Фазометр В.Б.Ибрагимова Советский патент 1987 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано в информационно-измери- тельны}4 системах для преобразования фазовых сдвигов в код.

Целью изобретения является расширение диапазона однозначного измерения фазового сдвига.

На фигП показаны характеристики преобразования фазового детектора (фиг.1а), аналого-цифрового преобразователя и фазометра в целом (фиг.1б);

второму входу блока, а выходы являют ся выходами блока.

Блок управления (фиг.4) содержит

; элементы ШШ 21 и 22, входы которых соединены соответственно с первым, третьим и вторым, четвертым входами блока, а выходы - с входами триггера 23, единичный (Q) и }1улевой (Q) вы10 ходы которого соединены соответствен но с первыми входами элементов И 24 и 25, вторые которых подключены к пятому входу блока, а выходы - на фиг.2 - структурная схема фазомет- к первому и второму выходам блока, р а; на фиг.З - структурная схема бло- 16 и элементы И Ш 26 и 27, входы кото- ка определения квадранта фазового рых соединены соответственно с первым, вторым и трет1)Им, четвертым вхосдвига; на фиг.4 - схема блока управления; на фиг.З - схема арифметичес- дами блока, а выходы - с входами триг- кого блока.гера 28, единичны) и нулевой выходы

Фазометр (фиг.2) содержит фазовый 20 которого соединены соответственно с

первыми входами элементов И 29 и 30, вторые входы которых подключены к пятому входу блока, а выходы - к третьему и четвертому выходам блока. 25

детектор 1, входы которого подключе ны к входам фазометра, а выход - к сигнальному входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 2, вход запуска которого соединен с тактирующим входом 3 фазометра, блок 4 определения квадранта фазового , входы которого подключены к входам фазометра, а выходы - к первым четырем входам блока 5 управления, пятый вход которого соединен с импульсным выходом АЦП (с которого снимается импульс Конец преобразования), первый и второй выходы -,с управляющими входаФазометр работает следующим образом.

На входЕЧ фазового детектора 1 пода- П)1 напряжение U (fo) опорной частоты 11 }1апряжение U (f)-j ) измеряемой 30 частоты (фиг.2). Сдвиг фаз у

между этими напрялсениями требуется измерить. Фазовый детектор 1 преобразует с; в напряжение постоянного тока и ц, (фиг.1а), которое поступает ми арифметического блока 6, а третий . „а сигнальный вход АЦП 2 и преобра- и четвертый выходы - с управляющими входами мультиплексора 7, информационные выходы которого соединены с выходами блока 8 регистров, а выход- с входом первого операнда арифметизуется в код N, пропорциональный , следовательно, ср (фиг. 16). НаU,fH

чало каждого цикла аналого-цифрового преобразования Jf,, в 2 задается

40 импульсами, поступаюг ми на тактирующий вход 3 фазометра, а конец каждо- гчэ цикла фиксируется импульсами Конец преобразования, снимаемыми с импульсного выхода АЦП и иоступающит

ческого блока, вход второго операнда которого подключен к кодовому выходу АЦП, а выход является выходом фазометра.

Блок определения квадранта фазового сдвига содержит (фиг.З) первый усилитель-ограничитель 9, вход которого подключен к первому входу блока и входу удвоителя 10 частоты, а выход - к первым входам элементов И 11-14, второй усилитель-ограничитель 15, которого подключен к выходу удвоителя частоты, а выход - к вторым входам элементов И 11-14, выходы которых соединены соответствено с первыми входами элементов И 16- 19, вторые входы которых объединены и через нуль-орган 20 подключен 1 к

второму входу блока, а выходы являются выходами блока.

Блок управления (фиг.4) содержит

элементы ШШ 21 и 22, входы которых соединены соответственно с первым, третьим и вторым, четвертым входами блока, а выходы - с входами триггера 23, единичный (Q) и }1улевой (Q) выходы которого соединены соответственно с первыми входами элементов И 24 и 25, вторые которых подключевым, вторым и трет1)Им, четвертым входами блока, а выходы - с входами триг- гера 28, единичны) и нулевой выходы

первыми входами элементов И 29 и 30, вторые входы которых подключены к пятому входу блока, а выходы - к третьеу и четвертому выходам блока.

