Цифровой фазометр Советский патент 1987 года по МПК G01R25/08 

10

1Л308934

ч

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения фазовых сдвигов в широком диапазоне част,от исследуемых сигналов.

Цель изобретения - повьпиение быстродействия за счет совмещения процесса .. измерения и процесса вычисления величины фазового сдвига и сокращения времени .измерения до одного периода входного сигнала.

На чертеже приведена структурна схема цифрового фазометра.

Фазометр состоит из формирователя 1 импульсов, трех триггеров 2-4, четырех элементов И 5-8, трех элементов ИЛИ 9 - И, генератора 12 импульсов, счетчика 13 точного отсчета, элемента 14 задержки, счетчика 15 периода, блока 16 элементов И, двоичного умножителя 17, синхронизатора 18 и реверсивного счетчика 19.

Входы формирователя 1 соединены с шинами опорного и измерительного сигналов, входы сложения и вычитания счетчика 19 соединены с выходами синхронизатора 18, а выход счетчика 19 подключен к вторым входам первого . триггера 2 и первого элемента ИЛИ 10, выход генератора 12 импульсов подключен к счетному входу счетчика 15 периода, первым входам двоичного умножителя 17, первого 7 и второго 8 элементов И, выходы последних через второй элемент ИЛИ 11 подключены к счетному входу счетчика 13 точного отсчета, шина команды Пуск подключена .к S-ВХОДУ первогр триггера 2, первым входам первого 10 и третьего

ров, выходы последних подключены соответственно к второму входу второго элемента И 8, третьему входу четвертого элемента И 6 и второму входу первого элемента И 7, выход счетчика 15 периода через последовательно соединенные блок элементов И 16 и двоичный умножитель 17 подключен к второму входу синхронизатора 18, первый вход последнего соединен с выходом первого элемента И 7. Двоичньш умножитель 17 фазометра выполнен по известной схеме. Число разрядов двоичного умножителя 17 равно числу раз 5 рядов счетчика 15 периода. Число

разрядов реверсивного счетчика 19 не превышает трех. Синхронизатор 18 фазометра реализует функцию алгебры логики на элементах И, ИЛИ, НЕ и вы20 полнен по известной схеме.

Цифровой фазометр работает.следующим образом.

На вход формирователя 1 импульсов поступают синусоидальные сигналы U У фазовый сдвиг между которыми надо измерить. Формирователь 1 вы- рабатьюает старт- и стоп-импульсы, передние фронты которых соответствуют переходам через нуль входных сигналов. Счетчик 15 периода непрерыв- . но заполняется выходными импульсами генератора 12. По каждому старт-импульсу содержимое счетчика 15 через блок 16 элементов И переписывается в

35 регистр двоичного умножителя 17. После этого счетчик 15 периода устанав- ливается в О выходными сигналами элемента 14 задержки. В результате по каждому старт-импульсу в регистр

25

30

9 элементов ШШ и к счетчику 13 точ- 40 двоичного умножителя 17 записывается

код К„ периода входного сигнала U формирователя 1. В двоичном умножителе 17 производится умножение частоты fpj., генератора 12 импульсов на 45 код N. Выходная частота f-y двоичного умножителя 17 имеет вид

«д

ного отсчета, первый выход формирователя 1 импульсов подключен к пер-. вым входам третьего элемента И 5 и блока элементов И 16 и через элемент 14 задержки к установочному входу счетчика 15 периода, второй выход формирователя 1 импульсов подключен к первому входу четвертого элемента И 6, ги N(.

прямой выход первого триггера 2 подклю.- „ где N- - емкость счетчика двоичного чен к вторым входам третьего 5 и четвер-50 °...

- „умножителя 17.

того 6 элементов И, выходы последних -и i

По команде Пуск одновременно

f

J

подключены соответственно к 5-вход второго триггера 3 и установочному входу реверсивного счетчика 19, к второму входу третьего элемента ИЛИ 9 55 и S-входу третьего триггера 4, выходы первого 10 и третьего 9 элементов ИЛИ подключены к R-входам соответственно третьего 4 и второго 3 триггепроизводится установка в О триггеров 3 и 4, счетчика 13 точного отсчета и в состояние 1 триггера 2, который открьшает элемент И 5 и подготавливает элемент И 6. Первый старт импульс после команды Пуск с выхог да элемента И 5 одновременно устанав

ров, выходы последних подключены соответственно к второму входу второго элемента И 8, третьему входу четвертого элемента И 6 и второму входу первого элемента И 7, выход счетчика 15 периода через последовательно соединенные блок элементов И 16 и двоичный умножитель 17 подключен к второму входу синхронизатора 18, первый вход последнего соединен с выходом первого элемента И 7. Двоичньш умножитель 17 фазометра выполнен по известной схеме. Число разрядов двоичного умножителя 17 равно числу раз5 рядов счетчика 15 периода. Число

разрядов реверсивного счетчика 19 не превышает трех. Синхронизатор 18 фазометра реализует функцию алгебры логики на элементах И, ИЛИ, НЕ и вы0 полнен по известной схеме.

Цифровой фазометр работает.следующим образом.

