Цифровой фазометр с постоянным измерительным временем Советский патент 1986 года по МПК G01R25/00 

1 Изобретение относится к радноизме рительной технике и может быть испол .зоваио.для построения высокоточных цифровых фазометров. Известен триггерный двухполупериодный цифровой фазометр с время-импульсным преобразованием, содержащий в каждом канале формирователи импуль сов привязки с подключенными к их выходами двумя элементами совпадений, соединенными выходами через эле мент ИЛИ с общим для обоих каналов управляемым триггером, соединенным выходом с пятым элементом совпадений который подключен выходом к входу счетчика, а вторым входом - к выходу шестого элемента совпадений, связанного с задающим генератором и времязадающим блоком, который через дифференцирующую цепочку и одновибратор связан с коммутирующим триггером, подключенным выходами к вторым входам первого - четвертого элементов совпадений. В данном фазометре используются два цикла работы, равные половине вре мени измерения. В первом цикле измеря ется фазовый сдвиг по пололсительньм нупь переходам входного сигнала, во втором по отрицательным. При этом квантование временных интервалов осу ществляется одной квантующей последо вательностью непосредственно от генератора счетных импульсов. Это позволяет уменьшить погрешность квантования и расширить верхнюю границу частотного диапазона фазометра И Однако при таком решении не обеспечивается полная компенсация погреш ности за счет относительно быстрых уходов нулевой линии, соизмеримых с временем измерения. Дополнительная погрешность возникает также при коммутации режимов работы. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является триггерный цифровой фазомет содержашлй последовательно соединенные формирующие устройства и триггеры - делители частоты первого и второго каналов с подключенными к каждому из них четырьмя устройствами переноса, которые соединены выходами с управляемыми триггерами. Эти элементы совместно с блоком синхронизации связанным одним входом с устройством переноса первого канала, а выходом - с триггером - делителем час35оты второго канала, образуют преобазователь сдвига фаз в интервалы времени, к выходам которого подключены первыми входами электронные ключи, где осуп1ествляется квантование фазовых интервалов неперекрывающимися во времени последовательностями счетных импульсов, которые формируются с помощью распределителя импульсов, выходы которого подключены к вторым входам электронных ключей (в дальнейшем называемых блоками квантования, связанных выходами через общий элемент ИЛИ и элемент совпадений со счетчиком с индикацией, вход распределителя импульсов соединен с выходом генератора импульсов, который связан также с входом времязадающего блока, соединенного выходом с вторыми входами устройства синхронизации и элемента совпадений. Для повышения точности измерения в данном фазометре формируется N фазовых интервалов (N 4), соответствующих положительным и отрицательным нуль-переходам входных сигналов н. Однако кв антование этих интервалов осуществляется счетными импульсами с частотой слегдования , где fp - частота генератора импульсов, что соответствует погрешности квантования в N раз больше, чем при квантовании этих интервалов непосредственно от генератора импульсов с частотой следования i . Но в этом случае перекрывающиеся во времени квантуюшде последовательности не могут быть сведены в один канал через элемент ИЛИ и подан на вход суммирующего счетчика. Особенно погрешность возрастает с увеличением числа одновременно квантуемых интервалов времени, например, в фазометрах с двумя триггерами - делителями частоты в каждом канале или при наличии дополнительных интервалов коррекции, а также при формировании фазовых интервалов по разным уровням входных сиг.налов. Цель изобретения - повьш1ение точности измерения цифровых фазометров за счет уменьшения погрешности квантования. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой фазометр с постоянным измерительным временем, содержащий преобразователь сдвига фаз в интер.