Цифровой фазометр Советский патент 1980 года по МПК G01R25/08 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для построения широкодиапазонных цифровых фазометров с измерением за период сигнала.

Известен цифровой фазометр с измерением за период сигнала, основанный на преобразовании сдвига фаз в интервал времени и последующем заполнении интервала квантующими импульсами, полученными путем умножения частоты сигнала в или 1810 раз (где п - целые числа).содержащий умножители с автоподстройкой частоты квантующего генератора и делитель частоты в цепи обратной связи .

Однако, этот цифровой фазометр имеет ограниченный диапазон рабочих частот, определяемый пределами перестройки генератора.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является цифровой фазометр, содержащий формирующие устройства, последовательно соединенные управляе и ый триггер, блок автоматики, индикаторный счетчик и блок формирования частоты квантования, кратной частоте сигнала, содержащий также подстраиваемый

генератор, делитель частоты и элемент автоподстройки частоты, входы которого связаны с выходами одного из формирующих устройств и делитё5 ля частоты, а вЬаход - с управляющим входом подстраиваемого генератора, выход которого подключен ко входу делителя частоты и блока автоматини и.

10 Однако частота подстраиваемого генератора в установившемся режиме равна fp KF, где К 36-10 или 1810 и определяется коэффициентом деления делителя частоты в цепи

ts обратной связи кольца автоподстройки частоты. Диапазон рабочих частот такого фазометра, перекрЕлваемый без каких-либо коммутаций,составляет Р /i,f(,/K, где - пределы перестройки частоты подстраиваемого генератора. Кроме того,такому фазометру свойственно большое время прохождения в синхронизм перед началом измерения.

25 Цель изобретения - расширение диапазона рабочих частот и повышение быстродействия.

Эта цель достигается тем, что в цифровой фазометр, содержащий

30 входные формирователи, подключенные своими выходами к последовательно соединенным управляемому триггеру, блоку автоматики и индикаторному счетчику, а также подстраиваемый генератор, делитель частоты и элемент автоподстройки частоты, входы которого связаны с выходами второго входного формирователя и делителя частоты, а выход - с управляющим входом подстраиваемого генератора, введены узел цифрового умножения частоты, содержащий блок формирования управляющих импульсов, вход которого связан с выходом второго входного формирователя,последовательно соединенные счетчик,регистр памяти и элемент сравнения кодов , подсоединенный выходом к блоку автоматики и входу делителя частоты а также первый дополнительный делитель частоты, подключенный выходом ко входу счетчика, и второй дополнительный делитель ч-астоты, выходы разрядов которого подключены ко входам элемента сравнения кодов, а вход сброс - к выходу элемента сравнения кодов, при этом входы обоих дополнительных, делителей частоты связаны с выходом подстраиваемого генератора, а выходы блока формирования управляющих импульсов подключены ко входу запись регистра памяти и входам сброс счетчика и всех делителей частоты, также введен блок контроля и управления режимом, подключенный входом к выходу элемента автоподстройки частоты, а выходами - к управляющему входу элемента автоподстройки частоты и блку формирования управляющих импульсов .

На фиг. 1 приведена структурная схема цифрового фазометра;на фиг.2 временные диаграммы работы.

Цифровой фазометр содержит входные формирователи 1 и 2, соединенные управляемый триггер 3, блок 4 автоматики и индикаторный счетчик 5 блок 6 формирования управляющих импульсов , счетчик 7, регистр 8 памяти и элемент 9 сравнения кодов, первый 10 и второй 11 дополнительные делители частоты и подстраиваемый генератор 12, элемент 13 автоподстроки частоты, делитель 14 частоты, а также блок 15 контроля и управления режимом.

Цифровой фазометр работает следующим образом.

В работе данного устройства можно выделить два режима - режим захвата и режим слежения. Рассмотрим работу устройства в режиме захвата.

Импульсом начала первого периода сигнала запускается блок б, сбраЛлвающий счетчик 7 и делители 10, 11, 14 частоты в нулевое состояние. С. помощью делителя 10 частоты с коэффициентом деления К и счетчика 7 осуществляется преобразование nepuoj ia выходного сигнала в код q, равный целой части отношения, периода сигнала TQ к умноженному в К раз периоду частоты подстраиваемого генератора tp 1/fp : q Гс/1г- к. Этот код соответствует числу импульсов частоты подсчитанных счетчиком 7 за период сигнала. Импульсом начала второго периода это число записывается в регистр 8 памяти и в дальнейшем не изменяется. Одновременно прекращается поступление импульсов сброса с блока 6 на делители 11 и 14 частоты..Далее код регистра 8 памяти сравнивается с текущим кодом делителя 11 частоты и в момент их равенства на выходе элемента 9 сравнения кодов формируется импульс, снова сбрасывающий делитель 11 частоты в О. Этот процесс идет циклически, в результате чего на выходе элемента 9 сравнения кодов за период сигнала появляется число импульсов, равное целой части отношения , близкое к величине К.Эти импульсы делятся по частоте в К раз делителем 14 частоты. В результате, начиная со второго пер.иода сигнала, н входы элемента 13 автоподстройки частоты с выхода формиров.ателя 2 и делителя 14 частоты поступают близкие по частоте сигналы, лежащие в полосе захвата этого элемента.. При этом на выходе 13 автоподстройки частоты образуется соответствующее управляющее напряжение, которое подается на управляющий вход генератора 12.Под действием управляющего напряжения частота генератора уменьшается на величину ii,fp д qKFj. , где дд - значение дробной части отношения период сигнала к начальному периоду частоты задающего генератора &;q к} , изменяющееся в пределах от О до 1

Установившееся значение частоты генератора fp ff, - iffi при этом кратно частоте сигнала fp qKFo , а частота импульсов на выходе элемента сравнения 9 кодов точно равна

йыч о

Частота генератора 12 в данном фазометре всегда находится в пределах полосы захвата элемента 13 автоподстройки частоты, независимо от частоты входного сигнала. Это

существенно сокращает время подготовки прибора к работе и обеспечивает автоматическое измерение сдвига фаз в широком диапазоне частот.

