Цифровой фазометр Советский патент 1991 года по МПК G01R25/00 

SS

(Л

сумматоры 6-9, блок 10 управления, включающий триггеры П.- 14, элемент И 15, инвертор 16, задающий генератор 17,времязадающий блок 18,одновиб- раторы 19 и 20,блок 21 задания максимального кода, блок 22 вычитания, инвертор 23 знака, блок 24 выборки, регистр 25 памяти, блоки 26 и 27 фор

мирования квантующих импульсов,содержащие элементы 28 - 31, и блоки 32 и 33 измерения, содержащие счетчики 34 - 37 и блоки 38 и 39 вычитания. Цель достигается за счет устранения зон нечувствительности путем исключения неопределенных состояний управляющих элементов. 10 кл.

Изобретение может быть использовано для измерения сдвига баз при несимметричных ограничениях гармонических сигналов. Цель изобретения - повышение точности измерения сдиига фаз. Цифровой фазометр содержит усилители-ограничители I и 2, инвертор 3, Е-триггсры 4 и 5, полу

30

35

Изобретение относится к технике адиоизмерений и предназначено для 15 змерения сдвига фаз при несимметричых ограничениях гармонических сигнаов.

Целью изобретения является повышеие точности измерения сдвига фаз. 20

На фиг.1 изображена функциональная схема цифрового фазометра; на фиг.2 - пример выполнения времяэа- дающего блока; на фиг. 3 - пример выполнения блока задания максимально- 25 го кода; на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие работу цифрового фазометра; на фиг. 5 - характеристики основного и дополнительного каналов измерения и способ коррекции результата измерения; на фиг. 6 и 7 - временные диаграммы формирования дополнительных последовательностей на Е-триггерах; на фиг.8 - характеристика цифрового фазометра с провалом вблизи 180:; на фиг. 9 и 10 - временные диаграммы, поясняющие работу блока управления при наличии и отсутствии дополнительной последовательности на соответствующем Е-триггере. Цифровой (Ьазометр содержит усилители-ограничители 1 и 2, инвертор 3, Е-триггеры 4 и 5, полусумматоры 6 - 9, блок 10 управления, содержащий первый 11, второй 12, третий 13 и четвертый 14 триггеры, элемент И 15 и инвертор 16, задающий генератор 17, времязадающий блок 18, одновибрато- ры 19 и 20, блок 21 падания максимального кода, 22 вычитания,ин- Q вертор 23 знака, блок 24 выборки, регистр 25 памяти, блоки 26 и 27 Формирования квантующих импульсов,выполненные на элементах И 28 - 31, и блоки 32 и 33 измерения, выполненные соответственно на счетчиках 34,35 и 36, 37 и блоках 38 и 39 вычитания.

Выход усилителя-ограничителя 1 соединен с входами установки Е-триг40

45

55

0

5

0

5 Q

0

5

5

геров 4 и 5 и первыми входами полусумматоров 6 и 3. Выход усилителя- ограничителя 2 соединен с входом обнуления Е-триггера 4, первым входом полусумматора 9 и входом инвертора 3, выход которого соединен с входом обнуления Е-триггера 5 и первым входом полусумматора 7. Инверсный выход Е-триггера 5 соединен с тактовым входом триггера .являющимся первым входом блока 10 управления. Прямые выходы Е-триггеров 4 и 5 соединены соответственно с вторыми входами полусумматоров 6 и

7и вторыми входами полусумматоров

8и 9. Прямой зыход Е-триггера 5 соединен также с тактовым входом триггера 13, являющимся вторым входом блока 10 управления. Выходы триггеров

12 и 13 через элемент И 15 соединены с информационным входом триггера 14. Выходы полусумматоров 6-9 соединены соответственно с первыми входами элементов И 28,29 и 30,31 блоков 26 и 27 формирования квантующих импульсов, вторые входы которых соединены между собой, выходом задающего генератора 17 и входом время- задающего блока 18, выход которого соединен с входом одновибратора 19, третьими входами элементов И 28 - 31, с входом обнуления триггера 11,являющимся входом стробирования блока 10 управления, и через инвертор 16 с тактовым входом триггера 14.

Выход триггера 11 соединен с входами обнуления триггеров 12 и 13.

Выходы элементов И 28 и 29 блока 26 формирования квантующих импульсов соединены со счетными входами счетчиков 34 и 35 блока 32 измерения, выходы которых соединены соответственно с входами блока 38 вычитания, а выходы элементов И 30 и 31 блока 27 формирования квантующих им- пульсои соединены со счетными входами счетчиков 36 и 37 блока 33 измерения, выходы которых соединены соответственно с входами блока 39 вычи тания.

