Цифровой фазометр Советский патент 1991 года по МПК G01R25/08 

сл

С

Изобретение относится к устройствам многоцикловых измерений сдвига фаз в условиях амплитудных и фазовых флуктуации между двумя периодическими сигналами. Цель изобретения - расширение области применения и повышение надежности работы. Достигается путем введения в устройство формирующих блоков 1. 2 преобразователей 4, 5, сдвиг фаз - временной интервал, формирователя 6 квантующих импульсов, элемента 8 2И-ИЛИ арифметического блока 16, блока 17 сравнения, блока 18 памяти и образования новых функциональных связей Кроме того, устройство содержит генератор 3 тактовых импульсов, блок 7 управления, счетчик 9 долей фазового цикла, блок 10 памяти, инвертор 11, блок 12 сравнения, элементы 13, 14, реверсивный счетчик 15 1 ил.

Изобретение относится к устройствам многоцикловых измерений сдвига фаз в условиях амплитудных и фазовых флуктуации между двумя периодическими сигналами.

Цель изобретения - расширение области применения и повышение надежности работы.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит два формирующих блока 1, 2, генератор 3 тактовых импульсов (ГТИ), два преобразователя 4, 5 - сдвиг фаз - временной интервал, формирователь 6 квантующих, импульсов, блок 7 управления (БУ), элемент 8 2 х 2И-ИЛИ, счетчик 9 долей фазового цикла, первый блок 10 памяти, инвертор 11, первый блок 12 сравнения, два элемента 13. 14 2И-НЕ, реверсивный счетчик 15 целых фазовых циклов, арифметический блок (АПУ) 16. второй блок 17 сравнения, второй блок 18 памяти, при этом прямой выход первого формирователя блока 1, вход которого является первым входом устройства, соединен с первым тактовым входом первого преобразователя 4 сдвиг фаз - временной интервал, выходом соединенного с первым входом элемента 8 2х 2И-ИЛИ, а его инверсный выход соединен с первым тактовым входом второго преобразователя 5 сдвиг фаз - временной интервал, выходом соединенного с третьим входом элемента 8 2 х 2И-ИЛИ, выход которого соединен с счетным входом счетчика 9 долей фазового цикла, прямой выход второго формирующего блока 2, вход которого является вторым входом устройства, соединен с вторым счетным входом первого преобразователя 4 сдвиг фаз - временной интервал, а его инверсный выход соединен

о

00 00

00

ю

с вторым счетным входом второго преобразователя 5 сдвиг фаз - временной интервал и вторым входом блока 7 управления, первый вход которого соединен с выходом генератора 3 тактовых импульсов и входом формирователя 6 квантующих импульсов, первый и второй выходы которого соединены соответственно с вторым и четвертым входами элемента 8 2 х 2И-ИЛИ, информационные выходы счетчика 9 долей фазового цикла соединены с соответствующими входами данных первого блока 10 памяти, входами данных второго блока 17 памяти и входами первой группы входов первого блока 12 сравнения, а его вход сброс соединен с первым выходом блока 7 управления, третий вход которого соединен с шиной предустановки устройства, входами сброс первого блока 10 памяти, второго блока 17 памяти, входом разрешения записи реверсивного счетчика 15 целых фазовых циклов, старший разряд выходов первого блока 10 памяти соединен с входом инвертора 11, выходом соединенного с соответствующим входом второй группы входов блока 12 сравнения, остальные входы второй группы которого соединены с соответствующими выходами первого блока 10 памяти, первый выход первого блока 12 сравнения соединен с первым входом первого элемента 13 2И-Н Е, выходом соединенного с суммирующим входом реверсивного счетчика 15 целых фазовых циклов, вычитающий вход которого соединен с выходом второго элемента 14 2И-НЕ, первый вход которого соединен с вторым выходом первого блока 12 сравнения, а его второй вход соединен с вторым входом первого элемента 13 2И-НЕ и вторым выходом блока 7 управления, третий выход которого соединен с входами сброс первого преобразователя 4 и второго преобразователя 5 сдвиг фаз - временной интервал, а его четвертый выход соединен с входом записи первого блока 10 памяти, младший разряд входа данных предустановки реверсивного счетчика 15 целых фазовых циклов соединен с шиной лог. 1, старшие входы данных предустановки - с общей шиной, а его информационные выходы соединены с соответствующими входами первых групп входов данных арифметического блока 16, второго блока 17 сравнения, входы данных второй группы которого соединены с общей шиной, а его выход больше соединен с младшим разрядом входов второй группы данных арифметического блока 16, остальные старшие разряды второй группы входов данных которого соединены с общей шиной, а его информационные выходы соединены с соответствующими старшими раз рядами входов данных второго блока 18 памяти, вход записи данных которого соединен с пятым выходом блока управления, а его выходы являются выходами устройства.

