Цифровой фазометр Советский патент 1987 года по МПК G01R25/08 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения разности фаз непрерывных сигналов,

Цель изобретения - повьшение точности измерения разности фаз прерьш- ных сигналов за счет увеличения раз- регоающей способности цифрового фазометра.

На фйг,1 и 2 изображены структурные схемы цифрового фазометра и блока управления соответственно.

Фазометр состоит из первого формирователя 1 импульсов второго формирователя 2 импульсов, на вход которого поступает измерительный сигнал, блока 3 управления, первого 4 триггера, первого 5 и второго 6 элементов ИЛИ, первого элемента И 7, генератора 8, первого ключа 9, источника 10 опорного напряжения, второго ключа 11, третьего триггера 12, первого компаратора 13, первого иЬтег- ратора 14, второго компаратора 15, второго триггера 16, второго 17, третьего 18 и четвертого 9 элементов И, счетчика 20 (счетчик числа усредняемых временных интервалов) ,. пятого элемента И 21, третьего эле- мента ИЛИ 22, четвертого триггера 23 второго интегратоора 24, третьего 25 четвертого 26 и пятого 27 компараторов, инвертора 28, шестого 29 и седьмого 30 элементов И, четвертого 31 и пятого 32 элементов ИЛИ, первого 33 и второго 34 реверсивных счетчиков, Блок 3 управления состоит из восьмого 35 и седьмого 36 элементов И, пятого 37, шестого 38 и седьмого 39 триггеров.

При этом сигнальные входы цифрового фазометра через первый и второй формирователи 1 и 2 соединены с соответствующими входами блока 3 управления, третий вход которого через триггер 4 соединен с входом Пуск устройства, четвертый вход блока 3 управления соединен с входом первого элемента И 7, генератором 8, счетным триггером 12 и первым входом пятого элемента И 21.

Первый выход блока 3 управления соединен с первым входом первого элемента ИЛИ 5, второй выход - с первым устройства, а выход - с R-входом четвходом второго элемента ИЛИ 6 и S входом второго триггера 16, а третий выход блока 3 управления соединен с вторым входом первого элемента И 7,

вертого триггера 23,

Цифровой фазометр работает следующим образом.

Источник 10 опорного напряжения соединен с входами первого и второго ключей 9 и 11 соответственно, выходы которых объединены и соединены с входом первого интегратора 14, выход кот орого соединен с входами первого, второго, третьего, четвертого и пятого компараторов 13, 15, 25, 26 и 27, Входы первого и второго ключей 9 и 11 соединены с выходами первого и второго элементов ИЛИ 5 и 6, а выход первого компаратора 13 через второй элемент И 17 соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ 6 и первым входом -пятого элемента ИЛИ 32, выход второго компаратора 15 через третий элемент И 18 соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ 5 и первым входом четвертого элемента ИЛИ 31,.Выходы третьего и второго триггеров 12 и 16 соединены соответственно с входами четвертого элемента И 19, выход которого соединен с R-входом триггера 16, входом счетчика 20 и вторыми входами второго и третьего элементов И 17 и 18, выход счетчика 20 соединен с R-входом первого триггера 4 и S-входом четвер0

5

того триггера 23, выход которого соединен с вторым входом пятого элеента И 21, выход которого соединен с входом второго интегратора 24 и вторыми входами шестого и седьмого элементов И 29 и 30, выходы которых соответственно соединены с входами первого реверсивного счетчика 33, выход переполнения которого соединен ерез четвертый элемент ИЛИ 31 с первым входом второгр реверсивного счетчика 34, второй вход которого соединен с выходом пятого элемента ЛИ 32, информационные выходы реверсивных счетчиков 33 и 34 являются выходами устройства; Выход третьего компаратора 25 непосредственно соединен с первым входом седьмого и через инвертор 28 с входом шестого элементов И 29 и 30,

Выходы четвертого и пятого компараторов 26 и 27 соответственно соединены с вторым и третьим входами третьего элемента ИЛИ 22, первый вход которого соединен с входом Пуск

вертого триггера 23,

Цифровой фазометр работает следующим образом.