валы времени, N блоков квантования, счетчик с индикацией, элемент совпа дений и последовательно соединенные генератор импульсов и времязадающий блок, соединенный выходом с первым входом элемента совпадений и с входом синхронизации преобразователя сдвига фаз в интервалы времени, который соединен выходами с первыми входами соответствующих блоков квантования, дополнительно введены формирователь импульсов привязки и К последовательно соединенных ступеней динамического суммирования, каждая из которых включает в себя т; одновходовых ячеек динамического суммиро вания, содержащих счетный триггер и , двувходовых ячеек динамического суммирования, содержащих логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого является выходом ячейки, и две параллельные цепочки из последовател но соединенных счетного триггера и О-триггера, при этом выходы) -триггеров Обеих цепочек соединены с входами логического элемента ИСКЛЮЧА ЮЩЕЕ ИЛИ, а их синхровходы соединены соответственно с первым и вторым выходами формирователя импульсов при вязки, соединенного входом с генератором импульсов через элемент совпадений, который соединен с вторыми Объединенными входами N блоков квантования, с выходами которых соединены входы ячеек динамического сум мирования первой ступени, выход последней ступени динамического суммиро вания соединен с входом счетчика с индикацией, а также тем, что число ступеней динамического суммирования К определяется как , при N 2 I и К , при , число двувходовых ячеек динамического суммирования в первой ступени равно V N/2, а в i-й ступени 1, (i-j + 1П;.,)/23 , ЧИСЛО ОДНОВХОДОВЫХ ячеек в 1 -и ступени равно нулю при четном числе входов ступени и равно единице при нечетном числе входов ст пени.На фиг. 1 представлена структурная схема цифрового фазометра; на фиг.2 временные диаграммы сигналов. Фазометр содержит последовательно соединенные преобразователь I сдвига фаз в интервале времени, W блоков 2, 17-20 квантования, К ступеней 3, 21-23 динамического суммирования. 354 счетчик 4,с индикацией, а также последовательно соединенные генератор 5 импульсов, времязадающий блок 6, связанный с преобразователем 1 сдвига фаз в интервалы времени и элемент 7 совпадений, соединенный с блоками 2квантования, гененатором 5 импульсов и формирователем 8 импульсов привязки, при этом каждая из ступеней 3динамического суммирования включает в себя fi; одновитковых ячеек 9 динамического суммирования, содержащих счетный триггер 10 и S,- двувходовых ячеек 11 динамического суммирования, содержащих две цепочки из последовательно соединенных счетных триггеров 12 и 14 и Б -триггеров 13 и 15 и связанный с ними логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16, выход которого является выходом ячейки, синхровходы D -триггеров соединены соответственно с первым и вторым выходами формирователя 6 импульсов привязки. Фазометр работает следующим образом. Входные гармонические сигналы в блоке преобразования сдвига фаз в интервалы времени преобразуются в N временных последовательностей импульсов с длительностью, пропорциональной измеряемому сдвигу фаз, которые поступают на первые входы блоков 2, 17-20 квантования. На вторые входы этих блоков через элемент 7 совпадений, открытый в течение измерительного времени, задаваемого времязадающим блоком 6, поступают квантуемые импульсы с выхода генератора 5 с частотой следования f . Образующиеся на выходах блоков 2,17-20 квантования пачки счетных импульсов поступают на первую из К последовательно соединенных ступеней 3, 21-23, динамического суммирования,обеспечивающих их раздельную регистрацию на перекрывающихся участках временных 1&тервалов с помощью общего суммирующего счетчкка 4 с индикацией. Работа узла динамического суммирования иллюстрируется временными диаграммами сигналов для одной из двувходоых ячеек его первой ступени (фиг.2 . каждой такой ячейке осуш.зствляются еление частоты и привязка входных (в общем случае перекрывающихся во ремени) импульсных последовательостей с выходов соответствующих бло ов квантования или предыдущих стуеней к неперекрывающимся во времени непрерывным последовательностям импульсов с первого и второго выходов формирователя 8 импульсов привязки, который связан по входу с выходом генератора 5 импульсов чере: элемент 7 совпадений. Образующееся при этом на выходах D -триггеров 13 и 15 сдвинутые во времени импульсные последовательности объединяются логическим элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16. Количество импульсов на выходе этого элемента за определенный промежуток времени точно равно полусумме числа импульсов на входах ячеек динамического суммирования, В резуль тате на выходе последней К -и ступе ни, представляющей собой двувходовую ячейку динамического суммирова.