Следящий фазометр Советский патент 1987 года по МПК G01R25/00 

11

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения фазовых сдвигов, значительно превышающих 360°.

Цель изобретения - уменьшение времени измерения больших фазовых сдвигов при сохранении высокой точности из ерений.

На фиг. 1 приведена структурная схема следящего фазометра; на фиг.2 - структурная схема блока счета целых циклов; на фиг. 3 - структурная схема блока стыковки.

Структурная схема следящего фазометра (фиг. 1) содержит фазометр 1, входы которого соединены с входами 2 и 3 следящего фазометра, умножитель 4 частоты, вход которого соединен с входом 3 следящего фазометра, блок 5 счета целых циклов (БСЦЦ),входы 6 и 7 которого соединены через .формирователи 8 и 9 соответственно с входом 2 следящего фазометра и выхо- р,ом умножителя 4, переключатель 10, осуществляющий переключение земляной шины 11 к входам начальной установки фазометра 1 и входам 12 начальной установки БСЦЦ 5, блок 13 стыковки (БС), первая группа входов 14 которо- г о соединена с выходами К-старших разрядов фазометра 1, а вторая группа входов 15 - с выходами БСЦЦ 5, регистр 16 памяти, младшие разряды которого соединены с выходами фазометра 1 , а старшие разряды - с выходами БС 13, при этом синхровход регистра 16 соединен с выходом формирователя 8.

БСЦЦ 5 (фиг. 2) содержит два счетчика 17 и 18, причем счетчик 17 работает в режиме вычитания и соединен синхрОБХОДОМ с входом 6 БСЦЦ 5, а счетчик 18 работает в режиме суммирования и соединен синхровходом через линию 19 задержки с входом 7 БСЦЦ 5, при зтом разрядность счетчика 18 на К разрядов больше счетчика 17, входы установки нуля счетчиков 17 и 18 соединены с входом I2 начальной установки БСЦЦ 5, сумматор 20, первая группа входов которого соединена К- младшими разрядами с земляной шиной 11, а старшими разрядами - к соответствующим выходам счетчика 17, вторая группа входов сумматора 20 соединена с выходами счетчика 18, регистр 21. памяти, информационные входы которого соединены с выходами сумматора 20,

72

а синхровход соединен с выходом D- триггера 22, R-вход которого соединен с входом 6 БСЦЦ 5, С-вход - с входом 7 БСЦЦ 5, D-вход - с шиной 29

установки логической единицы.

БС 13 содерижт преобразователь 24 кода, входы которого соединены с входами 14 БС 13, сумматор 25, первая группа входов которого соединена

К-младшими разрядами с выходами преобразователя 24 кодов, а старшими разрядами - с шиной 29 логической единицы. Вторая группа входов сумматора 25 соединена с входами 15 БС 13,

выходы сумматора 25 соединены с первой группой входов сумматора 26, в то время как вторая группа входов сумматора 26 подсоединена с (К-1)-м разрядом к шине 23 логической единицы,.а остальными разрядами - к земляной шине II.

Все блоки могут быть выполнены на микросхемах серии 155j например формирователи 8 и 9 могут быть выполнены на микросхемах 155ТЛ1, регистры 16 и 21- 155ИР13, сумматоры 20, 25 и 26 - 155ИМЗ, счетчики 17 и 18 - 155ИЕ7, линии 19 задержки - 155ГА1, триггер 22 - 155 та2, преобразователь

24 кода - 155РЕЗ. В качестве фазометра 1 могут быть использованы, например, серийно выпускаемые фазометры Ф5126, обеспечивающие преобразование измеряемого в пределах 0-360 фазового сдвига в цифровой код в диапазоне частот входных сигналов 1-150 МГц. В качестве умножителя 4 частоты могут быть использованы умножители на основе систем фазовой автоподстройки

частоты.

Устройство позволяет измерять с высокой точностью долю фазового цикла U.N в пределах 0-2ТГ, независимо измерять с дискретом 2Т(/2, где ,

5,6,... - значение полного фазового сдвига М, и определить без потерь оличество целых фазовых циклов N по результатам вьшолнения стыковых знаений CiN и М. Результата измерения

олного фазового сдвига f между входыми сигналами устройства определяется из выражения

Ф 23T(N+&N)25V( -bN+

+0,,(1)

- операция нахождения целой

части числа.