3-13089354

Измерение разности фаз производит- Триггер 12, осуществляя деление ся по К периодам входных сигналов. частоты генератора 8, формирует на Формирователи I и 2 формируют последовательности коротких импульсов по положительным переходам через нуль входных сигналов, которые поступают на первый и второй входы блока 3 управления .

По сигналу Пуск триггер 4 устанавливается в состояние 1 и вьщает О нератора 8, поступает на вход счет- разрешение блоку 3 управления, при чика 20, увеличивая его содержимое

на единицу, и одновременно опрашивает состояние компараторов 13 и 15 на входах элементов И 17 и 18, а задвыходе последовательность импульсов, длительность которых равна периоду 5 импульсов генератора 8. Задним фронтом импульса триггер 16 устанавливается в состояние 1, открывается элемент И 19, и импульс длительностью, равной периоду импульсов геэтом в блоке 3 открываются элементы И 35 и И 36 и импульсы с выхода формирователей 1 и 2 поступают на входы

триггеров 37 - 39, Импульс с форми- 15 ним его фронтом возвращает триггер рователя 1 устанавливает в состояние 16 в исходное состояние.

1 триггеры 37 и 39, после этого импульс с генератора 8 (вход блока 3)

Таким образом, происходит измерение разности фаз за один период

возвращает триггер 37 в исходное сое- тояние. Импульс с формирователя 2 20входных сигналов. С формированием устанавливает в состояние 1 триг- 3 управления следующих импуль- гер 38 и одновременно возвращает всой с, . с, и ., за К периодов вход- исходное состояние триггер 39, после сигналов к содержимому реверсив- этого импульс с генератора 8 возвра- ° ° тчика 34 добавляются очеред- щает триггер 38 в исходное состояние. 25™.f Таким образом, на первом, втором и

та И 7, счетчик 20 осуп(ествляет подсчет количества усредняемых значений разности фая входных сигналов, а на выходе интегратора 14 изменяется

-с - р м нной интервал между пе- 30 напряжение с учетом суммарной погрешности измерения временных интер- и о . Как только величитретьем выходах блока 3 управления формируются импульсы временных интервалов Т, , с и о

редними фронтами импульса формирователя 1 и ближайшего импульса генератора 8, представляющий положительную погрешность квантования;

С - временной интервал между передними фронтами импульса формирователя 2 и ближайшего импульса генератора 8, представляющий отрицательную погрешность квантования;

Tj- временной интервал, пропорциональный разности фаз вход35

1

на выходного напряжения интегратора 14 достигает уровня, соответствующего периоду импульсов квантующего генератора 8, срабатывает в зависимости от знака выходного напряжения один из компараторов 13 или 15. Если выходное напряжение интегратора Q 14 достигло положительного уровня, соответствующего периоду импульсов генератора 8, срабатывает компаратор 13 и импульс с выхода элемента И 17 поступает на вход сложения реверсивна выходного напряжения интегратора 14 достигает уровня, соответствующего периоду импульсов квантующего генератора 8, срабатывает в зависимости от знака выходного напряжения один из компараторов 13 или 15. Если выходное напряжение интегратора Q 14 достигло положительного уровня, соответствующего периоду импульсов генератора 8, срабатывает компаратор 13 и импульс с выхода элемента И 17 поступает на вход сложения реверсивных сигналов, между передни,, Ач ного счетчика и одновременно обнуми фронтами импульсов формн- 45 ,7it

„ , „ ляет интегратор 14, открывая ключ П.

рователеи 1 и 2,. t- f i tАналогично работает фазометр при до- Импульс Т, открывает ключ 9 и ин- стижении выходным напряжением интег- тегратор 14 производит интегрирова- ратора 14 отрицательного уровня. При ние напряжения источника 10 с поло- CQ этом импульс с выхода элемента И 18 жительным знаком. Импульс Cg откры- поступает на вход вычитания реверсив- вает ключ 1 1 на время С , и интегра- ного счетчика 34 и, открывая ключ 9, тор 14 производит интегрирование на- обнуляет интегратор 14. пряжения источника 10 с отрицательным знаком. Импульс с открывает элемент И 7 на время L , и на выход сложения реверсивного счетчика 34 поступают пачки импульсов генератора 8.