ния, формируется одна последовательность счетных импульсов, которая регистрируется общим для всех- каналов суммирующим счетчиком с индикацией. В блоке динамического суммирования происходит предварительное деление частоты импульсов с выходов блоков 2 квантования с помощью триггеро 12, 14 и 10, привязка их к одной из двух последовательностей импульсов с выхода формирователя импульсов привязки, сдвинутых относительно друг друга на полпериода частоты ( (практически это буферный каскад генератора с прямым и инверсньм выходом) и объединение с помощью элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16. Однако это деление частоты не влияет на погрешность ква тования, так как она возникает ранее в блоках квантования и определяется частотой i. . После окончания измерения на од- ном периоде входного сигнала измерительная информация не теряется и остается в измерительной системе в виде состояния триггеров ячеек динамического суммирования. При измерении сдвига фаз в последующих периодах входного сигнала эта информация используется, и погрешность из-за деления частоты счетными триггерами не возникает. На момент окончания измерительного времени в счетных триггерах 12, 14 и 10 всех ступеней динамическогосуммирования остается какая-то часть измерительной информации, которая не регистрируется индикатором прибора, так как индицируемым является только счетчик 4, Эта информация отбрасывается, однако ее вес незначителен и практически это не приводит к увеличению погрешности. Значение измерительной информации, остающейся в блоке динамического суммирования, и соответствующее ей число импульсов с выходов блока квантования определяются логическими уровнями на выходах элементов ИСКЛЮЧАЮDIEE ШЩ 16 двувходовых ячеек динамического суммирования и выходах триггеров 10 одновходовых ячеек всех ступеней динамического суммирования. Число ступеней динамического суммирования при N 2 определяется как К logjN, а при К EogjN +l, где.1о§2Ы - целая часть числа. Заключенного в скобках. Число двувходовых ячеек динамического суммирования в первой ступени равно &1 N/2, а одновходовых т, равно либо нулю при четных N, либо единице при нечетных N. Для промежуточных ступеней Ь; (;.,+ т;.,)/27, а т; 0 при четных значениях (Ej.,4 т(.Л и m,- l при нечетных значениях (1,.,+ т., У. Так, для N 4 К 2, - О, t , 0. Таким образом, введение новых элементов и связей позволяет повысить точность измерения за счет возможности повыщения частоты квантования временных интервалов. По сравнению с известным устройством частота квантования временных интервалов возрастает в 4 раза, что соответствует уменьшению погрешности квантования в 4 раза.

1. ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР С ПОСТОЯННЫМ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ ВРЕМЕНЕМ, содержащий преобразователь сдвига фаз в интервалы времени, N блоков квантования, счетчик с индикацией, элемент совпадений и последовательно соединенные генератор импульсов и времязадающий блок, соединенный выходом с первым входом элемента совпадений и с входом синхронизации преобразователя сдвига фаз в интервалы времени, который соединен выходами с первыми входами соответствую.щих блоков квантования, отличающийся тем, что, с целью по-, вышения точности измерения, в него введены формирователь импульсов привязки и К последовательно соединенных ступеней динамического суммирования, каждая из которых включает в себя Ш; одновходовых ячеек динамического суммирования, содержащих счетный триггер и И; двувходовых ячеек динамического суммирования, содержащих логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого является выходом ячейки, и две параллельные цепочки из последовательно соединенных счетного триггера иР -триггера, при этом выходы D -триггеров обеих цепочек соединены с входами логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а их синхровходы соединены соответственно с первым и вторым выходами формирователя импульсов привязки, соединенного входом с генератором импульсов через элемент совпадений, который i соединен с вторыми объединенными вхо(Л дами N блоков квантования, с выходами которых соединены входы ячеек динамического суммирования первой ступени, выход последней ступени динамического суммирования соединен с входом счетчика с индикацией. 2. Фазометр по п. 1, отличаю ю щ и и с я тем, что число ступеней а динамического суммирования К опресо деляется как fogjN +l при N 2 и о К Eog2N, при , число двувхосо СП довых ячеек динамического суммиров ния в. первой ступени равно .{ , а в 1-й ступени 1, ((. + + т-.;)/2, число одновходовых ячеек, в i -и ступени равно нулю при четном числе входов ступени и равно единице при нечетном числе входов ступени.