Входы обнуления счетчиков 34 - 37 соединены с входом обнуления триггера 14, являющимся входом обнуления блока 10 управления, тактовым входом триггера 11 и выходом одновибратора 20, вход которого соединен с выходом одновибратора 19 и тактовым входом регистра 25 памяти, информационный вход которого соединен с выходом блока 24 выборки, селектирующий вход которого соединен с выходом триггера 14, являющимся выходом блока 10 управления. Информационный выход блока 33 вычитания блока 32 измерения соединен с первым ьходом блока 22 вычитания, второй вход которого соединен с выходом блока 21 задания максимального кода, а ныход - с первым входом блока 24 выборки, второй вход которого соединен через инвертор 23 знака со знаковым выходом блока 38 вычитания, а третий и четвертый входы - соответственно с информационным и знаковым выходами блока 39 вычитания блока 33 измерения.

Времязадающий блок 13 (фиг. 2s может быть выполнен на сдвигающем счетчике 40 с разрядностью п и RS- триггере 41, причем первый выход сдвигающего счетчика 40 соединен с входом установки, а к-й выход - с входом обнуления КЗ-триггера 4).

Блок 21 задания максимального кода (фиг.З) может быть выполнен как набор ключей 42 с подавлением дребезга.

Триггеры 11-14 могут быть выполнены как D-триггеры, причем на информационна входы триггеров 1 1 - 13 постоянно подается логическая 1.

Цифровой фазометр работает следующим образом.

Гармонические сигналы (на иг.4а, б) поступают на входы усилителей- ограничителей 1 и 2, с выходов которых снимаются прямоугольные импульсы (на фиг.4в,г), фронты которых совпадают с моментом пересечения гармоническими сигналами порого- вого уровня усилителей-ограничителей и 2.

Импульсы с выхода усилителя-ограничителя 1 поступают на входы установки Е-триггеров 4 и 5 и первые входы полусумматоров 6 и 8. Импульсь с выхода усилителя-ограничителя 2 поступают на вход обнуления Е-триггера 4, первый вход полусумматора 9 и вход инвертора 3, с выхода которого импульсы (фиг.4е) поступают на вход обнуления Е-триггера 5 и первый вход полусумматора 7.

При этом на выходах Е-триггеров 4 и i образуется первая и вторая дополнительные последовательности импульсов (фиг.4ж,з).У первой дополнительной последовательности (сЬиг.ж) положительный фронт импульса фооми- pyeTLfl положительном фронтом, а отрицательный фронт импульсе - отрицательным фронтом импульса опережающем по фазе последовательности импульсов, поступающих с выходов усилн гелей--огр1ничителей 1 и 2. У второй л-полнитетьной последовательности риг.4ч) положительным фронт импульса формируется положительным гЬронтом а отрицательней фронт импулнса - от- рипатепьны -: фронтом импульса отстающей по фазе последовательности им- .упьсов, поступаютшх с выходов усилителей-ограничителей I и 2. При помощи полусумматоров 6-9 первую дополнительную последовательность сум- по ьодулю два с импульсной госледовательнос г -,ю с выхода усилителя-ограничителя 1 и инверсной импульсной последовательностью с усилителя-ограничителя I, а вторую дополнительную импульсную последовательность суммируют по модулю два с импульсными последовательностями с выходов усилитетб й-ограничителей 1 и .2 соответственно.

Полученные импульсные последовательности поступают соответственно на первые входы элементов И 28,29 и 30, 3/ блоков 26 и 27 формирования квантующих импульсов, где заполняются импульсами высокой частоты задающего генератора 17 в течение действия импульса стробирования (фиг.4 и), задаваемого времязадающим блоком 18 (фиг.4 к,л,м,н). С выходок блоков 26 и 27 формирования квантующих импульсов пачки импульсов поступают на счетные входы счетчиков 34, 35 и 36, 37 блоков 32 и 33 измерения.

На выходе блока 38 вычитания образуется код, соответствующий модулю и знаку фазового сдвига между импульсыми последовательностями на выхоах усилителя-ограничителя 1 и инверора 3, а на выходе блока 39 вычита- ия - на выходах усилителей-ограничи- с елей 1 и 2. При этом характеристика азометра на выходе блока 32 измереия сдвинута относительно характеристики на выходе блока 33 измерения на 180°(фиг.5а,б).Ю

Для коррекции результата, получаемого с выходов блока 32 измерения, код, соответствующий модулю разности фаз, вычитается с помощью блока 22 вычитания из максимального кода, за- 15 даваемого ключами 42 блока 21 задания максимального кода (фиг.Зв), а код, соответствующий знаку, инвертируется с помощью инвертора 23 знака. По управляющему сигналу, поступающему с 20 выхода блока 10 управления, блок 24 выборки пропускает код результата измерений с выхода блока 33 измерения или код скорректированного результата измерения с блока 26 на ин- 25 формационный вход регистра 25 памяти.

