ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР Советский патент 1971 года по МПК G01R25/02 

Изобретение относится к области цифровой электроизмерительной техники.

Известны цифровые фазометры для измерения мгновенного значения сдвига фаз с непосредственным отсчетом сдвига фаз в градусах, время измерения которых определяется периодом входной частоты и емкостью счетчика, которая задается границами частотного диапазона и требуемой точности измерения.

Недостатком подобных устройств является то, что они не пригодны для измерения сдвига фаз в случае плавного изменения частоты входных сигналов, так как на верхних частотах диапазона, начиная с определенного значения частоты, отношение времени измерения к периоду исследуемых сигналов оказывается в несколько порядков больше, чем на низких частотах диапазона, в результате чего происходит потеря информации в измерении сдвига фаз на верхних частотах измеряемого диапазона. В случае же широкого частотного диапазона исследуемых сигналов увеличивается емкость счетчиков периода, фазы и общего двоичного счетчика импульсов, что увеличивает общее число элементов фазометра.

одним из выходов счетчика периода, а шина вычитания и счетный вход реверсивного счетчика через ту же схему управления соединены с другим выходом счетчика периода, причем, выходы триггеров реверсивного счетчика присоединены к одним входам логических схем «И, другие входы которых управляются выходами триггеров делителя частоты, а выходы логических схем «И через схему

«ИЛИ подключены к формирующему устройству.

Это позволяет повысить быстродействие в широком диапазоне частот и сократить число элементов схемы фазометра.

Блок - схема описываемого устройства представлена на чертеже.

Устройство состоит из входного формирователя 1, блока 2 управления, генератора 3 тактовой частоты, двоичного счетчика 4 импульсов сдвига фаз, двоич1ного счетчика 5 периода, общего двоичного счетчика 6 импульсов, двух блоков схем «И 7, 8, трех схем «ИЛИ 9-И, делителя 12 частоты на 360, цифрового счетчика 13 импульсов, реверсивного счетчика 14, схемы управления 15 реверсивным счетчиком, логических схем «И 16 и дели1теля 17 тактоворц частоты. Устройство работает следующим образом. Перед началом измерения все счетчики фатаиавливаются в исходное состояние. Формирователь / из входных сигналов i/i и U формируют импульсы, равные по длительности времени запаздывания (опережения) одного входного сигнала относительно другого. Длительность этих импульсов определяет время заиолнения импульсами тактовой частоты счетчиков 4, 5. В результате в течение одного периода входной частоты в счетчике 4 периода фиксируется число, пропорциональное периоду измеряемой частоты, а в счетчике 5 фазы - число, пропорциональное разности фаз между входными сигналами. В течение следующего периода измеряемой частоты по команде с блока 2 управления импульсы тактовой частоты поступают на вход общего двоичного счетчика 6 для считывания информации, занесенной в счетчики 4, 5, импульсы тактовой частоты на счетчики 4, 5 в это время не поступают.

Считывание информации со счетчиков 4, 5 происходит следующим образом. Выходные уровни триггеров счетчиков 4, 5 уиравляют потенциальными входами блоков схем «И 7, 8. Выходные сигналы триггеров общего двоичного счетчика 6 поступают на импульсные входы блоков схем «И 7, 8. Эти сигналы формируются от отрицательных фронтов соответствующих триггеров и распределяются во времени так, что исключается возможность совпадения их ири суммировании на схемах «ИЛИ 10, 9. С выхода схемы «ИЛИ 10 импульсы поступают па делитель 12 частоты на 360, а с выхода схемы «ИЛИ 9 - на цифровой счетчик 13.

За время, в течение которого на делитель 12 поступает 360 импульсов, на цифровой счетчик 13 иоступает число импульсов, пропорциональное фазовому сдвигу между входными сигналами. Импульс сброса в «О делителя 12, поступающий на блок управления, прекращает доступ импульсов тактовой частоты на общий двоичный счетчик 6, и считывание закапчивается. Цифровой счетчик 13 фиксирует результат измерения разности фаз на цифровом табло в градусах. После сброса счетчиков фазометра в «О с началом следующего периода входной частоты, цикл измерения повторяется.

