Цифровой фазометр с постоянным измерительным временем Советский патент 1989 года по МПК G01R25/08 

Изобретение относится к радиоиз- мерительной технике и может быть использовано для повышения точности цифровых фазометров при измерениях в широком диапазоне частот.

Цель изобретения - повышение быстродействия при анализе кратности частот входного сигнала и сигнала задающего генератора и упрощение конструкции.

На фиг. 1 приведена схема структурная электрическая цифрового фазометра с постоянным измерительным временемi на фиг. 2 - эпюры напряже- НИИ в характерных точках устройства

Фазометр включает первый и второй формирователи 1 и 2 коротких импульсов, первый триггер 3 с раздельным запуском, первый и второй элементы И 4 и 5, задающий генератор 6, времязадайщий делитель 7 частоты, счетчик 8, блок 9 синхронизации, счетный триггер 10, третий эле- мент И I1, первый элемент 12 задерж- ки, второй и третий триггеры 13 и 14 с раздельным запуском, третий формирователь 15 коротких импульсов, второй элемент 16 задержки, четвертый элемент И 17.

Выходы формирователей I и 2 соединены с входами триггера 3 с разделным запуском, выход которого соедине с одним ; входом первого элемента И 4, выход которого соединен с одним входом второго элемента И 5. Выход переключаемого по частоте задающего генератора 6 соединен с другим входом элемента И 4, с первым входом элемента И 17 и входом времязадаю- щего делителя 7 частоты, выход которого соединен со счетным входом счетчика 8, Выходной код счетчика 8 является выходом устройства. Вход блока 9 синхронизации соединен с вы- ходом времязадающего делителя 7 а первый, второй и третий выходы соединены соответственно с входом управления счетчика 8, одним входом третьего элемента И 11 и вторым вхо- дом второго триггера 13. Другой вход третьего элемента И 1 1 соединен с. выходом первого формирователя 1 , а выход - с вторым входом, четвертого элемента И 17, первым входом триг- гера 13 и входом первого элемента 12 задержки. Выход второго триггера 13 соединен с входом третьего формирователя 15 коротких импульсов

выход которого подключен к входу запуска задающего генератора 6 и входу второго элемента 16 задержки, выход которого соединен с первым входом третьего триггера 14. Второй вход третьего триггера 14 соединен с выходом первого элемента 12 задержки, а выход - с третьим входом четвертого элемента И 17, выход которого подключен к счетному входу триггера 10, выход последнего соединен с входом управления задающего генератора 6.

В момент подключения к устройству источника питания состояние всех триггеров и счетчиков может быть произвольным. Однако уже после второго полного цикла измерения импульсы с выхода блока 9 синхронизации устанавливают триггеры и счетчики в необходимое состояние. Поэтому отпадает необходимость первоначальной установки логических элементов, триггеро и счетчиков в нулевое состояние в момент включения устройства. Первоначальное состояние счетного триггера 10, которое определяет,частоту задающего генератора 6, также может быть произвольным.

Фазометр работает следующим образом.

С выходов формирователей 1 и 2 короткие импульсы, соответствующие моментам перехода входных сигналов через нулевое значение, поступают на входы триггера 3 с раздельным запуском. В результате на вькоде последнего формируются импульсы, длительность которых пропорциональна величине измеряемого фазового сдвига. Эти импульсы поступают на первый вход элемента И 4, где заполняются импульсами высокой частоты, поступающими с задающего генератора 6 (фиг. 2м). Одновременно импульсная последовательность- с выхода задающег генератора 6 поступает на вход времязадающего делителя 7, на выходе которого формируется импульс положительной полярности, длительность которого равна измерительному времени фазометра t,, (фиг. 2а). Этот импульс, открывает второй элемент И 5, в результате чего на вход счетчика 8 с выхода элемента И 4 начинает поступать импульсная последовательность, несущая информацию об измеряемом фазовом сдвиге. Кроме того.

импульс подается на блок 9 синхронизации, который в паузе между циклами измерения вырабатьшает три импульса.

На первом выходе блока 9 синхронизации по отрицательному спаду импульса, момент времени t (фиг.2а), с некоторой задержкой в момент времени t (фиг.26) вырабатьшается короткий импульс, который поступает на вход управления счетчика 8 и осуществляет сброс его в нулевое состояние. Следовательно, информация о фазовом сдвиге хранится в счетчике 8 в промежуток времени t,-t.j.

На втором выходе блока 9 синхронизации формируется импульс положительной полярности (фиг.2г), начало которого соответствует моменту времени tj, а конец началу цикла измерения (момент времени t). Этот импульс поступает на вход третьего элемента И 11.

На третьем выходе блока 9 синхронизации по положительному фронту импульса (фиг. 2а) в момент времени tg формируется короткий импульс (фиг. 2в)f который поступает на второй вход триггера 13.

Для более удобного отсчета фазового сдвига максимальное количество импульсов задающего генератора 6 подсчитанное счетчиком 9, выбирается равным 360-1 о. Следовательно, время измерения определяется по формуле

4v 360

Г ;

где т

ъг

- период следования импульсов задающего генератора, п 1,2,...

Рассмотрим работу устройства при определении кратности частот входно сигнала и сигнала задающего генератора 6. Короткие импульсы, соответствующие моментам перехода входных сигналов через нулевое значение, поступают с вькода первого формирователя на вход третьего элемента И 1 (фиг. 2д).

