Цифровой фазометр Советский патент 1988 года по МПК G01R25/00 

со

Од 4: СО СО

1

Изобретение относится к радио- измерительной технике, в частности к области фазовых измерений, и может быть использовано для прямых ( мгновенных ) измерений разности фаз периодических сигналов, а также в качестве широкодиапазонного датчика фазового рассогласования в системах автоматического управления.

Цифровые фазометры с времяимпуль ным преобразованием, осуществляющие измерение как за один период, так и за много периодов исследуемого сигнала (интегрирующие), построены по принципу преобразования фазового сдвига сигналов а ц внутри периода Т исследуемого напряжения во временной интервал Г, который заполняется периодами сигнала квантующего генератора Т. Алгоритм их работы описывается выражением

й

(1)

где N - количество периодов Т. внутри интервала 2.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей цифрового фазометра.

Сущность предлагаемого устройства состоит в использовании выражения разности фаз j Lf через частоты сигналов ы, и (jj. и их периоды Т, и Т, :

Кон

dL/ 4 М

нач.

(uJ,-Wj)dt

+ ниц

- 2ТГ

т,- Тг

dt

(2)

J т i нам

Переходя от интеграла к прираще- иям, равным текущему значению перида Т, получим

н«.-

Т,,- T2i

(3)

или приближенно

.

т,г

н.,- 2

(4)

где Т - текущее значение периода Tj (опорного сигнала).

Таким образом, непрерывно измеряя сумму разности периодов в моменты, отстоящие на текущий период первого сигнала, отнесенную к текущему

-

3649972

периоду опорного сигнала, мы имеем текущее (мгновенное) изменение разности фаз от начала измерения.

На фиг.1 показана структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы работы устройства, где а,б ив - эпюры напряжений в местах, соответ- 10 сгвенно обозначенных на фиг.1, г,д и е - эпюры значений кодов в единицах, отнесенных к значению кода Т.. Диаграммы на фиг.2 соответствуют равнь м частотам и фазовому сдвигу ,г +180 при внешнем периодическом запуске фазометра, а диаграммы на фиг.3 - работе фазометра с ы

2 W,

и при внешнем периодическом

запуске фазометра.

Устройство состоит из распределителя 1 импульсов, состоящего из последовательно соединенных генератора 2 счетных импульсов и счетчика 3,

входных формирователей 4 и 5 импульсных последовательностей, счетчика - 6, вход которого соединен с выходом генератора 2, блоков 7 и 8 регистра, входы которых соединены с выходами

счетчиков 3 и 6, блоков 9 и 10 суммирования, первые входы которых соединены соответственно с выходами блоков 7 и 8 регистров, блока II деления, первый вход которого соединен с выходом первого блока 9 суммирования, а второй вход - с выходом второго блока 8 регистра, блока 12 управления, первый вход которого соединен с входом Запуск фазометра,

а выход - с входами Обнуление первого счетчика 3 и второго блока 10 суммирования, блоков 13 и 14 задержки импульсных сигналов, причем выход второго блока 10 суммирования

соединен с вторым входом первого блока 9 суммирования и своим вторьм входом, кроме того, выход первого формирователя 4 соединен с входами Синхронизация первого блока 7 регистра, второго блока 10 суммирования и через блок 13 задержки - с входами Синхронизация блока 9 суммирования и блока 11 деления, а вькод второго ормирователя 5 соединен с вторым

входом блока 12 управления и с вхоом Синхронизация второго блока 8 регистра, а через второй блок 14

задержки - с входом рого счетчика 6.

Обнуление втоБлок 12 управления состоит из делителя 15 импульсов, триггера 16, формирователя 17 одиночного импульса, вход которого соединен с выхо- дом триггера 16, переключателя 18 рода работ, входы которого соединены с выходами делителя 15 и формирователя 17, а выход является выходом блока 12 управления, причем пер- вый вход блока 12 управления соединен с установочным входом триггера 16, а второй - с входом делителя 15 и входом Сброс триггера 16. Назначение блока 12 управления заключа- ется в изменении режима работы фазометра. В первом режиме, соответствующем первому положению переключателя 18, блок 12 управления производит вьщеление и поступление на его выход п-го импульса опорного сигнала Во втором режиме, соответствующем второму положению переключателя 18, блок 12 управления выделяет и подает на свой выход первый после импуль са Запуск фазометра импульс опорного сигнала.

Таким образом, фазометр в первом режиме производит непрерьшное измерение накопленной за п перио- дов опорного сигнала разности фаз входных сигналов, а во втором режиме - за время между импульсами Запуск фазометра.

Объединенные блоки 9,10 суммирования, блок 11 деления и блок 13 задержки представляют собой процессор 19.

Устройство работает следующим - образом.