В предлагаемом устройстве время змерени я больших фазовых сдвигов

по сравнению с известным значительно уменьшено благодаря тому, что на выходе фазометра и БСЦЦ 5 результаты имеют общие разряды, т.е. перекрываются, что позволяет выполнить стыков- ку результатов измерений арифметическим путем по формуле (1)., При этом время выполнения стыковки не зависит от разрядности счетчиков в БСЦЦ 5, что имеет место в известном устройст- ве, а определяется только быстродействием используемой элементной базы. Следящий фазометр (фиг.О работает следующим образом. До начала измерения происходит начальная установка фазометра 1 и БСЦЦ 5 в исходное состояние с помощью переключателя 10. Исследуемые сигналы, полный фазовый сдвиг между которыми подлежит измерению, с входов 2 и 3 следящего фазо- метра 1 поступают на входы формирователей 8 и 9, а также на входь фазометра 1, причем на формирователь 8 поступает сигнал непосредственно с входам 2, а на формирователь 9 - сиг нал с входа 3, прошедший предварительно через умножитель 4 частоты с коэффициентом умножения 2 . Формирователи 8 и 9 вырабатывают короткие импульсы в моменты времени, соответ- ствуюище нуль-переходам входных сигналов. Таким образом, на вход 6 БСЦЦ 5 поступает по одному импульсу за период сигнала на входе 2, а на вход 7 - по 2 импульсов за период сигна- ла на входе 3 следящего фазометра. БСЦД 5 определяет количество М долей фазового цикла, равных 2л/2 , содержащих в полном сдвигеФ между сигналами на входах 2 и 3 устройства, т.е вьшолняет грубое измерение фазового сдвига Ф. Полученный на выходе БСЦЦ 5 код, а также код старших К-разрядо с выхода .фазометра 1 поступают на входы БС 13, который формирует на своем выходе, коды числа N в соответствии с выражением (1). Значения N и AN, полученные соответственно на выходах БСЦЦ 5 и фазометра 1, передним фронтом импульса с выхода форми- рователя 8 переписьшаются в регистр 1 6 о

БСЦЦ 5 (фиг. 2) работает следующим образом. Перед началом работы происходит начальная установка счет- чиков 17 и 18 импульсов сигналом, поступающим с входа 12 начальной установки. Разрядности счетчиков 17 и

18 выбраны равными соответственно п и n-t-k. Счетчик 17 работает в режиме суммирования, при этом его выходы подключены к старшим п. разрядам первой гоуппы сумматора 20. Происходит умножение числа пришедших на счетчик 17 импульсов на коэффициент 2 . Счетчик 18 работает в режиме вычитания, поэтому количество пришедших в счетчик 18 импульсов представляется отрицательным числом в дополнительном коде. При этом за период следования сигнала на входе 3 следящего фазометра благодаря введению в него умножителя 4 на вход счетчика 18 поступает 2 импульсов, т.е. счетчик 18 вьшол- няет счет долями 2Ti/2 . Выходной код счетчика 18 поступает на вторую груп- пу входов.сумматора 20, который формирует на выходе код М. Полученное значение М запоминается в регистре 21 передним фронтом импульса, поступающим на синхровход с выхода D-тригге- ра 22. При этом триггер 22 устанавливается в О каждым импульсом с входа 6 БСЦЦ 5 и устанавливается в 1 каждым следующим импульсом с входа 7. С целью исключения возможности считывания в регистр 21 информации с выхода сумматора 20 в момент прихода очередного импульса на вход 7 БСЦЦ 5 между входом 7 и счетным входом .счетчика 18 включена линия 19 задержки.

БС 13 (фиг. 3) обеспечивает определение N, согласованного с измеренным значением . Значение N опреде- |ляется в соответствии с выражением (1) по измеренным значениям N и М.

Таким образом, выполнение стыковки результатов измерений CiN арифметическим путем исключает возможность возникновения грубой погрешности измерения. При этом время, необходимое на выполнение стыковки, не зависит от диапазона измеряемых значений ф и определяется только быстродействием используемой элементной базы.

БС 13 работает следующим образом. Код 6.N с входов 14 устройства поступает не преобразователь 24 кода,.который вьшолняет преобразование прямого кода числа лК в дополнительный код числа - c.N. Последний поступает на первую группу входов сумматора 25 На вторую группу входов этого сумматора поступает код М с входом 15 блока. Полученный на выходе сумматора 25 код складывается в сумматоре 26

51

с кодом числа 0,5 2 . Полученный на выходах старших п разрядов сумматора 26 код числа N поступает на выход устройства.