Фазометр работает следующим образом.

На входЕЧ фазового детектора 1 пода- П)1 напряжение U (fo) опорной частоты 11 }1апряжение U (f)-j ) измеряемой частоты (фиг.2). Сдвиг фаз у

между этими напрялсениями требуется измерить. Фазовый детектор 1 преобразует с; в напряжение постоянного тока и ц, (фиг.1а), которое поступает „а сигнальный вход АЦП 2 и преобра-

зуется в код N, пропорциональный , следовательно, ср (фиг. 16). НаU,fH

чало каждого цикла аналого-цифрового преобразования Jf,, в 2 задается

импульсами, поступаюг ми на тактирующий вход 3 фазометра, а конец каждо- гчэ цикла фиксируется импульсами Конец преобразования, снимаемыми с импульсного выхода АЦП и иоступающит

ми далее на пятьп вхол, блока ,5 управления. Длительность € импульсов Конец преобразования должна выбираться из условия Г| i wg , где Tg - время BbmoJUieHnx арифметическим блоком 6 соответствующе математической операции.

Из фи1 . 1 б следует, что однозначное соотнетств)1е между N, и cf достигается в пределах одного квадранта

(из четырех) из-за кусочно-линейной (треугольной) характеристики преобразования К, F((f) в диапазоне 0-360 изменения Cf . Поэтому код N не может быть использован в качестве речультата изморония. Чтобы П(лучить в указанном диапазоне линейную (без излома) характеристику преобразования Nj. I (4) и обеспечить однозначное соответствие между результатом измерения и искомым параметром, определяемым квадрант, в котором находится ср , и в зависимости от номера квадранта выполняют операцик N , t N, или N, ± N,, где N , - постоянный код, значение которого соответствует Ц 90 по линейной характеристике преобразования N,F(e,); -21 постоянный код, значение которого соотQ

ветствует Ч 270 по линейной характеристике N( F (f) ; - результирующий код (фиг.16).

Определение квадранта фазового сдвига осуществляется в блоке 4, на входы которого подаются входные напряжения U(fo) и U(f,,,), при этом U(f) далее поступает (фиг.З) на удвоитель 10 частоты, с выхода которого снимается напряжение U(2f ) удво- eHHoii опорной частоты. Усилители-ограничители 9 и 15 формируют импульсы прямоугольной формы (время - импульсные сигналы) с длительностью, пропорциональной полупериоду поданн,1х на и входы напряжений U (f) и U (2f ) соответственно, которые поступают далее на соответствуюир е входы элементов И 11-14. Элемент И 11 срабатывает (выдавая потенциал высокого уровня, соответствующего уровню 1) в первой четверти периода опорной напряжения, где поданные на его входы сигналы А и В с выходов усилителей-ограничителей 9 и 15 совпадают ()„ Элемент И 12 срабатывает во второй четверти периода напряжения U(fp) , где поданные на его входы сигналы (один из которых предварительно инвертируется по инвертирующему входу элемента) совпадают () . Элемент И 13 срабатывает в третьей четверти периода опорного напряжения при выполнении логического условия (сигнал А предварительно инвертируется). Элемент И 14 срабатывает в четвертой четверти периода onjopHO- го напряжения, где справедливо АВ 1 . Таким образом,срабатывание i-ro (, 2, 3, 4) элементами появление на его выходе разрешающего потенциала 1 соответствует i-й четверги периода опорного напряжения U(fo).

10

Нуль-орган 20, подключе шили к второму входу блока 4 (на который подается напряжение U (f,,„), сра- батывает при переходе этого напряжения через нулевое значение в определенном направлении, например, из отрицательной области в положительную. Импульс, формируемый им в этот момент времени, проходит через один из элементов И 16-19 ( а именно через тот элемент И, на управляющем входе которого имеется разрешающигТ потенциал) и поступает на соответствующий выход блока, неся в себе информацию о квадранте фазового сдвига (-f между опорным и измеряемым напряжениями. Действительно, если cf находится в первом квадранте, при

переходе и(,.„) через нулевое значение импульс с выхода нуль-органа 20 проходит через элемент И 16, открытый разрешающим потенциалом 1 с выхода элемента И 11; если QI находится во втором квадранте, при переходе U(f) через нулевое значение импульс с выхода нуль-органа проходит через элемент И 17, открытый разрешающим потенциалом 1 с выхода элемента И 12„ Аналогично в третьем и четвертом квадрантах фазового сдвига Ср выходной импульс нуль-органа 20 появляется на выходах элементов И 18 и 19 соответственно.

