Следящий фазометр Советский патент 1986 года по МПК G01R25/00 

N

О) i4i Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано,, в частности, в гетеродинных интерференционных измерителях перемещений для измерения фазовых сдвигов, значительно превышающих 360°. Цель изобретения - повьшение точности измерения ;быстроизменяющихся фазовьк сдвигов и расширение диапазона частот входных сигналов. С На фиг. 1 изображена структурная схема следующего фазометра; на фиг.2 структурная схема блока счета целых циклов. Следящий фазометр содержит измери тёль 1 фазового сдвигэ, входы котор го соединены со входами 2 и 3 следящего фазометра, блок 4 счета целых 1ЦИКЛОВ, информационные входы 5 и 6 которого соединены через формирователи 7 и 8 соответственно со входа- мИ 2 и 3 следящего фазометра, первый регистр 9, входы которого соединены с выходами блока 4 счета цел циклов. а выходы - с выходами 10 старших разрядов следящего фазомет.ра, второй регистр 11, входы которого подключены к вьпсодам измерителя 1 фазового сдвига, а выходы - к выходам 12 младших разрядов следящего фазометра, дешифратор 13, вход которого подключены к выходам старших разрядов регистра 11, а выходы к управляющим входам 14-16 блока 4 счета целых циклов, кнопку 17 установки нуля, первый контакт которой соединен с земляной шиной 18, а вто рой - со входом начальной установки в нуль измерителя 1 фазового сдвига и входом 19 установки в нуль блока счета целых циклов, при этом выход 20 переноса последнего соединен непосредственно с синхровходом второго регистра 11 и через линию 21 задержки - с синхровходом первого регистра 9. Блок 4 счета целых циклов (фиг.2 содержит счетчики 22 и 23, счетные входы которых соединены соответстве но с информационными входами 5 и 6 блока счета цельк циклов. Управляющие входы счетчиков 22 и 23 соединены со входами 19 начальной устано ки в нуль блока 4 счета целых циклов. Кроме того, блок 4 счета целых циклов содержит регистры 24-26 с тр мя устойчивыми состояниями. Информационные входы первого 24 и второ22го 25 регистров соединены с вькода23, а входы третьего реИ счетчика iJ, а истра 26 - с выходами сумматора 27, ервая .группа входов которого соединена с выходами счетчика 23, а вторая группа входов подключена младшим разядом к шине 28 логической единицы, а остальными разрядами - к земляной шине 18, Выход переноса счетчика 22 соединен с синхровходом первого регистра 24, выходом 20 переноса блока 4 счета целых циклов и входом инвертора 29, выход которого соединен с синхровходами регистров 25 и 26, в то время как входы перевода регистров 24-26 в третье устойчивое состояние соединены соответственно с управляющими входами 14-16 блока 4 счета целых циклов. Полное значение фазового сдвига (кумулятивный фазовьй сдвиг) между сигналами на входе следящего фазометра определяется согласно вьфажениюФ 27Г(Н+ДН), (1) где N - число целых фазовых циклов, измеряемое блоком 4 счета целых циклону AN - код доли фазового цикла, получаемый на выходе измерителя 1, В предлагаемом следящем фазометре (в отличие от прототипа) нет необходимости в синхронном измерении N и uN, что позволяет использовать для измерения л N любой позиционный фазометр, в том числе и фазометр с преобразованием частоты входных сигналов работающий в широком диапазоне частот. Следовательно, предлагаемый следящий фазометр может измерять кумулятивные фазовые сдвиги в широком диапазоне частот и с более высокой точностью. Кроме того, в тех случаях, когда измеряемый фазовый сдвиг вначале изменяется (накапливается) с очень высокой скоростью, а затем остается неизменным или изменяется очень медленно (такие задачи встречаются очень часто, на:пример, при измерении расстояния гетеродинным интерферометром), в качестве точного измерителя 1 фазового сдвига могут быть использованы высокоточные фазометры среднего значения фаз, нашример вьтускаемые серийно приборы Ф5131, Ф5126, и др. я Дпя нормальной работы блока счета целых циклов нет необ; одимости в синхронизации входных сигналов, так как каждьш из входных сигналов поступает на отдельпый счапчик 22 и 23 импульсов. В предлагаемом следящем фазометре результат измерения N определяется как разность кодов счетчиков 22 и 23, осуществляющих независимо один от другого подсчет количества цельк фазовых 1: иклов входных сигналов. При этом емкость N счетчиков выбирается из условия N М„а„ где Nfriax максимально возможное значени кода N. С целью упрощения нахождения разности кодов счетчиков 22 и 23 код N определяется не непрерывно, а только в те моменты времени, когда выходной код одного из счетчиков (в данном случае 22) равен нулю, т. в моменты переполнения этого счетчи Код N переписывается с выхода счетчика 23 в регистр 24 передним фронтом (переход от уровня логического О к логической 1) импульса пере полнения счетчика 22, при этом длительность импульса переполнения рав и соответствует фазовоьгу сдвигу Тс 180 между входными сигналами. Такой способ определения N обеспе Ч11вает возможность работы следящего фа зометра при большей скорости изменения фазовых сдвигов, которая огранИчена только быстродействием применяемых счетчиков. Однако при таком определении N вблизи точек шкалы за счет несинхронного измерения Ни AN, а также за счет конечных значений погрешностей измерения фазометра и блока счета цельк циклов возможно возникновение грубых погрешностей, равных ±1, при определении N. При этом возможны четыре варианта определения N и AN. Допустш 1, что измеряемое значение т.