Цифровой фазометр для измерения среднего значения сдвига фаз Советский патент 1990 года по МПК G01R25/08 

Фиг./

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, а именно к устройствам измерения среднего значения сдвига фаз между двумя сигналами с использованием подсчета стандартных импульсов.

Цель изобретения - повышение точности и достоверности измерения среднего значения сдвига фаз.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства; на фиг„2 и 3 - временные диаграммы напряжений входных и преобразованных сигналов

Цифровой фазометр содержит первый и второй формирователи 1 и 2, первый- четвертый триггеры 3-6, первый и второй элементы И 7 и 8, первый-третий ключи 9-11, генератор 12 квантующих

с третьими входами ключей 9 и 19 и вторым входом ключа 10, третий вход которого подключен к инверсному выходу триггера 5, прямой выход которого подключен к второму входу ключа 11 и третьему входу элемента И 8, выход этого элемента И через второй вход триггера 6 подключен к третьему входу ключа 11 и четвертым входам ключей 9 и 19

Фазометр работает следующим образом.

Опорное и исследуемое синусоидальное напряжение поступает на входы формирователей 1 и 2 (фиг.2а,б), которые в моменты перехода напряжений через нуль формируют прямоугольные импульсы (фиг о 2в, г) о При этом импульсы второ

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, в частности к устройствам измерения среднего значения сдвига фаз между двумя сигналами с использованием подсчета стандартных импульсов. Изобретение позволяет повысить точность измерения сдвига фаз. Для достижения этой цели в фазометр введены инвертор 17, тригер 18, ключ 19, счетчик импульсов 20, два обнаружителя сбоев 21 и 22, позволяющие корректировать результат измерения, зафиксированный в арифметическом блоке 16. Кроме того, фазометр содержит формирователи 1 и 2, триггеры 3, 4, 5 и 6, элементы И 7 и 8, ключи 9, 10 и 11, генератор квантующих импульсов 12, счетчик-делитель 13, счетчики импульсов 14 и 15. 3 ил.

импульсов (ГКИ), счетчик-делитель 13, jg го формирователя дополнительно инвер30

35

первый и второй счетчики 14 и 15 импульсов } арифметический блок 16, инвертор 17, триггер 18, ключ 19, счетчик 20 импульсов, первый и второй обнаружители 21,22 сбоев 25

При этом выход первого формирователя 1 подключен к первым входам триггеров 3 и 18, элементов И 7 и 8, обнаружителей 21,22 сбоев, причем выходы первого и второго обнаружителей сбоев подключены к первому и второму входу арифметического блока 16, выход которого соединен с первыми входами триггеров 4-6 и вторыми входами обнаружителей 21 и 22 сбоев. Третий вход первого обнаружителя 21 сбоев соединен с вторым входом триггера 3, выходом второго формирователя 2 и через инвертор 17 с третьим входом второго обнаружителя 22 сбоев и вторым входом триггера 18, выход которого подключен через первый вход ключа 19 и счетчик 20 к третьему входу арифметического блока 16. Аналогично выход триггера 3 через первый д§ вход ключа 9 и счетчик 14 подключен к четвертому входу арифметического блока 16, пятый вход которого через выход счетчика 15 соединен с выходом ключа 11, первый вход которого соединен с вторыми входами ключей 9,19, выходом ГКИ 12, первым входом ключа 10, выход которого подключен через счетчик-делитель 13 к второму входу триггера 5, с вторыми входами элементов И 7 и 8, причем третий вход элемента И 7 соединен с инверсным выходом триггера 4, а выход его через второй вход и прямой выход триггера 440