Устройство работает следующим образом, Входные периодические сигналы,

между которыми измеряется сдвиг фаз, преобразуются в прямоугольные сигналы формирующими блоками 1 и 2. Первый преобразователь 4 сдвиг фаз - временной интервал управляется импульсами привязки к положительным нуль-переходам, второй преобразователь 5 сдвиг фаз временной интервал рг управляется импульсами привязки к отрицательным нуль-переходам. Достоинство двухполупериодного фазометра в том, что при наличии ухода нулевой линии импульсы с выходом управляемых преобразователей будут иметь различные длительности, однако их среднее значение ty ( )/2 остается

постоянным и пропорциональным преобразуемому фазовому сдвигу. Схемы преобразователей 4, 5 обладают антизвонным эффектом, что является существенным при сильной зашумленности входных сигналов.

Квантование интервалов (р осуществляется в схемах совпадения элементов 8 2 х 2И- ИЛИ импульсами, сдвинутыми относительно ,руг друга на полупериод и формируемые формирователем квантующих импульсов ФКИ 6. Это необходимо из-за перекрытия во времени квантуемых интервалов и рг при углах, больших 180°. В зоне перекрытия на счетный вход счетчика 9 поступают короткие импульсы

удвоенной частоты генератора тактовых импульсов ГТИ 3. На выходе счетчика 9 формируется код, соответствующий сдвигу фаз в пределах одного цикла. С помощью блоков, элементов 10-15 производится счет целых

фазовых циклов. Для этого предыдущее значение сдвига фаз .определяемое кодом на выходе счетчика 9, перезаписывается в первый блок 10 памяти, после чего счетчик 9 сбрасывается в О и в него записывается

следующее значение сдвига фаз pi+i. По значениям р и производится принятие решения о наличии перехода в прямом через 0 или обратном через 360° направлении, при этом предполагается, что изменение

сдвига фаз за время между измерениями не превышает 180°. Принятие решения о переходе происходит следующим образом. Пусть . Если pi- 180° фиксируется, переход границы цикла в

прямом направлении - через 360°. Если yji+t 180°, переход отсутствует Пусть теперь pi 180°. В этом случае производится сравнение углов рн-1 и уч+ 180°. Если (pi+ 180°, фиксируется переход границы цикла в обратном направлении - через О. Если pt+1 fr + 180° переход отсутствует. Сравнение углов ( и р ± 180° производится блокам 12, реализуемого в схемах сравнения. Операция сложения + 180° и вычитания fir 180° осуществляется путем подачи на блок 12 старшего разряда выходов данных блока 10 через инвертор 11. В зависимости от результатов сравнения /7i+i и pi ± 180° на соответствующем входе или первого блока 12 сравнения формируется лог. 1, которая дает разрешение прохождения импульса записи от блока 7 управления через элементы 14 или 13, 2И- НЕ. При прямом переходе границы цикля импульс записи формируется на первом счетном входе сложения, а в обратном направлении - на втором счетном входе вычитания реверсивного счетчика 15 целых фазовых циклов. При отсутствии переходов импульсы записи не формируются. Перед началом измерений командой предустановки ПУ производится установка фазометра в исходное состояние, при этом на выходе реверсивного счетчика 15 устанавливается код, соответствующий 1. Для этого на вход данных Д1 предустановки этого счетчика постоянно подается лог. 1. Такая предустановка необходима для того, чтобы исключить ложные измерения в начале работы фазометра. Если переход границы цикла происходит в обратном направлении при нулевом состоянии счетчика 15 целых циклов, то результат измерений будет соответствовать коду, состоящему из одних 1, что будет являться неверным измерением.

Компенсация кода предустановки производится методом вычитания 1 из текущего значения кода сдвига фаз на выходе реверсивного счетчика 15 целых фазовых циклов, который подается на первые входы арифметического блока (АЛУ) 16, работающего в режиме вычитания, на вторые входы которого подается код, соответствующий 1. Результаты измерений в пределах фазового цикла и целых фазовых циклов записываются в блок 18 регистровой памяти, использование которого необходимо для устранения неоднозначности,возникающей из-за неодновременности этих измерений. Синхронизирует работу устройства блок 7 управления, который включает триг- герный делитель частоты на 2 и распределитель импульсов. Для одного измерения

сдвига фаз фазометром требуется, в общем случае, больше одного периода входною сигнала, В первом периоде измеряется сдвиг фаз в пределах одного фазового цикла, во втором - производится измерение целых фазовых циклов, при этом с выхода БУ 7 формируется сигнал блокировки следующего измерения сдвига фаз в пределах одного фазового цикла для сохранения кода

на выходе счетчика 9, используемого для подсчета целых циклов.

