Цифровой фазометр мгновенных значений Советский патент 1979 года по МПК G01R25/08 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении как мгновенных значений фазовых сдвигов, так и статистических характеристик флуктуации фазы сигналов. Известен фазометр с время-импульсным преобразованием, содержащий формирователь интервала времени, эталонный генератор, цепочку, состоящую из последовательно включенных управляемых вентилей, счетчик импульсов и регистрирующее устройство 1. Однако такой фазометр обладает недостаточной точностью измерений. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является цифровой фазометр мгновенных, значений, содержащий формирователь, блок управления, цепочку, состоящую из последовательно включенных управляемых вентилей, эталонный генератор, регистрирующее уст ройство, триггер управления, связанный со схемой сравнения кодов двух суммиру щих счетчиков импульсов 2. В известном фазометре мгновенных значений имеет место низкая точность измерения за счет больщой погрещности дискретносги, которая особенно заметна Ьри измерении малых фазовых сдвигов. Причем простое дополнение известного фазометра схемой расширения импульсов не позволит одновременно повысить точность измерения и сохранить полный Диапазон измерения фазовых углов. Цель изобретения заключается в повышении точности измерения малых фазовых углов при сохранении диапазона измерений. Достигается это благодаря тому, что в цифровой фазометр, содержащий формирователь, связанный с последовагельно соединенными по одному входу двумя вентилями и с блоком управления, который выходом соединен с триггером управления и с первым суммксрующим счетчиком, эталонный генератор, подсоепивенный к второму входу первого вентиля, блок сравнения кодов двух суммирующих счетчиков, 368 у KOTopi ix младшие декады отделены от старших элементами ИЛИ, связанный своими входами с выходами указанных счетчиков, а выходом - с вторым входом триггера управления, .подключенного выходом с вторым входом второго вентиля, выходы первого и второго вентилей сое динены с элементами ИЛИ первого и второго суммирующих счетчиков, а выход Второго суммирующего счетчика подключен к регистрирующему устройству, введены два дополнительных вентиля, расширитель импульсов, делитель частоты на два, триггер каналов, ключ и дешифратор через который выходы старших декад первого суммирующего счетчика подсоединены к раздельному входу триггера каналов причем к другому входу указанного триггера подключен выход делителя частоты на два, связанный своим входом с выходом ключа, один из входов которого подключен к блоку управления и к входу первого суммирующего счетчика, а другой - к выходу триггера каналов и к третьим входам первого и второго вентилей, а так же первый дополнительный вентиль соединен с первым и вторым входами с эталонным генератором и расщирителем импульсов, а третьим - с третьим входом второго дополнительного вентиля, а входом расширителя импульсов и с вторым выходом триггера каналов, при этом выход первого дополнительного вентиля подключен к входу младшей декады первого суммирующего счетчика и к первому входу второго дополнительного вентиля, второй вход которого связан с выходом триггера управления, а выход - с входом младшей декады второго суммирующего счетчика, при этом второй вход расширителя импуль сов соединен с выходом формирователя. Кроме того, расширитель импульсов состоит из двух триггеров, соединенных меж ду собой по двум входам и с выходом элемента ИЛИ, од. л из входов которого подключен к выходу элемента И, два входа которого связаны с выходами первого и второго генераторов, подсоединенных к выходам обоих триггеров. На чертеже представлена структурная схема цифрового фазометра мгновенных значений. Цифровой фазометр мгновенных значений содержит формирователь 1, блок управления 2, эталонный генератор 3, вентили 4 и 5, триггер управления 6, суммирующие счетчики 7 и 8 у которых мла щие декады отделены от старших с помо04и1ью элементов ИЛИ, блок сравнения кодов 9, регистрирующее устройство 10, расширитель импульсов 11, дополнительные вентили 12 и 13, триггер каналов 14, дешифратор 15, делитель частоты на два 16, ключ 17. Расширитель импульсов 11 состоит из триггеров 18 и 19 генераторов 2О и 21 элемента совпадения 22 и элемента сборки 23. Нулевой потенциал обозначим логическим нулем (лог. О), а высокий потенциал-логической единицей (лог. 1). В исходном состоянии, когда на входы фазометра сигналы не поступают, лог. О с выхода формирователя 1 закрывает вентиль 4, а лог. О с выхода расширителя импульсов 11 закрывает вентиль 12. Кроме того, вентили 4 и 5 закрт.гты лог. О с прямого выхода триггера каналов 14, с инверсного выхода которого лог. готовит к открытию вентили 12 и 13 и через элемент 23 устанавливает расширитель 11 в рабочее состояние. В суммирующие счетчики 7 и 8 записано число, равное нулю. Как результат этого на выходе блока сравнения ко. дов 9 присутствует лог. 1, которая воздействует на триггер управления 6. Лог. с выхода триггера управления 6 подготавливает к открытию вентили 5 и 13. Следовательно, в исходном состоянии к работе подготовлены вентили 12 и 13 и расширитель 11. При поступлении исследуемого сигнала и опорного колебания на входы формирователя 1, на выходе последнего появляется импульс. Этот импульс включает в работу расширитель 11. Импульс с выхода расширителя 11 открывает последовательно включенные вентили 12 и 13. Через открытые вентили 12 и 13 импульсы генератора 3 подсчитываются вначале младшими, а затем старшими декадами счет- чиков 7 