Цифровой фазометр мгновенных значений Советский патент 1988 года по МПК G01R25/00 

СП

Ф 00

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано в Ш1формационно-измери- тельных системах для измерения разно сти фаз сигналов в цифровой форме.

Целью изобретения является расширение полосы пропускания цифрового фазометра мгновенных значений.

На фиг, 1 показана структурная электр1этеская схема цифрового фазометра мгновенных значений; на фиг, 2 - временные диаграммы фазометра.

Цифровой фазометр содержит форми- рователь 1, входы которого подключен к входным шинам устройства, а выход через первый элемент И 2 - к входу счетчика 3 импульсов и к одному из входов второго элемента И 4, выход которого подключен к входу счетчика 5 импульсов, 6JJOK 6 управления, вход которого подключен к выходу формирователя, а первый выход -. к входу Сброс счетчика 3 импульсов, пере- страиваемый генератор 7, выход ко- торого подключен, к второму входу первого элемента И 2, первую схему 8 сравнения кодов, входы которой соединены с выходами одноименных разрядов обоих счетчиков импульсов, а выход - с другим входом, входом второго элемента И 4, регистрирующее устройство 9, подключенное к счетчику 5 импульсов, триггер 10, входы которого подключены к второму выходу блока 6 управления и к выходу второй схемы I1 сравнения .кодов, а выход - к одному из входов третьего элемента И 12, другой вход которого соединен с пер- вым выходом блока управления, а выход - с входом Перенос регистра 13, входы которого соединены с выходами одноименных разрядов счетчика 3 импульсов и с первыми, входами второй схемы 11 -сравнения кодов, а выходы - с вторыми входами той же схемы сравнения кодов, последовательно соединённые фазовый детектор 14, фильтр 1 5 н:нжних частот, перестраиваемый генератор 7 импульсов, выход которого соединен с входом третьего счетчика 16, вторым входом первого элемента И 2 и с первым входом четвертого элемента И 17, выход которого соеди

нен с объединенными входами Сброс счетчика 5 и входом Сброс регистра 13, инвертор 18, выход которого соединен с третьим входом четвертого

Q

5 0 5 о JQ

5

5

элемента И 17, В|Торой вход которого подключен к перв:ому входу формирователя 1 и первому входу фазового детектора 14, второй 1вход которого соединен с к-м выходом третьего счетчика 16 и входом инвертора 18,

Цифровой фазометр работает следу- юш;им образом.

Формирователь 1, на входы которого поступают исследуемые напряжения и, (фиг, 2а) и и (фиг, 26), формирует прямоугольные, импульсы длительностью Т (фиг, 2в), пропорциональной измеряемому фазовому сдвигу Cf , Эти импульсы управляют первым элементом И 2, открьшая его на. время tr , при этом тактовые импульсы с выхода перестраиваемого генератора 7 проходят на вход счетчика 3 непосредственно и на счетный вход счетчика 5 через второй элемент И 4 при условии наличия на управляющем входе последнего разрешающего потенциала с выхода первой схемы 8 сравнения кодов,

Входной сигнал И (фиг, 2а) одновременно с поступлением на первый вход формирователя 1 подается и на первый вход фазового детектора 14, на второй вход которого поступает импульсное напряжение с к-го разряда третьего счетчика 16 (фиг, 2д), которое формируется следующим образом. При поступлении импульсов генератора 7 на вход третьего счетчика 16 на выходе к-го разряда его имеет место меандровре напряжение частоты F, значение которой определяется из со- отношения

1к

где К - разрядность счетчика;

f - частота следования импульсов

генератора 7,

При несовпадении частот сигналов, поступающих на входы фазового детектора 14, сигнал ошибки этого детектора через фильтр 15 нижних частот регулирует частоту генератора 7 импульсов до равенства частот сигналов К- го разряда третьего счетчика 16 и входного и,,

При выборе фазового детектора 14 с дискриминационной характеристикой, обеспечивающей системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) генератора 7 импульсов в синхронный

I4

режим при нулевой фазовой рл(;стройке входных сигналов фазового детектора 14, сигнал на к-м выходе третьего

счетчика 16 синфазен с входным сиг-

налом.