е. , , а погрешность измере ния равны соответственно 6 Б„ ±0,0001. Первый вариант. 5, 40,0001 , дЫ 0,0001, откуда согласно ( результат измерения ,03б°. Грубая погрешность измерения отсутствует. Второй вариант. +0,0001, 5 -0,0001, , ,036 . В этом случае грубая погрешность измерения 102.1 равна - 360° , что совершенно недопустимо. Третий вариант, б -0,0001, 6 ,0001, , ,9999, ,964. Грубая погрешность измерения, равная - -360°, недопустимо велика. Четвертый вариант. 6м -0,0001, , ,9999, ,964°. Грубая погрешность измерения отсутствует. Анализируя выше рассмотренные варианты определения Ф можно предложить следующий способ коррекции грубых погрешностей, (возникающих во втором и третьем вариа 1тах) . Если в один из каналов измерения целого числа фазовых циклов N внести дополнительный фазовый сдвиг лц) , значение которого заведомо будет больше, чем суммарная максимально возможная погрешность ii,Tvax измерения AN и N, но меньше, чем 2j (удобнее всего выбрать 180°, при этом для получения дополг ительного фазового сдвига 180 достаточно только пропивертировать сигнал). В том случае, когда на выкоде точного фазометра будет индицтфоваться малое значение ф , т.е. такое, величина которого не превышает (вариант 1 и 2), то нетрудно заметить, что результат определения Ф в первом варианте не изменится, а при определении результата измерения Ф, соответствующего второму варианту, грубая погрешность исчезнет. Аналогично можно показать, что и в случае больших значений ф на выходе точного фазометра (величина которых - ич5г„д, ) ), если в другой.капал измерения целого числа фазовых Ц11КЛОВ внести дополнительный фазовый сдвиг ,11а Р определении полного результата измерения Ф, соответствующего третьему варианту, грубая погрешность также будет отсутствовать, а результат определения Ф, соответствующиТ четвертому варианту, останется неизменным. Поскольку введе1 ие дополнительного фазового сдвига необходимо производить только в районе значений фазового сдвига ККдЧтах о наиболее просто вышеприведенный принцип исключения грубых погрешностей можно реализовать, если вместо введения дополнительных фазовых сдвигов на входе блока 4 производить задержку во вре11ени на 1/2 f (что соответствует 180) моментов переписи кода N в соответствующие регистры памяти. В блоке 4 изменение фазового сдви га на -180° создается путем переписи кода N со счетчика 23 в регистр 25 задним фронтом сигнала переполнения, что обеспечивается включением в цепь сигнала переполнения инвертора 29. Увеличение фазового сдвига на +180°, что необходимо (в случае второго варианта) для получения правильного отсчета, моделируется прибавлением к полу 1енному в счетчике 23 коду N единицы с помощью сумматор 27 (что соответствует «360) и записи полученного кода в регистр 26 задним фронтом сигнала переполнения (что соответствует -180°). Применение предлагаемого способа устранения грубых погрешностей позволяет полностью их исключить. Таким образом, повышение точности измерения быстроизменяющихся фазовы сдвигов и расширение частотного диапазона ,следяп1его фазометра достигается за счет определения без потерь количества целых фазовых цикло при любых скоростях изменения фазовых сдвигов и возможностью применения прецизионного.фазометра для опр деления доли фазового цикла. Следяп51й фазометр работает следу щим образом. До начала измерения в следящем фазометре производятся начальные установки: фазометр 1 и блок А уста навливают в исходное состояние подключением ко входам установки нуля последних через кнопку 17, нулевого потенциала земляной шины 18, Исслед емые сигналы, полный фазовый сдвиг между которыми подлежит измерению, со входов 2 и 3 следящего фазометра поступают на входы измерителя 1 фаз вого сдвига и входы форкгирователей 7 и В, преобразующих входные синусо идальные сигналы в сигналы прямоугольной формы. Блок 4 определяет число целых фазовых хщклов N и после очередного отсчета N вырабатыва ет на выходе 20 переноса синхроимпульс, которым осуществляется запись кода доли фазового цикла дМ, полученного на выходе измерителя 1, фазового сдвига и регистр 11. Старшие разряды кода .AN с выхода ре126 гистра 11 поступают на дешифратор 13, вырабатываюищй управляющие сигналы, которые поступают на входы 14-16 блока 4 для выполнения корректировки результатов N, после чего задержанным на