Цифровой фазовый преобразователь Советский патент 1980 года по МПК G01R25/00 

(54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ .1 Изобретение относится к измеритепьной технике и может быть использовано в информа.ционно-измерительньгх системах, системах контроля и управления для преобразования фазовых сдвигов в цифровой коц. Известен цифровой фазовый преобразователь с время-импульсным преобразованием, основанный на измерении временного интервала между переходами через нулевое значение исследуемых напряжений, который содержит входные компараторы, триггеры, веигили, интегрирующий усилитель, греобразователь нагряжения-частота, ключ и счетчик Щ. Недостатком этого преобразователя яв ляется то, что время затрачиваемое на измерение фазового сдвига, больше периода исследуемых напряжений. Цель изобретения - повышение быстipo действия. . Поставленная цель достигается тем, что в цифровой фазовый преобразователь, содержащий первый и второй компараторы ВЫХОДЫ которых соединены с входами пер-, вогр Триггера, а выход первого компаратора присоединен к входу второго три гера, вьпсод первого триггера соединен с управляющим входом первого вентиля, первый выход второго триггера через второй вентиль и первую дифференшфующую це.почКУ соединен со входами; фиксации и сброta, а второй выход - со входом заттуска первого интегрирующего усилителя, вььход которого через первый ключ соединен со входом 11реобразователя напряжения в частоту, выход которого через первый вентиль присоединен ко входу счетчика, введены третий вентиль, второй интегрирующий уоялитель, вторая дифференцирующая Цепочка и второй ключ, тричем первый вы ход второго триггера соединен со входом запуска, а второй вьтход через тоетяй Ьентиль и в(горую дифференшфующую цепочку - со входами фиксации и сброса второго интегрирующего усилителя, выход которого через второй ключ соединен совходом преобразователя напряж вдя в частоту, вторые вхопы второго и третьего вентилей присоединены к выходу первого триггера, а выходы их соответственно к ущ)авляюио1м входам первого н второго управляющих ключей. На фиг, 1 приведена структурная схема предлагаемого фазового лреобразователя на фиг, 2 показаны временные диаграммы работы этого устройства, Цифровой фазовый преобразователь со держит первый и второй компараторы 1 и 2, первый и второй триггеры 3 и 4, первый, второй и третий вентили 5, 6 и 7,первый и второй управляющие ключи 8,9, счетчик 10, первый и второй инте рирующие, усилители 11 и 12, первую и вторую дифференшфующие .цепочки 13 и 14 и преобразователь нагфя/кенне-частота 15о Работа преобразователя происходит следующим образом.,..,,... Напряжения и. (фиг, 2а) иУ- СФиГ 2 фазовый сдвиг между кЬторыми измеряет ся, подаются на входы компараторов 1 и 2, на выходах последних формируются прямоугольные импульсы, частота F следоваиия которых равна частоте колебания напряжений (фш% 2в и 2 г). Импульсы с выхода компаратора 1 по тупают на счетный вход триггера 4, который перекидывается в начале каждого периода напряжения U так, что в течении первого периода Т j| имеем потенциа Е на его единичном выходе (фиг. 2д..), в течении второго периоДа Т г, тот же готешшал на его нулевом выходе (фиг„2 и т.д. В соответствии с этим тот или иной период является рабочим для интегрирующих усилителей 11 и 12, в первом периоде запускается интегрирующий усилитель 12 (фиг, 2и), вход запуска которого связан с единичным вьтходом триг гера 10, во втором периоде включается в работу интегрирующий усилитель 11, (фиг, 2м) вход запуска которого связан с нулевым выходом указанного триггера и т,д,.. На выходе триггера 3, формируются импульсы с длительностью t; (фиг. 2ж )j равной временному интервалу между пере ходами через нулевое значение напряжений Уд и и . Эти импульсы дифференшфуются в начале каждого нерабочего . периода интегрирующих усилителей 11 и 12 для формирования сигналов управле ния - фиксации (запоминания) напряже72 ния на ит-егрирующей емкости и сброса интегратора в нуль (путем разряда интегрирующей емкости). Чтобы определитьн абочий период (т,е, период квантования временного интервалах , еле дующий непосредственно за периодом интегрирования), первые входы вентилей б и 7, управляющих работой интегрирующих усилителей 11 и 12, подключены к выходу триггера 3, а вторые входы - к единичйому и нулевому выходам триггера 4, которые, кроме того соединены со входами запуска интегрируюцщх усилителей 11 и 12 соответственно. Вентиль 6, управляющий работой интегрирующего усилителя 11, пропускает импульсы с выхода триггера 3 только в нечетных периодах (2п-1)Т, где п 1,2,3 .,,, а вентиль 7 - только в четных периодах 2пЛ, В первом периоде Т выходное напряжение интегрирующего усилителя 12, для которого этот период является рабочим (фиг, 2и } изменяется в функции от времени J - {(О до