На фиг. 2г показаны и myльcы, получаемые с выхода генератора 7 при его подстройке, на фиг, 2д - импульсы к-го разряда третьего счетчика 16, частота и фаза которых изменяются в стро,гом соответствии с сигналами генератора 7; t, - момент вхождения системы ФАПЧ в синхронизм фиг. 2 а,г)

В процессе подстройки системы

ФАПЧ информация о текущем фазовом сдвиге, в Ьоответствии с логикой работы прототипа, в течение импульса длительностью Т с выхода формирователя 1 заносится в первый 3 и второй 5 счетчики импульсов, а также в регистр 13.

Однако хранение информации о минимальном или максимальном фазовом сдвиге за интервал времени, в течение которого осуществляется подстройка системы ФАПЧ, не произб одится из-за обнуления второго счетчика 5 и регистра 13 перед каждым новым измерением текущего значения сдвига фаз.

Обнуление второго счетчика 5 и регистра 13 перед каждым новым измерением текущего значения сдвига фаз осзпчествляется следующим образом. До наступления условия синхронизма в системе ФАПЧ сигналы с первого входа формирователя 1 (фиг. 2а) и проинвер- тйрованные сигналы с к-го разряда третьего счетчика 16 (фиг. 2е), поступающие соответственно на второй и третий входы четвертого элемента И 17, создают на этих входах в интервалы времени ut,, t (фиг. 2а,е) логические уровни, разрешающие про- хоадение через этот элемент импульсов с выхода генератора 7 (фиг. 2ж) на входы Сброс регистра 13 и второго счетчика 5 импульсов, которые обнуляют их,

Эбнуление регистра 13 и второго

счетчика 5 необходимо для того, чтобы первоначальные данные о минимальном или Максимальном фазовом сдвиге, записанные в этих элементах при подг стройке системы ФАПЧ или при переходе на измерение фазового сдвига сигналов иной частоты, не смогли исказить истинную инф(5рмацию о сдвиге фаз .вход98ч

ных сигналов, получаемуто после вхождения системы ФАПЧ в сю1хронизм.

Сразу после наступления условия синхронизма сигналы на втором и третьем входах четвертого элемента И 17 окажутся в протнвофазе (фиг. 2 а,е, момент tj) и запретят прохождение импульсов генератора 7 на входы Сброс второго счетчика 5 и регистра I 3 .

Так как в условиях синхронизма система ФАПЧ поддерживает, .равенство фаз выходного сигнала к-го разряда третьего счетчика 16 и сигнала с первого входа устройства, обеспечивается строгая зависимость частоты повторения тактовых импульсов f перестраиваемого генератора 7 импульсов от частоты F входного сигнала, которая определяется соотношением f F.

Поскольку к моменту вхождения системы ФАПЧ в синхронизм содержимое счетчиков 3 и 5 одинаково так как первый обнуляется импульсом с первого выхода блока 6 управления перед каждым измерением, а второй обнулен- импульсами с генератора 7 до соблюдения условия синхронизма, первая схема 8 сравнения кодов вьща.ет разрешающий потенциал логической 1 на втс- рой вход элемента И 4, Б этом случае при поступлении с выхода формирователя 1 импульса длительностью t , пропорциональной измеряемому фазовому сдвигу, управляющего первым эле- ментом И 2, на входы счетчиков 3 и 5 с выхода генератора 7 поступит такоа число импульсов, которое соответствует истинной величине текущего значения фазового сдвига.

В момент времени, соответствующий заднему фронту выходного импульсе формирователя 1, импульсный сигнал с первого выхода блока 6 управления сбрасьшает счетчик 3 в нуль по входу Сброс. В счетчике 5 при этом остается код, пропорциональный временному интервалу . Он передается в регистрирующее устройство 9. Разрешающий потенциал- с управляющего входа второго элемента И 4 снимается, так -как условие равенства кодов на входах схемы 8 наругаается.

Так, например, если последующее значение измеренного, фазового сдвига окажется больше хранящегося в счетчике 5, то содержимое счетчика 5

5.1

дополняется пропорциональным прираще йием кода, в противном случае содер- jKHMoe остается без изменений. Если последующее значение .меньше значения измеренного фазового сдвига, то информация о минимальном фазовом сдв.и- |ге переносится со счетчика 3 в рё- |гистр 13. Таким образом, предлагае- |мый фазометр измеряет текущее значе- |ние фазового сдвига, обеспечивая фиксацию его минимального и максимального значений.