50

55

тируются инвертором 17 (фиг.2д). Импульсы с выходов формирователей 1 и 2 поступают на входы триггера 3, а импульсы с формирователя 1 и инвертора 17 - на входы триггера 18. Импульсы опорного напряжения с выхода формирователя 1 поступают также на первые входы элементов И 7 и 8„ После подачи импульса сброса с арифметического блока 16 на первые входы триггеров 4-6 и вторые входы обнаружителей 21 и 22 сбоев устройство устанавливается в исходное состояние для проведения одного цикла измерения среднего значения разности фаз. За период измерения элемент И 7 в исходном состоянии открыт по своему третьему входу потенциалом с выхода триггера 4, элемент И 8 закрыт по своему третьему входу потенциалом с триггера 5, ключи 9-11, 19 также закрыты в исходном состоянии. Квантующие импульсы с выхода генератора 12 квантующих импульсов поступают на вторые входы элементов И 7 и 8, на первый вход ключа 10, При совпадении во времени импульса опорного напряжения с квантующим импульсом срабатывает элемент И 7, выходной импульс которого перебрасывает триггер 4, открывающий ключи 9,10,19, блокирующий на время измерения элемент И 70 Через открытые ключи 9 и 19 на входы счетчиков 14 и 20 соответственно начинают поступать квантующие импульсы, сгруппированные в пачки, длительность которых пропорциональна и (f для счетчика 14 и пропорциональна Дци-180 для счетчика 20 (фигс2е,ж соответственно

g го формирователя дополнительно инвер0

5

5

§

0

0

5

тируются инвертором 17 (фиг.2д). Импульсы с выходов формирователей 1 и 2 поступают на входы триггера 3, а импульсы с формирователя 1 и инвертора 17 - на входы триггера 18. Импульсы опорного напряжения с выхода формирователя 1 поступают также на первые входы элементов И 7 и 8„ После подачи импульса сброса с арифметического блока 16 на первые входы триггеров 4-6 и вторые входы обнаружителей 21 и 22 сбоев устройство устанавливается в исходное состояние для проведения одного цикла измерения среднего значения разности фаз. За период измерения элемент И 7 в исходном состоянии открыт по своему третьему входу потенциалом с выхода триггера 4, элемент И 8 закрыт по своему третьему входу потенциалом с триггера 5, ключи 9-11, 19 также закрыты в исходном состоянии. Квантующие импульсы с выхода генератора 12 квантующих импульсов поступают на вторые входы элементов И 7 и 8, на первый вход ключа 10, При совпадении во времени импульса опорного напряжения с квантующим импульсом срабатывает элемент И 7, выходной импульс которого перебрасывает триггер 4, открывающий ключи 9,10,19, блокирующий на время измерения элемент И 70 Через открытые ключи 9 и 19 на входы счетчиков 14 и 20 соответственно начинают поступать квантующие импульсы, сгруппированные в пачки, длительность которых пропорциональна и (f для счетчика 14 и пропорциональна Дци-180 для счетчика 20 (фигс2е,ж соответственно).

Кроме того, квантующие импульсы через ключ 10 начинают поступать на вход счетчика-делителя 13 с коэффициентом деления, равным К, который формирует время измерения t,. К«Т , т.е. вреЯ Jr4Q О

мя измерения tH3Aie постоянно и выбрано заранее (фиг.2з). Выходной импульс счетчика-делителя частоты, появившийся через время, равное tM,MO, после

срабатывания элемента И 7 перебрасывает триггер 5, закрывая ключ 10 и открывая ключ I1. Элемент И 8 также открывается по своему второму входу потенциалом с выхода триггера 5. Через открытый ключ 11 на вход счетчика 15 начинают поступать квантующие импульсы. При совпадении во времени импульса опорного напряжения с квантующим импульсом срабатывает элемент И 8, выходной импульс которого перебрасывает триггер 6, тем самым закрываются ключи 9,11,19, прекращая доступ квантующих импульсов в счетчики 14,15,20. Таким образом в счетчи- ках 14,20,15 фиксируются соответственно коды т, р, п, причем код п соответствует временному интервалу dtH3M между концом времени измерения tH3M и срабатыванием элемента И 8 при совпадении импульса опорного напряжения с квантующим импульсом. Суммарное время измерения фазометра находится из выражения tM3Mo + Л1аз/1Л ,

Код А соответствует времени t

изм

и равен , где К - код, соответствующий времени измерения t цз/л Сдвиги фаз вычисляются в арифметическом блоке 16 по формулам

u -JJL, i K+n

360

(1)