тех пор, пока триггер 4 не перекинется. В этот момент времени начинается первый четный период (Т) и вентиль 7 оказывается открытым для импульсов с выхода триггера 3, Первый из них поступает, во-первых, на управляющий вход ключа 9, устанавливая его в такое положение, при котором выход интегрирующего усилителя 12 подключается ко входу преобразователя 15 напряжения в частоту, и, во-вторых, на вход дифференшфующей цепочки 14, которая формирует из него два сигнала; сигнал фиксации напряжения на интегрирующей емкости, соответствующий переднему фронту импульса с длительностью Т и сигнал разряда интегрирующей емкости (сигнал сброса интегратора в нуль) соответствующий заднему фронту указанного импульса (фиг. 2з). Первый сигнал фиксирует напряжение U на выходе интегрирующего усилителя 13 на время, равное t -. . Преобразователь 15 преобразует это напряжение вчастоту импульсов, его схема выбирается таким образом, чтобы обеспечивалась обратнопропорциональная зависимость между указанными параметрами:J V лЛ р 1 . 1 к jl -i-г п г и v. т Импульсы с вьтхода преобразователя 5 с частотойiи проходят на вход счетика 10 (фиг. 2к) через открытый в течении временного янтервапа t вентиль 5, так, что где Н - число импульсов, поцсчитанное , счетчиком 10 за время -с и пропорциональное измеряемому сдвигу фаз между напряжениями V), ии. Второй сигнал разряжает интегрируюШую емкость в интегрирующем усилителе 12 и с некоторой задержкой, определяемой условиями отсчета показаний, сбрасывает счетчик 10, Во втором периоде Т, который является рабочим для интегрирующего усилителя 11 (фиг, 2 м), запускается усилитель 11 передЕШМ фронтом импульса с нулевого выхода триггера 4 и работает до тех пор, пока триггер не перекинется. В этот момент времени начинается второй нечетный период Т,и вентиль 6 оказывается открытым для импульсов с выхода триггера 3. Первый из них посту пает, во-первых, на управляющий вход ключа 8, устанавливая его в такое положение, при котором выход интегрирующего усилителя 11 подключается ко входу преобразователя 15 напряжения в частоту, и во-вторых, на вход дифференцирующей цепочки 13, которая формирует из него два сигнала (аналогично предыдущему случаю): сигнал фиксации напряжения на интегрирующей емкости, соответствующий переднему фронту импульса с длительностью Т и, сигнал разряда ииге рирующей емкости (сигнал сброса интегратора в нуль), соответствующий заднем фронту указанного импульса (фиг. 2 л). Первый сигнал фиксирует напряжение на выходе интегрирующего усилите 12 на время, равное t . Преобразователь 15 преобразует это напряжение в частоту-fj, импульсов которые проходят .на ВХОД счетчика 10 через открытый в тече НИИ временного интервала t вентиль 6, при этом определяется число импульсов. Второй сигнал разряжает интегрирующую емкость в интегрирующем усилителе 1 и с некоторой задержкой, определяемой условиями отсчета показаний, сбрасывает счетчик 10. Далее работа в периодах Т и Т прои ходит аналогично Тл и Тл . Таким образом, когда в первом канале запускается первый интегрирующий усилитель, во втором канале в это время фиксируется напряжение на ннтегрирующей емкости второго интегрирующего усилителя и нашнается кодирование временного интервала. Так как в каждом периоде происходит процесс преобразования временного интервала, пропорционального фазовому сдвигу, в цифровой коц, общее время измерения постоянно и не превьпиает одного периода исследуемых напря5кешй. формула изобретения Цифровой фазовый преобразователь, содержащий первый и второй компараторы выходы которых соединены с входами первого триггера, а выход пфвого компаратора гфисоединен к входу второго триггера, выход первого триггера соединен с управляюайм входом первого вентиля, . первый выход второго триггера через второй вентиль и первую ш фференщфующую цепочку соединен со входами фиксации и сброса, а второй выход - со входом запуска первого интегрирующего усилителя, выход которого через первый ключ соедггнен со входом хфеобразователя напряжения в частоту, выход которого через первый вентиль присоединен ко входу счетчика, отличающи йся тем. что, с целью повышения быстродействия, он снабжен третьим вентилем вторым интегрирующим усилителем, второй дифференшфующей цепочкой и вторым , причем первый выход второго триггера соединен со входом запуска, второй выход через третий вентиль и вторую дифференцирующую цепочку - со входами фиксации и сброса второго интегрирующего усилителя, выход которого через второй ключ соединен со входом преобразователя напряжения в частоту, вторые входы второго и третьего вентилей присоединены к выходу первого триггера, а выходы их соответствегшо к управляющим входам первого и второго управляющих ключей. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Смирнов П. Т, Цифровые фазометры. Л., Энергия:, 1974.