Длительность импульса стробирова- ния (фиг.4и) формируется равной требуемому времени измерения с помошью 30 RS-триггера 4) времязадающим блоком 18 как интервал между появлением импульсов на первом и К-м выходах сдвигающего счетчика 40. За время,равное интервалу между появлением импульсов - на К-м и n-м выходах сдвигающего счетчика 40, на одновибраторе 49 формируется тактовый импульс, с помощью которого результат измерения переписывается в регистр 25 памяти, 0 а на одновибраторе 20 - импульс,обнуляющий счетчики 34 - 37 блоков 32 и 33 измерения, блок 10 управления и приводящий схему фазометра в исходное состояние.45

При фазовых сдвигах гармонических сигналов (фиг.6а,б), близких к 0 и 180 , из которых формируется последовательность прямоугольных импульсов (фиг.6в,г), возможна ситуация,когда , дополнительная последовательность не формируется на одном из Е-триггеров 4 и 5 (фиг.6д,е), тогда дополнительная последовательность должна формироваться на другом Е-триггере.

При формировании выходного сигнала блока 10 управления, подаваемого на селектирующий вход блока 24 выборки, пропускающего на вход регистра

25 памяти результат измерения с выхода блока 39 вычитания блока 33 измерения или скорректированный результат измерения с выхода блока 22 вычитания и инвертора 23 знака.которые формируются из выходных сигналов усилителей-ограничителей 1 и 2 (фиг.7а,б), возможно появление ситуации, когда интервал времени перекрытия Ј становится настолько мал,что соответствующий Е-триггер перестает формировать дополнительную иоследова тельность импульсов, в то же время интервал перекрытия указанных импульсов может оказаться достаточным для срабатывания блока 10 управления из-за разных порогов и времени срабатывания триггеров.

Подачл, для устранения зон нечувствительности, на входы полусумматоров 6,7 или 8,9 выходного сигнала Е-триггера 4 или 5, несформировавшего дополнительную последовательность приводит к резкому искажению результата измерения (иг.8а,б) соответствующего канат. После компенсации сдвига характеристики первого канала на 130° инвертором 23 знака,блоком 21 задания максимального кода и блоком 22 вычитания участок диапазона, где Е-триггер 5 перестает Формировать дополнительную погрешность, а блок 10 управления еще не переключался, приобретает вид узкого про- Bina на характеристике фазометра (Фиг.Зв).

В предлагаемом техническом решении импульс стробирования (Фиг.9а), вырабатываемый времязадаюшим блоком 13, обнуляет триггер 11 блока 10 управления, выходной сигнал которого (фиг.9б) снимает обнуление с триггеров 12 и 13. Если дополнительная последовательность на выходе Е-триггера 5 Формируется (фиг.пн)| то положительный Фронт импульса на прямом выходе Е-тригГера 5 (Лиг.9в) устанавливает в состояние логической 1 триггер 12 (фиг.9г), а положительный фронт импульса на инверсном выходе Е-триггера 5 (фиг.9 д) устанавливает в состояние 1 триггер 13 (фиг.9е). Если оба триггера 12 и 13 установятся в состояние 1, то чере элемент И 15 1 устанавливается на информационном входе триггера Ь (фиг.9ж). По окончании импульса стро биронлния (фиг,9а) пололителт ним

фронт инвертированного инвертором 16 импульса стробирования (фиг.9 з), подаваемого на тактовый вход триггера 14, записывает в него 1, которая с выхода триггера 14 (фиг.9и) подается на селектирующий вход блока 24 выборки, который пропускает на вход регистра 25 памяти результат с выхода блока 39 вычитания блока 33 измерения.

Если дополнительная последовательность на выходе Е-триггера 5 не Формруется (Лиг.Юа), то в течение импульса стробирования (фиг.106) по райней мере один из триггеров 12 и з не устанавливается в состояние 1, с выхода элемента И 15 на информационный вход .триггера 14 подается О (фиг.Юв). По окончании импульс стробирования (фиг.1 Об) положительный фронт инвертированного инвертором 16 импульса стробирования (фиг.Юг), подаваемого на тактовый вход триггера 14, записывает в него О, который с выхода триггера 14 подается на селектирующий вход блока 24 выборки, который пропускает на вход регистра 25 памяти скорректированный результат с выхода блока 22 вычитания и инвертора 23 знака.