На выход третьего элемента И-I 1 пройдут лишь те импульсы, которые совпадают с положительным импульсом поступающим на его второй вход (фиг. 2е). Первый из этих импульсов устанавливает второй триггер 13 в момент времени t в единичное состояние (фиг. 2ж),

0

5

В нулевое состояние второй триггер 13 устанавливается в момент времени tg коротким импульсом (фиг.2в) с блока 9 синхронизации. По положительному перепаду импульса с выхода третьего триггера 13 формирователь I5 вырабатывает короткий импульс (фиг. 2з), который поступает на вход запуска задающего генератора 6 и синхронизирует его работу. Вследствие этого начало положительного импульса с выхода задающего генератора 6 совпадает с моментом времени t (фиг. 2м).

Короткий импульс с выхода формирователя 15 поступает на вход второго элемента 16 задержки, где задерживается на время t,, (фиг.2и). Этот задержанный импульс поступает на первый вход третьего триггера 14, на второй вход которого поступают импульсы, прошедшие через элемент И И и задержанные на время t, пер- 5 вым элементом 12 задержки (фиг. 2к), При этом должно соблюдаться следую- щее условием: t t,.

Под воздействием этих двух сигналов на выходе третьего триггера 14 вырабатывается импульс положительной- полярности (фиг. 2л), KOTOpbrii поступает на вход четвертого элемента И 17, на другие входы которого поступают короткие импульсы соответственно с выхода третьего элемента И 11 (фиг. 2е) и с выхода задающего ге- гератора 6 (фиг. 2м).

Если частоты входного сигнала и сигнала задающего генератора кратные (на фиг. 2 коэффициент кратности равен 3), то на выходе элемента И i 7 вырабатьшается короткий импульс (фиг. 2н), которьй переключает счетный триггер 10 (фиг. 2п), и частота задающего генератора 6 изменяется (момент времени -t, фиг. 2м).

При этом необходимо, чтобы длительность импульсов на входах четвертого элемента И 17, соединенных с выходами третьего элемента и задающего генератора 6, была одинаковой. Если же частоты не кратные, то импульсы на указанных входах четвертого элемента И 17 не перекрьшаются или перекрьгеаются на время, недостаточное для срабатьюания счетного триггера 10. В результате этого частота задающего генератора 6 не изме- няется.

0

5

0

5

0

5

5

В промежуток времени должна попать как минимум двпульса, соответствующих моменрехода входного сигнала черевое значение. Следовательно, ность этого промежутка будет

или больше времени 2.

- - - , л.

- максимальней период

f

синусоидального сигнала.

т

Таким образом, в цифровом фазометре минимальное время устранения кратности частот входного сигнала и сигнала заданнцего генератора составляет два периода входного сигнала перед началом каждого цикла измерения, что позволяет исключить вьщачу ложных результатов, а также упрощена конструкция за- счет исключения из известного фазометра запоминающего блока, блока сравнения кодов и реверсивного счетчика.

ормула

изобретения 35

10 15 20 30 35 40

Цифровой фазометр с постоянным измерительным временем, содержащий первый и второй формирователи, первый триггер с раздельным запуском, первый и второй элементы И, времязадаю- щий делитель, задающий генератор, счетчик, блок, синхронизации, счетный триггер, причем выходы формирователей соединены соответственно с входами раздельного запуска первого триггера, выход первого триггера соединен с первым входом первого эле-, мента И, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, вход управления которого подключен к выходу счетного триггера и входом времязадающего делителя, выход которого соединен с первым входом блока

5

синхронизации и одним входом второго элемента И, другой вход которого подключен к выходу первого элемента И, а выход второго элемента И соединен со счетньм входом счетчика, вход управления которого подключен к первому вькоду блока синхронизации, отличающийся тем, что, с целью повьппения быстродействия при анализе 1 ратности частот входного сигнала и сигнала задающего генератора и упрощения конструкции, в него введены третий и четвертьй элементы И, пер- 5 вый и второй элементы задержки, второй и третий триггеры с раздельным запуском и третий формирователь, причем один вход третьего элемента И соединен с выходом первого фор- 0 мирователя, второй вход подключен к второму выходу блока синхронизации, а выход соединен с одним входом четвертого элемента И, с входом первого элемента задержки и с первым входом второго триггера раздельного запуска, второй вход которого подключен к третьему выходу блока синхронизации, выход второго триггера с разъемным запуском сое- 0 динен с входом третьего формирователя, выход которого подключен к входу запуска задающего генератора и входу второго элемента задержки, выход которого подключен к первому 35 входу третьего триггера раздельного запуска, второй вход которого соединен с выходом первого элемента задержки, при этом другие входы четвертого элемента И соединены соот- 40 ветственного с выходом третьего триггера с раздельным запуском и выходом задающего генератора, а выход- с входом счетного триггера.

д е ж д

и к

Изобретение может быть использовано в измерительной технике. Целью изобретения является повьппение быстродействия при анализе кратности частот входного сигнала и сигнала задающего генератора и упрощение фазометра. Поставленная цель достигается введением в фазометр последовательно соединенных элемента И 11, триггера 13, формирователя 15, элемента 16 задержки, триггера 14 и элемента И 17, второй вход которого соединен с входами элемента 12 задержки и триггера 13, а выход элемента 12 задержки соединен с вторым входом триггера 14. Указанная совокупность позволяет обеспечить время устранения кратности частот входного сигнала и сигнала задающего генератора не более двух периодов входного сигнала перед началом каждого измерения. Фазометр содержит также формирователи 1 и 2, триггер 3 с раздельным запуском, элементы И 4 и 5, задающий генератор 6, время- задающий делитель 7 частоты, счетчик 8, блок 9 синхронизации и счетный триггер 10. 2 ил. s «5 (Л с е Х

Фие.2