Генератор 2 счетных импульсов не- прерьюно изменяет состояние счетчиков 3 и 6. Состояние счетчиков 3 и 6 считьшается блоками 7 и 8 регистра. Формирователи 4 и 5 импульсных после довательностей вьщают короткие импульсы в моменты перехода вх одных сигналов через ноль. Один из импульсов опорного сигнала (выбранный блоком 12 управления)обнуляет первый счетчик 3 и второй блок 10 суммирования, что означает начало процесса измерения. Первый с начала измерения импульс исследуемого сигнала запишет

10

в первый блок 7 регистра код N соответствующий временному сдвигу сигналов 11(1), и во второй блок 10 суммирования запишет код ,, соответствующий текущему значению периода опорного сигнала Т( , л также через время задержки (необходимое . для устранения влияния переходных процессов), задаваемое блоком 13 задержки, этот импульс разрешит вычитание кодов N ,р и N. Блок 11 деления в соответствии с (3 вычислит первое значение разности фаз,.равное

и«.

NZC

N;;

Через период исследуемого--сигна- ла второй его импульс произведет аналогичные записи. В результате на входах первого блока 9 суммирования будут коды

N,n +

NIONT,,;

NT,,

где N,, , N, - коды текущего значения периодов исследуемого и опорного сигналов .

Блок 11 деления вычислит второе текущее значение разности фаз с момента начала измерения по формуле

-360

с Nn - Ni.

N.

(5)

ri

При переходе К+1 импульса исследуемого сигнала аналогично имеют текущее значение разности фаз с момента начала измерения, вычисленное аналогично (4) и (5) по выражению:

u(f -360°

Nik- NIK

N

-360

N ,0 - Njo

TIK

N

т IK

360°

1 Nii-iN

2i

(6)

NT

2K

45 50

55

Ha фиг.2 и 3 показана работа фазометра во втором режиме. Так как при равенстве частот входных сигналов их периоды равны Т, Т, .и N-r NT ,то из всех сумм выражения (5) останутся только первые члены, соответствующие начальному временному сдвигу л (фиг.2) .

Точность работы устройства в основном определяется дискретностью измерения (, которая, в свою очередь, определяется периодом счетных импульсов Т к из соотношения

j

т,

Диапазон измерения определяется размерностью (величиной) счетчиков, регистров и сумматоров. Используя двоично-десятичные счетчики, регистры и сумматоры размерностью I2 декад, имеют диапазон измерения в 10 импульсов. Так, при дискретности c/ if 0,1 устройство в состоянии измерять фазовый сдвиг величиной 10 град (или 10 VBeoVO,) периодов опорного сигнала.

Форму Л а изобретени

Цифровой фазометр, содержащий распределитель импульсов, состоящий из последовательно соединенных ге- нератора счетных .импульсов и счетчика, два формирователя импульсных последовательностей, входы которых являются входами фазометра, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены второй счетчик, два блока регистра, входы которых соединены с выходами счетчиков, два блока задержки, два блока суммирования, первые входы которых соединены с выходами блоков регистров, блок деления, первый вход которого соединен с выходом первого блока суммирования, а второй вход - с выходом второго блока регистра, блок управления, первый вход которого соединен с входом Запуск фазометра, а выход - с входами Обнуление первого счетчика и второго блока суммирования, причем выход генера тора соединен с входом второго счетчика, выход второго блока суммирования соединен с вторым входом первого блока суммирования и своим вторым входом, выход первого формирователя соединен с входами Синхронизация первого блока регистра и второго блока суммирования и через первый блок задержки с входами Синхронизация первого блока суммирования и блока деления, а выход второго формирователя соединен с вторым входом блока управления и входом Синхронизация второго блока регистра, а через второй блок зaдepжkи - с входом Обнуление второго счетчика.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для мгновенных измерений разности фаз периодических сигналов, а также в качестве широкодиапазонного датчика фазового рассогласования в системах автоматического управления. Целью изобретения является расширение функциональньк возможностей. Для достижения поставленной цели в устройство дополнительно введены второй счетчик, два блока 7 и 8 регистра, два блока 13 и 14 задержки, два блока суммирования 9 и 10, блок 11 деления и блок 12 управления. Кроме того, устройство содержит распределитель 1 импульсов, генератор 2 счетных импульсов, счетчик 3, входные формирователи 4 и 5 импульсньсх последовательностей. Блок управления состоит из делителя 15 импульсов, триггера 16, формирователя 17 одиночного импульса, переключателя 18. Объединенные блоки 9 и 10 суммирования, блок II деления и блок 13 задержки образуют процессор 19. Предложенная совокупность блоков и связей между ними обеспечивает достижение поставленной цели. 3 ил. (Л

I I I I I I I I а I I I I I I I б D

J 2 1 О

-1

-2

Фиг. 2

г

I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I П

a .6 .S

фиг.З