Цифровой фазометр Советский патент 1988 года по МПК G01R25/08 

оо vj

о а о

Изобретение относится к технике цифровой фазометрии и может быть использовано в автоматизированных информационно-измерительных системах Г(пя измерения фазового сдвига электрических колебаний низкой частоты за один их период. Целью изобретения является повышение точности измерения фазового сдвига. Устройство содержит формирователи 1 и 2, элементы ИЗ, 11, 17 и 18, одновибратор 4, триггеры 5 и 15, мультиплексор 6, элементы ИЛИ 7 и 16, одновибратор 8, счетчики 9, 10 и 12, генератор 13, делитель 14 частоты. Положительный эффект изобретения заключается в повышении точности измерегшй фазового сдвига по сравнению с прототипом, поскольку погрешность от квантования временного интервала, пропорционального полупериоду колебаний измеряемых сиг налов, доми1шрует в общей погрешности измерений. 2 ил. (С м

Фиг. /

11

Изобретение относится к технике аифрово фазометрии п предназначено для использования в автоматизирован- галх информационно-измерительных системах для измерения фазового сдвига электрических колебаний низкой частоты за один их период.

Цель изобретения - повышение точности измерения фазового сдвига.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 - временные диаграм ы его работы.

Цифровой фазометр содержит форми-

рователи 1 и 2, входы которых являют-15 половине периода колебаний, одновибся входными клеммами устройства. Выход формирователя 1 соединен с первым входом элемента И 3 непосред- стве1п;о и через одновибратор А с первым входом триггера 5, сигнальным входом мультиплексора 6 и первым входом элемента ИЛИ 7. Выход формирователя 2 соединен с управляющим входом мультиплексора 6 непосредственно и

30

35

40

через одновибратор 8 со вторым входом 25 если сдвиг фаз меньше 1 , то в момент прохождения импульса с одновиб- ратора 4 на выходе формирователя 2 присутствует высокий логический уровень и указанный импульс проходит через мультиплексор 6 на вход сброса счетчика 12 счетчик 12 устанавливается в нуль. Если сдвиг фаз превышает 180°, то.в тот же момент на выходе формирователя 2 присутствует низкий логический уровень и импульс проходит на разрешающий запись вход счетчика 12. В этом случае в дальнейшем измеряется сдвиг фаз, дополняющий 180 до действительного значения результата. Высокий логический уровень с прямого выхода триггера 5 разрешает прохождение импульса частотой F, 180 Fj с выхода генератора 13 импульсов через элемент И 11 на вход вычитающего счетчика 10. При поступлении каждых N импульсов частотой F,, на выходе заема этого счетчика появляется логический уровень, вызывающий увеличение на единицу состояния счетчика 12 и через элемент tUTH 7 установку вычитающего счетчика 10 опять в состояние N. Этот процесс длится до тех пор, пока короткий импульс, формируемый одновибратором 8 по любому из фронтов прямоугольного импульса с формирователя 2, вход ко- торого является измерительным входом устройства, не сбросит триггер 5 и через элемент И 18 счетчик 9, дели-

триггера 5. Выходы счетчика 9 поразрядно соединены с входами счетчика 10, счетный вход которого соединен с выходом элемента И 11, установочный нхоя - с выходом, а выход заема - с входо элемента 7 ИЛИ и счетным входом счетчика 12, выходы которого являются выходными клеммами устройства, а установочный вход и вход разрешения записи соединены с соответствующими выходами мультиплексора 6. Перньи выход триггера 5 является синхровыходом устройства, а второй соеди 1ец с первым входом элемента И 1 , BTOpoi i вход которого соединен с выходом генератора 13. Второй вход элемента И 3 соединен с выходом генератора 13, а выход через делитель 14 частоты - со счетным входом триггера 15, выход которого соединен с входаьп элемента ИЛИ 16 и элемента И 17, при этом второй вход последнего соединен с выходом одновибратора 4, а выход - с вторым входом элемента ИЛИ 16, выход которого соединен со счетным входом счетчика 9, установочный вход которого совместно с одноименными входами делителя 14 частоты п триггера.15 соединен с выходом элемента И 18, входы которого соединены соответственно с выходом одновибратора 8 и вторым выходом триггера 5.

Устройство работает следующим об- рачом.