Блок 5 управления в зависимости от того, на какой из его входов поступил импульс с выхода блока 4, отображающий номер (признак) квадранта, формирует управляющие сигналы для

арифметического блока 6 и мультиплексора 7о В первом квадранте ср(0-90 ) импульс с первого выхода блока 4 (к которому подключен выход -элемента И 16) поступает на первый зход блока

5 и, пройдя через элементы ИЛИ 21 и 26 (фиг.4), устанавливает триггеры 23 и 28 в положение 1, при этом потенциал 1 с единичных выходов Q указанных триггеров подготавливает

элементы И 24 и 29, которые при поступлении на пятый вход блока импульса Конец преобразования с импульсного выхода АЦП 2 пропускают его на первый и третий выходы блока соответственно. Во втором квадранте cf (90-180 ) импульс с второго выхода лока 4 (к которому подключен выход элемент И 17) поступает на второй ход блока 5 и, пройдя через элемснты И 22 и 26, устаиаплннлет трнгг еры 23 и 28 в положения О и 1 соответственно, при этом потенциал 1 с нулевого выхода Q триггера 23 и с едпннчного выхода Q триггера 28 подготавливает элементы И 25 и 29, которые при поступлении на пятый вход блока импульса Конеп преобразования с выхода АЦП 2 прслтускают его на второй и третий выходы блока, В третьем квадранте Lf (180-270 ) импульс с третьего выхода блока 4 (к которому подключен выход элемента И 18) поступает на третий вход блока 5 и, пройдя через элементы РШИ 21 и 27, устанавливают триггеры 23 Т 28 в положения 1 и О соотнетстиенно, при этом потенпиа.ч 1 с единичного выхода триггера 23 и с нулевого выхода триг гера 28 подготавливает элементы И 24 и 30, которые при поступлении импульса Конец преобразования с АЦП 2 пропускают его на первый и четвертый выходы блока. В четвертом ктшлтранте (270-360 ) импульс с чет пертогс выхода блока 4 (к которому подключен выход элемента И 19) поступает на четвертый вход блока 5 и, через элементы ШШ 22 и 27, устанавливает триггеры 23 и 28 в положение О, при этом потенциал 1 с нулевых выходов обоих триггеров подготавливает элементы И 25 и 30, которые при поступлении импульса Конец преобразования с АЦП 2 пропускают . его на второй и четвертый выходы блока.

Последовательность описанных операций отражена в таблице, где знаком X отмечено наличие импульсов на том и.пи ином входе (выходе) блока 5.

Управляющий сигнал, снимаемый с первого выхода бло1:а 5 (в nepisoM и третьем квадрантах), задает режим Вычитание, а управляющий сигнал, снимаемый с второго выхода этого блока (во втором и четвертом квадрантах) - режим Сложение арифметического блока 6 (фиг,2), Управляющий сигнал, снимаеьмй с третьего выхолта блока 5 (в первых двух квадрантах), устанавливает мультиплексор 7 в по- 1:,)жение, при котором к арифметическому блоку подключается код N,, ,, у.ранящш 1ся в пс рвом регистре блока 8, а управляющий сигнал, с1П маемый с четвертого выхода блока 5 (в трс 1 bt M и четвертом квадрантах) , уста

навмивает му. п, гчч. и ь i-i)i 7 ; uivriu положение, при KOTOJIOM ь лри|1)мети- ческому блоку подключа(- тся код N,, из второго регисара блока 8.