и 8. Если значение мгновенного фазового сдвига укладывается внутри вы&ранного диапазона , то импульс на выходе дешифратора 15 не появляется. Следовательно, триггер 14 не изменяет своего состояния и держит закрытым ключ 17. Импульсы с выхода блока управления 2 на вход делителя частоты 16 не постуйают. За счет расширения в К раз импульса, пропорционального мгновенному фазовому сдвигу, в первом режиме работы фазометра в К раз будет снижена погрешность дискретности. Рассмотрим второй режим работы фазометра, когда значение мгновенного фазового сппигп выходит за пределы диапазона О-Ю. Первоначально работа фазометра строго идентична ранее рассмотренному случаю. Дальнейший принцип действия фазометра сводится к нижеследуютему. Как только на выходе дешифратора 15 появится импульс, триггер 14 перейдет в другое устойчивое состояние и откроет ключ 17. Одновременно лог. О с инверсного выхода триггера 14 закрыва- ет вентили 12 и 13 и через элемент 23 возвращает расширитель 11 в исходное состояние, а лог. с прямого выхода триггера 14 открывает вентили 4 и 5. Через открытые вентили 4 и 5 импульсы генератора 3 поступают прямо в старшие декады счетчиков 7 и 8. Однако может оказаться, что к моменту переключения каналов импульс с выхода формирователя 1 уже исчез. Тогда запись импульсов в старшие декадь счетчиков 7 и 8 не производится. Очередной импульс с выхода блока управления 2 устраняет неправильный результат измерения и регистрирует ся делителем 16. Следующий импульс с выхода формирователя 1, минуя расширитель 11, которы закрыт лог. О с инверсного выхода триг гера -14, открывает последовательно:вклю ченные вентили 4 и 5. Через открытьте вентили 4 и 5, импульсы генератора 3 поступают прямо в старшие декады счетчиков 7 и 8. При этом импульс с выхода дешифратора 15 только подтверждает состояние триггера 14. За счет выключения расширителя импульсов 11 погрешность, дискретности во втором режиме работы фазометра будет в К раз больше, чем в первом режиме, но диапазон измерения больших углов остается без изменений. Очередной импульс с выхода блока управления 2 через открытый ключ 17 и делитель 16 возвращает триггер 14 в первоначальное состояние. После этого режимы работы фазометра повторяются. Таким образом, фазометр обеспечивает повышение точности измерения малых фазовых сдвигов при одновременном сохранении диапазона измерения больших углов. Причем переключение пределов фазометра происходит автоматически. Предлагаемый цифровой фазометр мгновенных значений выгодно отличается от прототипа, так как обладает повышенной точностью измерения любых малых (l-lO, 1О-20 и т. д.) фазовых сдвигов. Так, например, если принять коэффициент расширения импульсов К 10, то погреш 68 0 ность дискретности будет снижена в 10 раз. Причем выбор диапазона с попт 1шенной точностью измерения происходит в фазометре автоматически и не вызывает никаких затрат времени со стороны оператора. Формула изобретения 1. Цифровой фазометр мгновенных значений, содержаший формирователь, связанный с Последовательно соединенными по одному входу двумя вентилями и с блоком управления, который выходом соединен с триггером управления и с первым сумми- руюшим счетчиком, эталонный генератор, подсоединенный к второму входу первого вентиля, блок сравнения кодов двух суммирующих счетчиков, у которых младшие декады отделены от старших элементами ИЛИ, связанный своими входами с выходами указанных счетчиков, а выходом с вторым входом триггера управления, подключенного выходом с вторым входом второго вентиля, выходы первого и второго вентилей соединены с элементами ИЛИ первого и второго суммирующих счетчиков, а выход .второго суммрфуюшего счетчика подключен к регистрирующему устройству, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения малых фазовых углов при сохранении диапазона измерений, в него введены два дополнительных вертиля, расширитель импульсов, делитель частоты на два, триггер каналов, ключ и дешифратор, через который выходы старших декад первого суммируюи;его счетчика подсоединены к раздельному входу триггера каналов, причем к другому входу указанного триггера подключен выход делителя частоты на два, связанный своим входом с выходом ключа, один из входов которого подключен к блоку управления и к входу первого суммирук шего счетчика, а другой - к выходу триггера каналов и к третьим входам первого и второго вентилей, а также первый допопнительный вентиль соединен с первым и вторым входами с эталонным генератором и расширителем импульсов, а третьим с третьим входом второго дополнительного вентиля, а входом расширителя импульсов и со вторым выходом триггера каналов, при этом выход первого дополни - тельного вентиля подключен к входу младшей декады первого суммируюшего счетчика и к первому входу второго дополнительного вентиля, второй вход которого связан с выходом триггера управления, а В1,1ход - с входом младшей декады второго суммирующего счетчика, при этом второй вход расширителя, импульсов соединен с выходом формирователя.

2. Фазометр по п. 1, о и ч а ющ и и с я тем, что расширитель импульсов состоит из двух триггеров, соединенных между собой по двум входам и с выходом элемента ИЛИ, один из входов которого подключен к выходу элемента И,

два входа которого связаны с выходами первого и второго генераторов, подсоединенных к выходам обоих триггеров.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

№ 296053, кл. G 01 Т 25/00, 1969.

2.Заявка N 2144261/21

кл. G OIR 25/08, от 16.06.75, по которой принято положительное решение о выдаче авторского свидетельства.