Рассмотрим работу устройства в режиме слежения за частотой сигнала.

Приэтом код q, записанный в

регистре 8 памяти, остается неизменным и частота генератора 12 изменяется пропорционально частоте сигала fj, qKF . При достижении границ перестройки генератора 12

мин VMO.C происходит срыв слежения и в кольце автоподстройки частоты возникают биения, заканчивающиеся, синхронизацией системы на новой частоте генератора. Этой частоте соответствует новый код периода q ,отличающийся от кода q не менее чем на 1. В результате весь диапазон рабочих частот разбивается на ряд автоматически перекрываемых поддиапазонов, относительная ширина которых определяетс пределами перестройки частоты генератора.

Для исключения режима биений при переходе с одного поддиапазона на другой в состав фазометра введен блок 15 контроля и управления режимом. Этот блок следит за изменниями частоты fp , например, по величине управляющего напряжения. Если частота f, достигает своего минимального, либо максимального значений, по команде с блока 15 слежение за частотой сигнала прекращается и частота генератора 12 принудительно устанавливается равной ее среднему значению

f - i(f

- f. TO 2

«маис Далее в течение одного периода сигнала находится новое значение кода qg, которое записывается в регистр 8 памяти, а затем снова замыкается кольцо обратной связи и элемент 13 автоподстройки частот продолжает следить за частотой сигнала в новом поддиапазоне.Одновременно этот блок запрещает перезапись информации в регистр 8, памяти и сброс делителя 11 и 14 частоты в режиме слежения.

Введение блока контроля и управления режима уменьгпает время подготовки прибора к работе при автоматическом переходе с одного поддиапазона на другой.

Минимально необходимые пределы перестройки подстраиваемого генератора 12 выбираются так, чтобы в наиболее высокочастотном поддиапа) значения

зоне (ICMOIVC ммн

fro

1« определL OHHH L е

с Mate

емые на границе поддиапазона, отличались от значения q, установленного на средней частоте поддиапазона FO , не менее чем на 1, т.е.

Чо + 1; Чю Чо 1- Только при этих условиях в устройстве возможен автоматический переход с одного поддиапазона на другой (см. фиг.2д).

Сформированная частота квантования KFc (фиг. 2 ) поступает на блок автоматики, где в течение одного периода происходит квантование временного интервала.

пропорционального измеряемому.сдвигу фаз.

Таким образом, введение новых элементов и связей обеспечивает автоматическое измерение сдвига фаз за период сигнала в широком диапазоне частот, не ограничиваемом в отличие от известного устройства пределами перестройки частоты подстраиваемого генератора. Максимальное значение частоты сигнала и соот10ветственно подстраиваемого генератора определяются быстродействием используемой элементной базы.

Формула изобретения

Цифровой фазометр, содержащий

15 входные формирователи, подключенные своими выходами к последовательно соединенным управляемому триггеру, блоку автоматики и индикаторному счетчику, а также подстраиваемый ге20нератор, делитель частоты и элемент автоподстройки частоты, входы которого связаны с выходами второго входного формирователя и делителя частоты, а выход - с управляющим входом

25 подстра.иваемого генератора, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазрна рабочих частот и повышения быстродействия, в него введены узел цифрового умножения частоты, содержащий блок формирова0ния управляющих импульсов, вход которого связан с выходом второго входного формирователя, последовательно соединенные счетчик, регистр памяти и элемент сравнения кодов, подсоеди5ненный по выходу к блоку автоматики и входу делителя частоты, а также первый дополнительный делитель частоты, подключенный выходом ко входу счетчика, и второй дополнительный

0 делитель частоты, выходы разрядов которого подключены ко входам элемента сравнения кодов, а вход сброс к выходу элемента сравнения кодов, при этом входы обоих дополнительных

5 делителей частоты связаны с выходом подстраиваемого генератора, а выходы блока формирования управляющих импульсов подключены ко входу запись регистра памяти и входам сброс всех делителей частоты и

50 счетчика, также введен блок контроля и управления режимом, подключенный входом к выходу элемента автоподстройки частоты, а выходами - к управляющему входу элемента автоподстрой55ки частоты и блоку формирования уп- равляющих импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Смирнов П.Т. Цифровые фазо60метры. Энергия, 1974, с. 19.

2.Мусонов В.М. и др. Новые идеи в построении цифровьк фазометров из преобразования частоты. Фазоизмерительные системы и устройства. Томск

65 1974, с. 90

7с мин

Htc

«г

«,

Яго-t 7со

li

Illllllllllllll I

Ч

Ч 3

л

&Ч

LililllllLLJ

Illllll I I I

fce/f Фиг 2