На вход формирователя 1 импульсов поступают синусоидальные сигналы U У фазовый сдвиг между которыми надо измерить. Формирователь 1 вы- рабатьюает старт- и стоп-импульсы, передние фронты которых соответствуют переходам через нуль входных сигналов. Счетчик 15 периода непрерыв- . но заполняется выходными импульсами генератора 12. По каждому старт-импульсу содержимое счетчика 15 через блок 16 элементов И переписывается в

5 регистр двоичного умножителя 17. После этого счетчик 15 периода устанав- ливается в О выходными сигналами элемента 14 задержки. В результате по каждому старт-импульсу в регистр

5

0

код К„ периода входного сигнала U формирователя 1. В двоичном умножителе 17 производится умножение частоты fpj., генератора 12 импульсов на 5 код N. Выходная частота f-y двоичного умножителя 17 имеет вид

«д

эч ги N(.

f

J

производится установка в О триггеров 3 и 4, счетчика 13 точного от, счета и в состояние 1 триггера 2, который открьшает элемент И 5 и подготавливает элемент И 6. Первый старт- импульс после команды Пуск с выхог да элемента И 5 одновременно устанав-

ливает в О реверсивный счетчик 19 и в состояние 1 триггер 3, которьш открывает элементы И 6 и 7, на выход элемента И 7 формируется пачка импульсов. Импульсы пачки одновременно поступают через элемент ИЛИ 11 на входы счетчика 13 точного отсчета и синхронизатора 18. Частота импульсов в пачке равна f pj, , Если на вход синхронизатора 18 одновременно поступаю импульсы пачки и двоичного умножителя 17, то на выходе синхронизатора 18 импульсов нет. Если в момент прихода импульса с двоичного умножителя 17 импульс пачки отсутствует, то вы- ходной импульс синхронизатора 18 поступает на вход сложения реверсивного счетчика 19. При отсутствии импульса с двоичного умножителя 17 в момент прихода импульса пачки выход- ной импульс синхронизатора поступает на вход вычитания реверсивного счетчика 19.

Поскольку частота fp, больше частоты fau то за время воздействия пачки импульсов реверсивный счетчик работает на вычитание. Момент окончания пачки импульсов соответствует формированию стоп-импульса, который с выхода элемента И 6 устанавливает в О триггер 3 и одновременно устанавливает в 1 триггер 4, открывающий элемент И 8, и импульсы, следующие с частотой fry , подсчитываются счетчиком 13 точного отсчета.

После окончания пачки импульсов на вход сложения реверсивного счетчика 19 с выхода синхронизатора 18 поступают импульсы с частотой fgu В момент переполнения реверсивного сче чика 19 на его выходе формируется импульс, устанавливающий триггеры 2 и 4 в состояние О. Цикл измерения за . канчивается.

Время меж/;у старт-импульсом нача- ла счета и нулевым значением реверсивного счетчика 19 определяется выражением

t -- --- - f,., - Nn -,„

где число импульсов в пачке, соответствующей временному интервалу от старт- до стоп- импульса .

Код в счетчике 13 точного отсчета в конце измерения

м .- . f

KdM J rH-vi о- П

Если емкость счетчика двоичного умножителя 17 - 10 , то отсчет числа по счетчику 13 приобретает размерность градуса при или долей градуса при К 5 I измеряемого фазового сдвига.

Формула изобретения

Цифровой фазометр, содержащий счетчик периода, блок элементов И, счетчик точного отсчета, генератор импульсов, формирователь импульсов, первый и второй входы которого соответственно соединены с шипами опорного и измеряемого сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены три триггера, четыре элемента И, три элемента ИЛИ, элемент задержки, двоичный умножитель, синхронизатор и реверсивный счетчик, суммирующий и вычитающий входы которого соединены с соответствующими выходами синхронизатора, а его выход подключен, к входу первого триггера и первому входу первого элемента ИЛИ, выход генератора импульсов подключен к с етному входу счетчика периода, первым входам двоичного умножителя, первого и второго элементов И, выход первого элемента И подключен к первому входу синхронизатора и к первому входу второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к счетному входу счетчика точного отсчета, шина команды Пуск подключена к S-входу первого триггера, второму входу первого и первому входу третьего элементов ИЛИ и установочному входу счетчика точного отсчета, первый выход формирователя импульсов подключен к первым входам третьего элемента И и блока элементов И непосредственно, а через элемент задержки - к установочному входу счетчика периода, второй выход формирователя импульсов подключен к первому входу четвертого элемента И, прямой выход первого триггера подключен к вторым входам третьего и четвертого элементов И, выход третьего элемента И-подключен к S-входу второго триггера и установочному входу реверсивного счетчика, выход четвертого элемента И подключен к второму входу третьего элемента ИЛИ и S-ВХОДУ третьего триггера, выходы первого и третьего элементов ИЛИ подключены к R-входам соответст513089346

венно третьего и второго триггеров,го соединен с вторым входом второго

прямой выход последнего из которыхэлемента ИЛИ, выходы счетчика перйоподключен к второму входу первогода через блок элементов И подключен

элемента И и третьему входу четвер-к вторым входам двоичного умнотого элемента И, прямой выход треть- 5жителя, выход которого соединен

его триггера подключен к второму вхо-с вторым входом синхронизато ду второго элемента И, выход которо-ра..

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение быстродействия устройства. Цифровой фазометр содержит формирователь 1 импульсов, генератор 12 импульсов, счетчик 13 точного отсчета, счетчик 15 периода и блок 16 элементов И. В устройство введены триггеры 2-4, элементы И 5-8, элементы ИЛИ 9 - 11, элемент 14 задержки, двоичный умножитель 17, синхронизатор 18 и реверсивный счетчик 19. Введенные элементы и образованные новые функциональные связи позволяют совместить процесс измерения и процесс вычис- . ления величины фазового сдвига и сократить время измерения до одного периода входного сигнала. 1 ил. с ф (Л 00 о 00 х со .