Кроме того, при изменении частоты F входных сигналов система ФА11Ч подстроит частоту f генератора 7 таким образом, что без дополнительной калибровки устройства в счетчике 3 Сформируется достоверная информация I о текущем фазовом сдвиге между вход- Iными сигналами этой частоты, а в регистре 13 и в счетчике 5 обеспечивается фиксация соответственно его I минимального и максимального значе- j НИИ за интервал времени.

Устранение искажений выходной информации устройства при измерении фазового сдвига на частоте входных сигналов, отличающейся от номинальной, а в связи с этим отказ от дополнительной калибровки устройства достигаются тем, что для предлагаемого технического решения в отличие от известного цена дискреты измеряемого фазового сдвига поддерживается постоянной в диапазоне частот перестройки генератора 7 импульсов.

Цена дискреты измеряемого фазового сдв-ига определяется соотношением.

о F fktf 360 -г , поскольку система ФАП

в установившемся режиме поддерживает равенство f 2 F, где К - разряз- ность третьего счетчика 16 импульсов то цена дискреты йСр для предлагаемого устройства определяется как

ДЦ)

360 F 360° F 360 f 2

и является постоянной величиной в диапазоне частот перестройки генератора 7 импульсов.

Технико-экономический эффект Данного технического решения заключается в том, что за счет введения цепи фазовой автоподстройки частоты, состоящей из последовательно соединенных фазового детектора, фильтра нижних

986

частот, перестраиваемого генератора импульсов и счетчика импульсов, достигается постоянство цены дискреты измерения фазового сдвига в диапазоне перестройки частот генератора импульсов, что позволяет расширить по ло(;у пропускания устройства и за счет этого отказаться от дополнительной

калибровки фазометра при работе его в диапазоне частот входных сигналов,

Формула изобретения

Цифровой фазометр мгновенных значений, содержащий формирователь, входы которого подключены к входньи шинам устройства, а выход - к входу блока управления и первому входу первого йлемента И, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика импульсов и первому .входу второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу первой схемы сравнения кодов, а выход - к счетному

входу второго счетчика импульсов, первый выход которого подключен к регистрирующему устройству, а вторые выходы - к первым входам первой схемы сравнения кодов, вторые входы которой подключены к выходам первого счетчика импульсов, вход Сброс которого объединен с первым входом третьего элемента И и подключен к первому выходу блока управления, второй выход которого подключен, к первому входу триггера, второй вход которого подключен, к выходу второй схемы сравнения кодов, первые входы которой подключены к выходам первого

счетчиса импульсов и входам Перезапись регистра , а вторые входы - к первым вьгходам регистра, второй вход Перенос которого подключен к выходу третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом триггера, отличающийс я тем, что, с целью расширения полосы пропускания, в.него введены последовательно соединенные инвертор и четвертый эле мент И, последовательно соединенные фазовый детектор, фильтр нижних частот и перестраиваемый генератор, а также третий счетчик импульсов, выход которого подключен к первому входу

фазового детектора и входу инвертора, второй вход фазового детектора соединен с входной шиной устройства и с вторым входом четвертого элемента И, третий вход которого соединен с

вторым входом первого элемента И и вькодом перестраиваемого генератора,

подключен к входам Сброс второго счетчика импульсов и регистра.

Изобретение может быть использовано в информационно-измерительных системах для измерения разности фаз сигналов в цифровой форме. Цель изобретения - расширение полосы пропускания цифрового фазометра мгновенных значений. Фазометр содержит фор тро- ватель 1, элементы И 2,4 и 2, счетчики 3 и 5 импульсов, блок 6 управления, схемы 8 и 11 сравнения кодов, регистрирующее устройство 9, триггер 10 и регистр 13. Введением инвертора 18, элемента И 17, фазового детектора 14, фильтра 15 нижних частот, пе-. рестраиваемого генератора 7 и счетчика 16 импульсов достигается постоянство цены дискреты измерения фазового сдвига в диапазоне перестройки частот генератора 7 импульсов.-Это позволяет отказаться от дополнительной калибровки фазометра при работе в диапазоне частот входных сигналов, 2 ил. (/) С

Фиг.2