Для следящего фазометра время измерения Ф можно представить выражением+

Т тах{Тйн, Тм}+Т,„, (2) где Тдм, Тм, TC,- соответственно время определения дЫ, М и выполнения операции стыковки. , ограниченно только быстродействием используемой элементной базы, т.е. Значение М определяется за один период следования сигнала на входе 3 устройства, поэтому .

Таким образом, введенные р устройство новые элементы и их соединения позволяют сократить время измерения больших фазовых сдвигов при расширении диапазона измерения. Уменьшение времени измерения достигается за счет сокращения времени определения количества целых фазовых циклов, содержащихся в полном фазовом сдвиге, что стало возможным благодаря обеспечению перекрытия результатов измерения фазометра и устройства счета целых циклов и выполнению стыковки этих 11)езультатов арифметическим путем. Это позволяет уменьшить время измерения полных фазовых сдвигов в 10-20 раз при сохранении высокой точности, определяемой погрешностью измерения используемого фазометра.

.Фор. мула изобретения

1. Следящий фазометр, содержащий фазометр, входы которого соединены с.входными клеммами устройства, два формирователя, при этом первьй формирователь соединен с одной из входных клемм фазометра, блок счета целых циклов, входы которого соединены с выходами формирователей, регистр памяти, входы младших разрядов которого соединены с выходами фазометра, а выходы - с выходными клеммами устройства и переключатель установки нуля, первый контакт которого подключен к земляной шине, а второй - к входам начальной установки фазометра и блока счета целых циклов, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени измерения больших фазовьгх сдвигов при сохранении высокой точности измерений, в него введе89276

ны умножитель частоты с коэффициентом умножения 2, вход которого соединен с другой входной клеммой фазометра, а выход - с входом второго формировас теля и блок стыковки, первая группа входов которого соединены с выходами k-страших разрядов фазометра, а вторая группа - с выходами блока счета целых циклов, выходы блока стыковки

O соединены со старшими разрядами регистра памяти, а синхровход регистра соединен с выходом первого формирователя .

2. Фазометр по п. 1, о т л и 5 чающийся тем, что блок счета целых циклов содержит два счетчика, счетный вход первого счетчика соединен с одной из входных клемм устройства непосредственно, а счетный вход

0 второго счетчика соединен с другой входной клеммой устройства через линию задержки, входы установки нуля счетчиков соединены с входом начальной установки блока, сумматор, пер5 вая группа входов которого k-младши- ми разрядами соединена с земляной шиной, а старшими разрядами - с выходами первого счетчика,вторая группа входов сумматора соединена с вьгхода0 ми второго счетчика, регистр памяти, входы которого соединены с выходами сумматора, а выходы соединены с выходными клеммами устройства, D-триг- гер, С-вход, R-вход и D-вход которо2 го соединены соответственно с первой и второй входными клеммами устройства и шиной уровня логической едини- цы, а выход D-триггера соединен с синхровходом регистра памяти.

0 3. Фазометр по п. 1, о т л и - чающийся тем, что блок стыковки содержит преобразователь кода, входы которого соединены с первой группой входов блока и два сумматора,

5 при этом первая группа входов первого сумматора k-младшими разрядами соединена с выходами преобразователя кода, а старшими разрядами - с шиной логической единицы, вторая группа

0 входов первого сумматора соединена с второй группой входов блока, вьгходы первого сумматора соединены с первой группой входов второго сумматора, вторая группа входов которого соеди5 йена (k-l)-M разрядом с шиной логической единицы, а остальными разрядами - с земляной шиной, выходы старших разрядов второго сумматора являются выходами блока.

Фцг.5

Составитель М. Катанова Редактор Л.Гратилло Техред М.Ходанич

Заказ 2505/38 Тираж 730Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор Г. Решетник

Изобретение может быть использовано для измерения фазовых сдвигов, значительно превьшающих 360°, Цель изобретения - уменьшение времени измерения больших фазовых сдвигов при сохранении высокой точности измерений. Следящий фазометр содержит фазометр 1, блок 5 счета целых циклов, формирователи 8 и 9, переключатель - 10, блок 13 стыковки и регистр 16 памяти. Введение умножителя 4 частоты с коэффициентом 2 , предложенное выполнение блока 5 счета целевых циклов и блока 13 стыковки сокращает время определения количества целых фазовых циклов, содержащихся в полном фазовом сдвиге. Сокращение времени стало возможным благодаря обеспечению перекрытия результатов измерения фазометра 1 и блока 5 счета целых циклов и выполнению стыковки этих результатов арифметическим путем. Это позволило уменьшить время измерения полных фазовых сдвигов в 10-20 раз. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. с S (Л