Арифметический блок, В1,1по.1пенн(,1й на микросхемах К564 ПЗ серии 564 (фиг.5), н зависимости от задаваемого (блоком 5) режима и вида подключаемого к }1ему (му.1ПзТИ1шексором 7) операнда N,. выполняет (операцию врада: Кц, N , -N, (в первом квадранте ; N;f N , -t-N, (во втором квадранте); N(, N2 i -N| ( в третьем квадранте);

N .г N, (в четвертом квадранте), при этом результат N выполняемой операции, считываемый во янещнее устройство хранения (и:п1 регистрации) информации, однозначно соот} етствует

tf во всем диапазоне 0-360 изменения фазового сдвига (фиг.1б).

Таким образом, пpeдлaгaeм Jlй фазометр обладает более широким диапазоном однозначного измерения фазового

сдвига (0-360 ) по сравнению с прототипом, где этот диапаз(лв пе превышает пределов одио1 о квадранта. Расширение диапазона однозначного измерения ц позволяет расширить область

применения устройства.

Форм у л а и 3 о б р е т е н и я

1 . Фазометр, содержащи блок оп- ределения квадра1гга фазового сдвига, входы которого подключены к входным шинам фазометра, к входам фазового детектора, выход которого подключен к сигнальному входу аналого-цифрового преобразователя, о т л и ч а ю - щ и и с я тем, что, с целью расширения диапазона однозначного измерения фазового сдвига, в него введены арифметический блок, блок регистров,

мультиплексор и блок управлен.ия, первые четыре входа которого соединены с выходами блока определения квадранта фазового сдвига, пятый вход блока управления соединен с импульсным

выходом аналого-цифрового преобразователя, первый и второй выходы подключены к управляющим входам ариф- метическог о блока, выход которого является выходом фазометра, третий

и четвертый соединешл с управляющими входами мультигшексора, информационные ВХОД111 которого соединены с выходами блока регистров, а выход - с входом первого операнда арифметического блока, вход второго операнда котор гс- подк.гпоче к кодовому выходу аналого-цифрового лреобразова- теля, вход запуска которого соединен с тактирующим входом фазометра.

2. Фазометр поп,1, отличающийся тем, что в нем блок управления выполнен в виде двух триггеров, четырех элементов И и четырех элементов ИЛИ, причем входы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с первым, третьим, вторым и четвертым входами блока, а выходы- с входами первого триггера, единичный и нулевой выходы которого соеди180-270270-360°

нены соответственнс с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых соединены г пя- тым входом блока, а выходы - с первым и вторым выходами блока, входы третьего и четвертого элементов ИЛИ соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами блока,

а выходы - с входами второго триггера, единичный и нулевой выходы которого соединены соответственно с первыми входами третьего и четвертого элементов И, вторые входы которых

соединены с пятым входом блока, а выходы - с третьим и четвертым выходами блока.

f

СЗ

J

(риг.Ъ

сАЦП2 i

дзигЛ

)(oda

С St,/)

M(/J76/77i//7 e/fCffpa7

Редактор А.Лежнина

Составитель Л.Воронина

Техред И.Попович Корректор М.Демчик

Заказ 4126/43Тираж 730 Подписное

ВНИИ1Ш 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

Фиг. 5

Изобретение может быть использовано в информационно-измерительных системах для преобразования фазовых сдвигов в код. Цель изобретения - растирение диапазона однозначного измерения фазового сдвига. Фазометр содержит фазовый детектор 1,аналого- цифровой преобразователь 2, блок 4 определения квадранта фазового сдвига. В устройство введен блок 5 управления, который в зависимости от того, на какой из его входов поступил импульс, отображающий номер квадранта, формирует управляющие сигналы для арифметического блока 6 и мультиплексора 7. Арифметический блок 6 в зависимости от задаваемого режима блоком 5 управления и вида подключаемого к нему мультиплексором 7 операнда выполняет операции различного вида в четырех квадрантах. При этом результат выполняемой операции однознач но соответствует сдвигу фаз во всем диапазоне О - 360° измерения фазового сдвига. В описании приведен пример выполнения блока 5 управления. 1 з.п. ф-лы, 5 ил. 1 § (Л и о к во гто зЯ .гра оо GO 00 If