45

55

В течение первого полупериода колебаний сигнала, поступающего на вход формирователя 1, являющийся опорным входом устро 1ства, на его выходе формируется прямоугольный импульс. При этом через элемент И 3 поступают импульсы с выхода генератора 13 через делитель 1А частоты на триггер 15 и с его выхода, где их частота равнд F , через элемент ИЛИ 16 в счетчик 9,

устанавливая ет- в состояние N. По заднему фронту импульса на выходе формирователя 1, что соответствует

ратор 4 формирует короткий импульс, устанавливающий триггер 5 в единичное состояние, а вычитающий счетчик 10 - в состояние N через элемент ИЛИ 7, а также сбрасывающий в нуль или устанавливающий в состояние, соответствующее значению сдвига фаз 180, счетчик 12 в зависимости от состояния мультиплексора 6. При этом

тель 1Д частоты и триггер 15, подготавливая их к следующему циклу измерения. После этого в счетчике 12 .на- капливается результат измерения, поступающий на информационный выход устройства, а на выходе синхронизации появляется высокий логический уровень, разрешающий считывание результата

JJOM N

.360- 180--;-2

N

(град) для FJ 180F,;

т -г . -

JJ Т/2

IM

N

jn N

для где

F,

20

Т F,,F, М N сдвиг фаз;

временной интервал, пропорциональный If ; период колебаний; частоты квантующих импульсов;

количество квантующих импуль- 25 сов за интервал L частотой

F,;

количество квантующих импульсов за интервал Т/2 частотой

/ ч 15 вале (-0,5; +0,5) отсчета частоты Г , а максимальное значение погрешности составляет 0,5 отсчета.

Изобретение обеспечивает повышение точности измерений фазового сдвига, поскольку погрешность от квантования временного интервала, пропорционального полупериоду колеба1сий измеряе- М1з1х сиг палов, доминирует в общей по- греппюсти измерений .

Формула изобретения

Цифровой фазометр, содержащий два формирователя, входы которых соедине- 1Ш1 с входными клеммами устройства,

F.

m - количество квантующих импульсов

F,,.

за интервал

частотой

Рассмотрим более подробно процесс формирования числа N в счетчике 9, если длительность пол/периода соответствует фиг.2а, б. В соответствии с коэффициентом деления делителя 14 частоты на выходе последнего частота импульсов составляет 2F (фиг.2в). При этой частоте происходит переключение триггера 15, на выходе которого частота импульсов утке F (фиг.2г), и по их задним фронтам в соответствии

с характером функционирования счетчи- д второго счетчика соединен с выходом.

ка 9 последний изменяет свое состояние аналогично описанному. Таким образом, если в интервал времени между двумя последующими переключениями С1 етчика 9 (1/F.) заканчивается импульс на выходе формирователя 1 (фиг.2а, б), пропорциональный полупериоду измepяe fыx колебаний, то в зависимости от того, в первую или вторую половину указанного интервала появляется импульс с одновибратора 4, импульс с одно вибратора 4 ( фиг.2д) не ттроходит через элемент И 17 (на выходе тригтера 15 - низкий

50

55

а выход заема - с вторым входом первого элемента ИЛИ и счетным входом третьего счетчика, выходы которого соединены с выходными клеммами устройства, а установочный вход и вход разрешения записи соединены с соответствующими выходами мультиплексора, первый выход триггера соединен с клеммой синхровыхода устройства, а второй - с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора, и делитель частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения точное-

уровень (фиг.2г)) или проходит и дя- лее через элемент ШШ 16 увеличивает на единицу состояние счетч)1ка 9. Та- КИМ образом, в одном случае происходит округлеш1е значения N от половины последнего отсчета с недостатком не более чем на 0,5 отсчета (фиг.2а, е), а в другом - с избытком не более чем на 0,5 отсчета (фиг.26,ж). Следовательно, поле погрешности от кван тования време}1ного интервала, пропорционально полупериоду колебаний изме

Формула изобретения

Цифровой фазометр, содержащий два формирователя, входы которых соедине- 1Ш1 с входными клеммами устройства,

выход первого из них соединен с первым входом первого элемента М непосредственно и череэ первый одновиб- ратор с первым входом первого триггера, сигнальным входом мультиплек-

сора и первым входом первого элемента ИЛИ, а вь1ход второго формировате ля соединен с управляющим входом мультиплексора непосредственно и через второй одковибратор с вторы.ч вхо-

дом триггера, выходы первого счетчика подразрядно соединены с входами второго счетчика, счетный вход которого соединен с выходом второго элемента И, при этом установочный вход

0

5

а выход заема - с вторым входом первого элемента ИЛИ и счетным входом третьего счетчика, выходы которого соединены с выходными клеммами устройства, а установочный вход и вход разрешения записи соединены с соответствующими выходами мультиплексора, первый выход триггера соединен с клеммой синхровыхода устройства, а второй - с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора, и делитель частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения точное-

ти, в него введены второй триггер, второй элемент ИЛИ и третий и четвертый элементы И, причем второй вход первого элемента И соединен с выходом генератора, а выход через делитель частоты соединен со счетным входом второго триггера, выход которого соединен с первыми входами второго элемента ИЛИ и третьего элемента И, при.этом второй вход последнего соединен с выходом первого одновибрато-

зано условно для Т2)

ра, а выход - с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, установочный вход которого совместно с установочными входами делителя частоты и второго триггера соединен с выходом четвертого элемента И, входы которого соединены соответственно с выходом второго одно- вибратора и вторым выходом первого триггера.