В конце основного цикла измерения импульс переполнения с выхода счетчика 20 устанавливает триггер 4 в исходное состояние, а триггер 23 - в состояние 1.

Триггер 12, осуществляя деление частоты генератора 8, формирует на

нератора 8, поступает на вход счет- чика 20, увеличивая его содержимое

выходе последовательность импульсов, длительность которых равна периоду импульсов генератора 8. Задним фронтом импульса триггер 16 устанавливается в состояние 1, открывается элемент И 19, и импульс длительностью, равной периоду импульсов геТаким образом, происходит измерение разности фаз за один период

входных сигналов. С формированием 3 управления следующих импуль- сой с, . с, и ., за К периодов вход- сигналов к содержимому реверсив- тчика 34 добавляются очеред- ™.f

решности измерения временных интер- и о . Как только величи5

1

на выходного напряжения интегратора 14 достигает уровня, соответствующего периоду импульсов квантующего генератора 8, срабатывает в зависимости от знака выходного напряжения один из компараторов 13 или 15. Если выходное напряжение интегратора Q 14 достигло положительного уровня, соответствующего периоду импульсов генератора 8, срабатывает компаратор 13 и импульс с выхода элемента И 17 поступает на вход сложения реверсивналогично работает фазометр при до- тижении выходным напряжением интег- атора 14 отрицательного уровня. При том импульс с выхода элемента И 18 оступает на вход вычитания реверсив- ого счетчика 34 и, открывая ключ 9, бнуляет интегратор 14.

В конце основного цикла измерения импульс переполнения с выхода счетчика 20 устанавливает триггер 4 в исходное состояние, а триггер 23 - в состояние 1.

Установкой триггера 23 в состояние 1 начинается вспомогательный цикл.намерения и преобразования в код остаточного напряжения на выходе ин тегратора 14 (U ), величина которо- го определяет погрешность квантования основного цикла измерения.

Триггер 23 и элемент И 21 представляют собой времяимпульсный преобразователь, количество импульсов ге- нератора 8 на выходе элемента И 21 пропорционально напряжению Up , что осуществляется с помощью интегратора 24 и компараторов 26 и 27,

Интегратор 24 предс авляет собой простое интегрирующее RS-звено с временем интегрирования «10 мс, величина выходного напряжения которого пропорциональна количеству импульсов на его входе. Напряжение и, , не превышающее величины, при которой срабатывает компаратор 13 и 15, поступает на входы компараторов 25 - 27 Компаратор 25 вырабатьшает признак знака напряжения и , срабатьшает, если , и в зависимости от знака напряжения U открывает элемент И 29 (при Ug() или элемент И 30 (UQJ. -7 О) , Импульсы генератора 8 с выхода элемента И 21 поступают на вы читающий или суммирующий входы реверсивного счетчика 33, формируя код, пропорциональный напряжению . ,

При срабатывает компаратор 26, а при UQJ О - компаратор 27, в моменты достижения положительным напряжением на выходе интегратора 24 величины, равной „ст Выходным импульсом компаратора 26 или 27 триггер 23 устанавливается в .исходное состояние, что означает конец измерения.

Младшие разряды кода цифрового фазометра составляют код реверсивного счетчика 33, а старшие разряды - . реверсивного счетчика 3.4, согласование младших и старших разрядов осуществляется с помогаю импульса отрицательного переполнения счетчика 33,

Таким образом, по сравнению с из- вестным предлагаемое устройство имеет в 2 раза мень01ую дискретность выходной информации.