ЧТ -К+п 360°-180°-(2)

I

Импульсы с первого и второго формирователей 1 и 2 поступают также на первый и третий входы первого обнаружителя 21 сбоев соответственно, а с первого формирователя 1 и инвертора 17 - на первый и третий входы второго обнаружителя 22 сбоев Обнаружители 21 и 22 сбоев производят анализ сбоевых ситуаций, заключающийся в следующем. При поступлении на вход формирователей 1 и 2 двух чистых г синусоидальных сигналов, сдвинутых по фазе (фиг,2а,б), на их выходах формируются прямоугольные импульсы. При этом импульсы, поступающие на входы триг

15

20

10

25

гера 3 или триггера 18, поступают в строго определенной погледовательнос- ти, т.е. положительнымь фронтами импульсов опорного сигнала триггеры 3 и 18 открываются, а положительными фронтами импульсор фазных сигналов закрываются. Импульсы, формируемые триггерами, будут пропорциональны по длительности фазовым сдвигам меж ду входными сигналами. При воздействии на входные сигналы шумовой помехи возможны смещения моментов переходов через нуль входных напряжений (фиг,3а,б). При этом при фазовых сдвигах, близких к 0 или 3€0° для триггеров 3 и близких к 180° для триггера 18, возможно нарушение порядка поступления открывающих и закрывающих фронтов импульсоз (фиг.Зв,г), из-за чего триггерами 3 или 8 производится формирование импульсов, длительность которых уже не пропорциональна по длительности фазовому сдвигу между входными сигналами,что приводит к появлению значительной погрешности, которая будет зависеть от времени измерения t , частоты входного сигнала, числа подобных

30 сбоев за время измерения t WJM . Таким образом обнаружители 21 и 22 сбоев производят анчлиз последовательности поступления открывающих и закрывающих импульсов, поступающих

,, на триггер 3, и открывающих и закрывающих импульсов, поступающих на триггер 18. Если посту тают на входы обнаружителя сбоев сразу два открывающих либо два закрывающих импульса, обнаружитель сбоев фиксирует это. При этом на входы арифметического блока 16 поступают сигналы Если сбой зафиксирован в одном из обнаружителей сбоев, то арифметический блок обсчитывает данные, для которых сбой не зафиксирован; если сбои не зафиксированы,во внимание могут быть приняты оба значения сдвигов фаз и if 2 , вычисленные по формулам (I) и

50 (2); если сбои зафиксированы в обоих Обнаружителях сбоев, то полученный комплект данных за данное время изме4С

45

рения tHJ„ может быть отбракован.

Таким образом, устройство позволяет повысить точность и достоверность измерения среднего значения разности фаз между двумя входными синусоидальными сигналами.

Формула изобретения

Цифровой фазометр для измерения среднего значения сдвига фаз по авт. св. № 76 Ј35 отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности измерения сдвига фаз, в него введены инвертор, триггер, ключ, счетчик импульсов, два обнаружителя сбоев, при этом выход первого формирователя подключен к первым входам первого и второго обнаружителей сбоев и к первому входу триггера,«выход которого подключен к первому входу ключа, второй вход ключа подключен к выходу генератора квантующих импульсов, третий вход - к первому выходу втррого триггера, четвертый вход - к

Фие.2

выходу третьего триггера, а выход этого ключа через счетчик импульсов подключен к первому входу арифмети- - ческого блока, второй и третий входы которого подключены к выходам первого и второго обнаружителей сбоев соответственно, при этом второй вход второго обнаружителя сбоев соединен

с вторым входом первого триггера и выходом инвертора, вход которого связан с выходом второго формирователя и вторым входом первого обнаружителя сбоев, при этом третьи входы первого

5 и второго обнаружителей сбоев соединены с первыми входами второго, третьего, четвертого триггеров и выходом арифметического блока.

Редактор М.Циткина

Составитель А.Орлов

Техред М.Ходанич Корректор В.Гирняк

Заказ 1158

Тираж 546

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г.Ужгород, ул. Гагарина,101

Фиг.З

Подписное