Так фазометр работает до тех пор, пока не произойдет изменение входной частоты на величину, при которой в случае уменьшения входной частоты произойдет переполнение счетчика периода импульсами тактовой частоты, а в случае увеличения входной частоты он не заполнится до половины своей емкости.

В первом случае импульс переполнения счетчика 5 через схему управления 15 .заносится в реверсивНый счетчик 14, предварительно установив его на сложение. Импульс с выхода реверсивного счетчика через логические схемы «И 16 управляет работой делителя 17 так, что с последнего через те же логические схемы «И 16 и схему «ИЛИ 11 на заполнение счетчиков 4, 5 через формирователь 1 поступает частота, вдвое меньшая по сравнению с предыдущей тактовой частотой.

Так как при плавном уменьшении входной частоты в течение первого периода происходит переполнение счетчика периода высокой тактовой частотой, заполнение этой же частотой счетчика фазы и частичное заполнение обоих счетчиков новой тактовой частотой, в два раза меньшей, чем предыдущая, то к концу измерительного периода входной частоты в счетчиках периода и фазы будет содержаться неверная информация. Считывание этой неверной информации в течение второго периода входной частоты по комапде с блока управления запретится, одновременно с этим произойдет сброс обоих счетчиков в «О.

Со следующего периода входной частоты фазометр работает также, как в описанном выше случае до момента уменьшения входной частоты, с той лишь разницей, что заполнение счетчиков периода и фазы происходит уменьшенной вдвое тактовой частотой, а считывание информации - высокой тактовой частотой.

Переключение тактовой частоты в сторону уменьшения происходит по мере уменьшения входной частоты до нижнего граничного предела, после которого результат измерения не удовлетворяет заданной точности.

Во втором случае при плавпом уменьшении входной частоты наступает момент, когда счетчик 5 заполняется на величину, меньшую половины его емкости. При этом схема управления 15 выдает импульс, который поступает па реверсивный счетчик 14, предварительпо установив его на вычитание.

Импульс с выхода реверсивного счетчика 14 через логические схемы «И 16 управляет работой делителя 17 тактовой частоты так, что с последнего, через те же логические схемы «И 16 и схему «ИЛИ 11 на заполпеппе счетчиков 4, 5 через формирователь / иоступает частота, вдвое большая по сравпению с предыдущей тактовой частотой.

Переключение тактовой частоты реверсивным счетчиком в сторону увеличения будет происходить по мере увеличения входной частоты до величины, определяемой коэффициентом делепия делителя тактовой частоты.

При дальнейшем увеличении в.ходной частоты счетчик периода заполпяется импульсами тактовой частоты на все меньшую и меньшую величину. В тот момент, когда счетчик 5 периода за один период входной частоты заполнится на величину, меньшую 360 единиц, считывание информации проводится за два и более периодов входной частоты. Верхний частотный диапазон входного сигнала при этом, также как и в любом случае измерения, определяется только величиной погрешности на высокой частоте. Выше верхнего граничного предела входной частоты результат измерения не будет удовлетворять заданной точности.

тольь:о с оолсе сложной, чем в случае плавного изме1сн 1я входной частоты, схемой управления реверсивным счетчикам.

Г р с д и с т и 3 о б р е т е н и я

Цифровой фазометр для измерения мгновенно-о значения сдвига фаз, содержагций блок упраз;1ення, формирующее устройство, генератор тактовой частоты, двоичный счетчик импульсов сдвига фаз, двоичный счетчик импульсов периода, общий двоичный счетчик импульсов, два блока схем совпадения, две схемы «ИЛИ, делитель частоты на 360 и цифровой счетчик импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия в широком диапазоне частот и сокращепии числа элементов схемы фазометра, он снаблсен реверсивным счетчиком, шина сложения и счетный вход которого через схему управления соединеиы с одним из выходов счетчика периода, а шина вычитания и счетный вход реверсивного счетчика через ту же схему управления соединены с другим выходом счетчика периода, причем, выходы триггеров реверсивного счетчика присоединены к одним входам логических схем «И, другие входы которых управляются выходами триггеров делителя частоты, а выходы логических схем «И через схему «ИЛР- подключены к формирующему устройству.

..IJIZHX ,

fs