Формула изобретения

1, Цифровой фазометр, содержащий первый и второй формирователи импульсов , входы которых соединены соот- ветственно с клеммами опорного и измерительного сигналов, генератор, выход которого подключен к одному из входов первого элемента И., первый триггер, один из входов которого соединен с клеммой Пуск, а другой вхо соединен с входом счетчика, отличающийся тем, что, с целью повьщ1ения точности измерения фазовог сдвига сигналов, в него введены пять элементов ИЛИ,.три триггера, шесть элементов И, два ключа, источник опорного напряжения, пять компараторов, два интегратора, инвертор, два реверсивных счетчика, блок управления, первый, второй, третий и четвер тьй входы которого соединены соответственно с .выходами первого и второго формирователей импульсов, первого триггера и генератора, первый, второй и третий выходы блока управления подключены соответственно к первому входу первого элемента ИЛИ, первым входам второго элемента ИЛИ и второ- го триггера ;и к второму входу первого элемента И, выходы первого и второго элементов ИЛИ подключены соответственно к управляющим входам первого и второго ключей, а сигнальные входы последних соединены соответственно с первым и вторым.выходами источника опорного напряжения, выходы первого и второго ключей через первый интегратор подключены к входам первого. Второго, третьего, четвертого и пятого компараторов, выходы которых подключены соответственно к первому входу второго элемента И, первому входу третьего элемента И, первому входу седьмого элемента И и через инвертор к первому входу шестого элемента И, к первому и второму входам третьего элемента ИЛИ, третий вход последнего соединен с клеммой Пуск, а его выход подключен к первому входу четвертого триггера, второй вход последнего соеди-. нен с выходом счетчика, выход второго элемента И подключен соответственно к второму входу второго элемента ИЛИ и первому входу пятого элемента ИЛИ, вькод третьего элемента И подключен соответственно к второму входу первого элемента ИЛИ и первому входу четвертого элемента ИЛИ, второй выход последнего соединен с выходом переполнения первого реверсивного счетчика, вход третьего триггера и первый вход пятого элемента И соединен с выходом генератора, а их выходы подключены соответственно к первому входу четвертого элемента И через второй интегратор к вторым входам четвертого и пятого компараторов и вторым входам шестого и седьмого элементов И, выходы последних подключены соответственно к входам первого реверсивного счетчика, вто - рой вход пятого элемента ИЛИ соединен с выходом первого элемента И, а его выход подключен к входу второго реверсивного счетчика, второй вход последнего соединен с выходом четвертого элемента ИЛИ, выход четвертого триггера подключен к второму входу .пятого элемента И, второй вход четвертого элемента И соединен с выходом второго триггера, а его выход подключен соответственно к вторым входам второго триггер, второго и

Составитель в. Шубин Редактор О. Юрковецкая Техред Л.Олейник Корректор А. Тяско

Заказ 1794 /37Тираж 731Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.А/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, А

третьего элементов И и к входу счетчика.

2. Фазометр по п,1, о т л и ч а- ю DI и и с я тем, что блок управления содержит три триггера, два элемента И, при этом первый и второй входы блока управления подключены соответственно к первым входам вось- мого и девятого элементов И, а вторые входы последних соединены -с третьим входом блока управления, выходы восьмого и девятого элементов И подключены соответственно к первым входам пятого и седьмого триггеров и к первому и второму входам шестого и седьмого триггеров, вторые входы пятого и шестого триггеров соединены с четвертым входом блока управ- ления, выходы пятого, шестого и седьмого триггеров подключены соответственно к первому, второму и третьему входам блока управления.

Изобретение относится к области электроники и может быть использовано для измерения разности фаз непрерывных сигналов. Введение в цифровой фазометр (ЦФ) элементов ИЛИ 5,6, 22,31,32, триггеров 12,16,23, элементов И 17-19, 21,29,30, ключей 9,11, источника 10 опорного напряжения, компараторов 13, 15, 26, 27, интеграторов 14, 24, инвертора 28, реверсивных счетчиков 33, 34 и блока 3 управления повышает точность измерения раяности фаз прерывных сигналов за. счет увеличения разрешающей способности ЦФ. В описании изобретения дана электрическая схема блока управления. 1 з.п.ф-лы, 1 ил. ., (Л со о 00 со со СП