линии Z1 задержки синхроимпульсов с выхода переноса 20 блока осуществляется запись полученного значения N в регистр 9. Блок счета целых циклов работает следующим образом. Перед началом измерения в блоке 4 сигналом со входа 19, поступающим на управляющие входы п-разрядных двоичных счетчиков 22 и 23, осуществляется начальная установка счетчиков - в счетчики 22 и 23 записывается код нуля или (в случае необходимости начала счета с произвольного числа целых фазовых циклов) счетчик 22 устанавливаются в О, а в счетчик 23 записывается любой код от О до 2, Счетчики 22 и 23 осуществляют счет целых циклов входных сигналов следящего фазометра по передним фронтам сигналов на входах 5 и 6 блока 4. Полученные в момент установки счетчика 22 в нуль очередным счетным импульсом коды счетчика 23 переписываются Б регистры 24 и 25, в то время как в регистр 26 переписывается выходной код сумматора 27, выполняющего суммирование кода счетчика 23 и кода едининицы. При этом запись информации в регистр 24 осуществляется передним фронтом, и fflyльca переноса счетчика 22, а в регистры 25 и 26 с учетом инвертирования в инверторе 29 - задним фронтом того же импульса. Получа емые в регистрах 24-26 коды могут отличаться на ±1. Таким образом, введение в следящий фазометр новые элементы и их соединения позволяют определить результат измерения полного фазового сдвига по полученным независимо один от другого отсчета N и лМ, что обуславливает возможность применения для измерения доли фазового цикла прецизионного фазометра, работающего в широком диапазоне частот, и блока счета целых циклов, обеспечивающего максимально высокую для выбранной элементной базы скорость счета целых фазовых циклов. Это позволяет по сравнению с прототипом повысить в 510 раз точность измерения фазовых сдвигов при более чем п два раза 7 большей допустимой скорости изменения фазовых сдвигов в широком диапазоне частот входных сигналов. Формула изобретения 1. Следящий фазометр, содержащий два формирователя, входы которых являются входами фазометра, блок сче та целых циклов, подключенный инфор. мационными входами к выходам формирователей, два регистра, выходы которых являются выходами следящего фазометра, информационные входы первого регистра соединены с выходами блока счета целых циклов, линию задержки, вьСсод которой соединен с син хровходом первого регистра, о т л ичающийся тем, что, с целью повьииения точности измерения быстроизменяющихся фазовых сдвигов и рас.ширения диапазона частот входных сигналов, в него введены измеритель фазового сдвига,.входы которого явля ются входами следящего фазометра, а выходы соединены с входами второго регистра, дешифратор, входы которого соединены с выходами старших разрядов второго регистра, а выходы - с управляющими входами блока счета целых циклов и кнопка установки нуля, первый контакт которой подключен к земляной шине, а второй - к входу начальной установки в нуль измерител фазового сдвига.и блока счета целых 028 циклов, при этом выход переноса блока счета целых циклов подключен к входу линии задержки и синхровходу второго регистра, 2. Фазометр по п. 1, отличающийся тем, что блок счета целых циклов содержит два счетчика, сумматор,, три регистра с тремя устойчивыми состояниями и инвертор, причем информационные входы блока счета целых циклов подключены к счетным входам счетчиков, а вход начальной установки в нуль - к управляющим входам счетчиков, информационные выходы первого счетчика подключены к входам первого и второго регистров и первой группе входов сумматора, вторая группа входоЗв которого подключена младшим разрядом к шине логической единицы, а остальными разрядами - к земляной шине, выходы сумматора соединены с входами третьего регистра, выход переноса второго счетчика подключен к синхровходу первого регистра, выходу переноса блока счета целых циклов и входу инвертора, выход которого подключен к синхровходам второго и третьего регистров, выходы регистров подключены параллельно к выходам блока счета цельк циклов, при.этом входы перевода регистров в третье устойчивое состояние подключены к управляющим входам блока счёта целых циклов.

effuff.2

Изобретение относится к измерительной технике. Может использоваться, например, в гетеродинных интерференционных измерителях перемещений для измерения фазовых сдвигов, значительно превышающих 360 . Цель изобретения - повышение точности измерений быстр оме няю1Щ хся фазовых сдвигов и расширение диапазона частот входных сигналов. Устройство содержит входы 2 и 3, блок 4 счета целых циклов, информационные входы 5 и 6, формирователи 7 и 8, регистры 9 и 11, выходы 12. Для достижения поставленной цели в устройство дополнительно введены измеритель 1 фазового сдвига, дешифратор 13 и кнопка 17 установки нуля. В описании изобретеi ния приводится функциональная схема блока счета целых циклов, использу(Л емого в следящем фазометру. 1 з.п. с ф-лы. 2 ил.