Второй блок 17 сравнения кодов предназначен для формирования лог. 1 или лог. О на входе младшего разряда второй

группы входов арифметического блока 16. Когда код на выходе счетчика 15 больше 1, происходит вычитание из этого кода 1 арифметическим блоком 16, т.е. происходит компенсация кода предустановки. При нулевом

коде на выходе счетчика 15 (ситуация, которая может возникнуть в начале работы устройства, когда переход границы фазового цикла происходит в обратном направлении через 360°) на выходе больше блока 17

формируется лог. О и вычитания 1 из выходного кода счетчика 15 не происходит, поэтому на выходе блока 16 будет нулевой код. соответствующий истинному значению количества целых фазовых циклов для дэнного случая.

Использование предлагаемого устройства по сравнению с прототипом позволяет расширить область применения фазометра за счет включения в результаты измерений

долей фазового цикла и повысить надежность устройства за счет введения предуста- новки реверсивного счетчика целых фазовых циклов в состояние, отличное от нулевого на его выходах данных перед началом измерений с последующей коррекцией результатов измерений в процессе работы устройства.

45

Формула изобретения

Цифровой фазометр, содержащий генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом блока управле- ия, счетчик долей фазового цикла, выхода0 ми соединенный . с соответствующими входами блока памяти и первой группой входов блока сравнения, первый выход которого соединен с первым входом первого элемента 2И, а второй - с первым входом

5 второго элемента 2И, выходом соединенного с вычитающим входом реверсивного счетчика целых фазовых циклов, суммирующий вход которого соединен с выходом первого элемента 2И, первый выход блока управления соединен с входом сброс счетчика долей фазового цикла, в второй - с вторыми входами первого и второго элементов 2И, старший разряд выходов блока памяти соединен с входом инвертора, выходом соединенного с соответствующим входом второй группы входов блока сравнения, остальные входы второй группы которого соединены с соответствующими выходами блока памяти, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения и повы- шения надежности, в него введены два формирующих блока, два преобразователя сдвиг фаз - временной интервал, формирователь квантующих импульсов, элемент 2 х 2И-ИЛИ, арифметический блок, второй блок сравнения, второй блок памяти, при этом прямой выход первого формирующего блока, вход которого является первым входом фазометра, соединен с первым входом первого преобразователя сдвиг фаз - времен- ной интервал, выходом соединенного с первым входом элемента 2-х 2И-ИЛИ, инверсный выход первого формирующего блока соединен с первым входом второго преобразователя сдвиг фаз - временной ин- тервал, выходом соединенного с третьим входом элемента 2-х 2И-ИЛИ, выход которого соединен с счетным входом счетчика долей фазового цикла, прямой выход второго формирующего блока, вход которого явля- ется вторым входом фазометра, соединен с вторым входом первого преобразователя сдвиг фаз - временной интервал, а инверсный выход второго формирующего блока соединен с вторым входом блока управления и вторым входом второго преобразователя сдвиг фаз - временной интервал, вход

сброс которого соединен с входом сброс первого преобразователя сдвиг фаз - временной интервал и третьим выходом блока управления, первый вход.которого соединен с входом формирователя квантующих импульсов, первый и второй выходы которого соединены соответственно с вторым и четвертым входами элемента 2-х 2И-ИЛИ, третий вход блока управления соединен с шиной предустановки фазометра, входами сброс первого и второго блоков памяти и входом разрешения записи реверсивного счетчика целых фазовых циклов, младший разряд входа данных предустановки которого соединен с шиной лог. 1, а остальные разряды входов данных предустановки соединены с общей шиной, информационные выходы реверсивного счетчика целых фазовых циклов соединены с соответствующими входами первых групп входов арифметического блока и второго блока сравнения, вторая группа входов которого соединена с общей шиной, а его выход соединен с младшим разрядом второй группы входов арифметического блока,остальные входы второй группы которого соединены с общей шиной, а его информационные выходы соединены с соответствующими старшими разрядами входов данных второго блока памяти, младшие разряды входов данных которого соединены с соответствующими выходами счетчика долей фазового цикла, вход записи данн1 первого блока памяти соединен с четвертым выходом блока управления, пятым выходом соединенного с входом записи данных второго блока памяти, выход которого является выходом устройства.

Пп

Выход