инвертор 17 открьшает элемент И 10, который про-- пускает короткий импульс с формирователя 18 на вход синхронизации первого преобразователя 3 фазовых сдвигов в интервалы времени, работающие

по положительным нуль-пер входам.

Короткий импульс, приходящий на преобразователь 3 ровно через псшо- вину периода входной частоты после оложительного перепада, сбрасывает

его в нулевое состояние, при котором на его выходах устанавливаются нуле- вые уровни. После окончания коротого импульса преобразователь 3 работает как обычно, выделяя временной интервал, соответствующий положительному или отрицательному фазовым сдвигам. Этим исключается выделение фазовых сдвигов больше 180 . Описанная синхронизация преобразователя 3 осуществляется до начала очередного цикла измерения, а в течение времени измерения блок 16 управления через инвертор 17 закрьюает элемент И 10. Вследствие этого при измерении преобразователь 3 будет выделять навязанный ему временной сдвиг (положительный или отрицательный).

Синхронизация второго преобразователя 4, работающего по отрицательным нуль-переходам, осуществляется элементом И-ИЛИ 7. Последний подсоединен к преобразователям 3 и 4 таким образом, что вырабатывает единичный сигнал, если оба преобразователи выделяют одновременно фазовые сдвиги различных знаков (+ и-или - и +). Единичным выходным сигналом элемента 7, свидетельствующим о том, что выделение временных сдвигов по отрицательным нуль-переходам осуществляется неправильно, преобразователь 4 сбрасывается в исходное состояние.

Более подробно работу преобразователей фазовых сдвигов в интервалы времени рассмотрим по схеме (фиг. 2) Короткие импульсы, соответствующие одноименным переходам входных сигналов через нулевой уровень, с выходов формирователей 1 и 2 поступают на установочные входы двух RS-триг- геров 20 и 21,. перебрасывая их в единичное состояние. При включении обоих триггеров срабатывает элемент И 22, выходным сигналом которого через элемент ИЛИ 23 триггеры 20 и 21 сбрасываются в нулевое состояние. Как видно, один из триггеров включается на полезный временный сдвиг между сигналами, а второй - на время срабатьшания триггера и элементов 22 и 23. Последнее не вносит никакой погрещности, поскольку счетный блок 11 исключает одновременно появляющиеся импульсы. Синхронизация преобразователя осуществляется импульсом,который через элемент ИЛИ 23 сбрасывает триггеры 20 и 21 в нулевое состояние.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Формула изобретения

1.Цифровой усредняющий фазометр, содержащий два входных формирователя, первые выходы которых соединены с входами первого преобразователя фазовых сдвигов в интервалы времени, а вторые выходы - с входами второго преобразователя фазовых сдвигов в интервалы времени, первые выходы обоих преобразователей фазовых сдвигов в интервалы времени подключены к входам первого элемента И-ИЛИ, два других входа которого через формирователь сдвинутых импульсов подключены

к первому выходу генератора квантующих импульсов, а выход первого элемента И-ИЛИ подсоединен к первому входу первого элемента И, выходом соединенного с первым входом счетного блока, а вторым входом - с выходом блока управления, вход которого подключен к второму выходу генератора квантующих импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и помехоустойчивости, он дополнительно снабжен вторым и третьим логическими элементами И-ИЛИ, вторым и третьим элементами И, инвертором и формирователем коротких импульсов, вход которого подключен к третьему выходу генератора квантующих импульсов, а выход - к одному из входов третьего элемента И, второй вход которого соединен через инвертор с выходом блока управления и с одним из входов второго элемента И, а выходом - с входом синхронизации первого преобразователя фазового сдвига в интервал времени, выходы обоих преобразователей через третий элемент И-ИЛИ соединены с входом синхронизации второго преобразователя фазовых сдвигов в интервал времени, вторые выходы преобразователей фазовых сдвигов в интервал времени и выходы формирователя сдвинутых импульсов через второй элемент И-ШШ и второй элемент И соединены с вторым входом счетного блока, вход блока управления соединен с выходом первого входного формирователя.

2.Фазометр по п. 1, отличающийся тем, что каждый преобразователь фазовых сдвигов в интервалы времени содержит два RS-триггера, элемент И и элемент ИЛИ,

выход которого соединен с R-входами обоих триггеров, S-входы которых подключены к информационным входам преобразователя, первый вход элемента ИЛИ соединен с входом синхронизации преобразователя, а второй - через элемент И с выходами обоих триггеров и выходами преобразователя .

3. Фазометр по п. 1, о т л и - чающийс.я тем, что генератор квантующих импульсов содержит по2199828

следовательно соединенные генератор импульсов, делитель частоты и блок автоподстройки частоты, выход которого соединен с входом генератора 5 импульсов, выход которого соединен с первьм выходом генератора квантующих импульсов, вход блока автоподстройки частоты и вход сброса делителя частоты объединены и соединены 10 с вторым выходом генератора квантующих импульсов, а выход делителя частоты соединен с третьим выходом генератора квантующих импульсов.

8x1

$

К

21

Cump о

t/ V--

гг

23

0UZ.Z

Изобретение Относится к области цифровой измерительной техники и может быть использовано в фазометрах, работающих при большом искажении слу- чайньми помехами информационных сигналов . Цель изобретения - повышение точности и помехоустойчивости работы устройства. Устгойство содержит .входные формирователи 1 и 2, преобразователи 3 и 4 фазовых сдвигов в интервалы времени, элементы И-ИЛИ 5-7, элементы .И 8-10, счетный блок 11 формирователя 12 сдвинутых импульсов, блок 15 автоподстройки частоты, блок 16 управления, инвертор 17 и формирователь 18 коротких импульсов. Генератор 13 импульсов, делитель 1А частоты и блок 15 автоподстройки частоты образуют генератор 19 квантующих импульсов. В описании призе - - дена схема преобразователя фазовых сдвигов в интервалы времени. 2 э.п. ф-лы, 2 ил.