Импульс с выхода одновибратора 19 (фиг.9к,фиг.1Ое) переписывает информацию с выхода блока 24 выборки в регистр 25 памяти. Импульс обнуления с выхода одновибратора 20 (фиг.9л, фиг.Юж), приводящий схему фазометра в исходное состояние,обнуляет триггер 14 (фиг.9и) блока 10 управления и поступает на тактовый вход триггера 11, записывая в него (фиг.96), которая обнуляет триггеры 12 и 13 блока 10 управления (фиг.9г,е), приводя в исходное состояние блок 10 управления.

Сравнительные испытания цифровых фазометров показали, что известный фазометр при асимметрии ограничения входных сигналов и фазовых сдвигах, близких к 130°, имеет провал на характеристике фазометра шириной 0,05-0,1°. Предлагаемое техническое решение позволяет исключить провалы на характеристике фазометра при любой асимметрии ограничения входных сигналов при любых фазовых сдвигах. Формула изобретения

Цифровой фазометр, содержащий задающий генератор, времязадающий

0

5

5

0

блок, первый и второй формирователи квантующих импульссв, первый, второй, третий и четвертый полусумматоры; первый и второй Е-триггер и, первый j и второй усилители-ограничители, регистр памяти, блок выборки, инвертор знака, блок вычитания, блок задания максимального кода, первый и второй одновибраторы, первый и второй блоки измерения, блок управления и инвертор, вход которого соединен с выходом второго усилителя-ограничителя, первым входом четвертого полусумматора и R-входом первого Е- триггера. а выход соединен с первым входом второго полусумматора и R- входом второго Е-триггера, выход которого соединен с вторыми входами третьего и четвертого полусумматоров, выходы которых соединены соответст- ВРНЧО с первым и вторым сигнальными ьходачи второго формирователя квантующих импульсов, а S-вход второго Е-триггера соединен с первыми входами первого и третьего полусумматоров, выходом первого усилителя-о раничите- ля и S-входом первого Е-триггера,выход которого соединен со вторыми входами первого и второго полусумматоров, выходы которых cot-длнены с первым и вторым сигнальными входами первого формирователя квантующих импульсов, тактовый вход которого соединен с выходом задающего генератора,входом времязадающего блока и тактовым входом второго формирователя квантующих импульсов, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым счетными входами второго блока измерения, входы пер-, вого и второго Формирователей квантующих импульсов стробирования соединены с входом стробирования блока

5 управления, выходы времязадающего блока соединены с входом первого одновибратора, выход которого соединен с тактовым входом регистра памяти, входом второго одновибратора, первый

0 и второй счетные входы первого блока измерения соединены с выходами первого формирователя квантующих импульсов, информационный выход первого блока измерения соединен с первым

5 входом блока вычитания, знаковый

выход через инвертор соединен с первым входом блока выборки, а вход обнуления соединен с входом обнуления блока управления, выходом второго

0

5

0

одновибратора и входом обнуления второго блока измерения, информационный выход которого соединен с вторым входом блока выборки, знаковый выход соединен с третьим входом блока выборки, вход управления которого соединен с выходом блока управления,выход соединен с информационным входом регистра памяти, а четвертый вход - с выходом блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом блока задания максимального кода, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, первый информационный вход блока управления соединен с прямым выходом второго Е-триггера, инверсный выход которого соединен с вторым входом блока управления, содержащего первый,

Ы

второй, третий и четвертый триггеры, элемент И и инвертор, выход которого соединен с тактовым входом четвертого триггера, а вход является входом стробирования блока управления и соединен с входом обнулений первого триггера, выход которого соединен с входами обнуления второго и третьего триггеров, тактовые входы которых являются соответственно первым и вторым информационными входами блока управления, а выходы соединены с первым и вторым входами элемента И, выход которого соединен с информационным входом четвертого триггера, выход которого является выходом блока уп- . равления, а вход обнуления соединен с тактовым входом первого триггера и является входом обнуления блока управления.

Фиг. I

42

к 22 Фиг.Ъ

V o08l

OTftflv

/

J l xfois S

oOSLI H/

$

Е2НГТ

л

h

/

r

/

7

:

/

-180

/%/л/

Фиг. 6

Фиг.7

180° Дф

180° W

Фиг.9