Цифровой фазометр для измеренияСРЕдНЕгО зНАчЕНия СдВигА фАз Советский патент 1981 года по МПК G01R25/08 

Изобретение относится -к информационно-измерительной технике, в частност к области фазовых измерений, и может быть использовано для измерения среднего значения сдвига фаз между двумя периодическими сигналами. Известен цифровой фазометр для измерения среднего значения сдвига фаз (цифровой фазометр с постоянным време нем измерения), содержащий формирующие устройства, триггеры элементы И, генератор квантующих импульсов, счетчик импульсов и частоты ij. Недостатком такого фазометра являе ся пониженная точность, обусловленная высокочастотной погрешностью дискретного преобразования и низкочастотной погрешностью дискретного преобразования. Известен также цифровой фазометр для измерения среднего,значения сдвига фаз, работающий на принципе совпадения регулярных импульсных последовательно тей. Он содержит ключи, формирователь импульсов, триггер, коммутатор, элемент И, линии задержки, схему, запрета, генератор опорной частоты, счетчик периодов и счетчик квантующих импульсов 2 . Недостатками данного фазометра являются пониженное быстродействие, обусловленное необходимостью ожидания первого совпадения импульса генератора опорной частоты с импульсом, сформированным формирователем импульсов из входного сигнала, а также пониженная точность измерения, обусловленная неопределенностью вьшеления первого совпадения входного и опорного импульсов. Цель изобретения - увеличение быстродействия и повышение точности измерения фазометра. Указанная цель достигается тем, что в цифровой фазометр для измерения среднего значения сдвига фаз, содержащий входные ключи, управляющие входы которых соединены с выходами первого триггера, а выходы - с формирователем импульсов, выход которого соединен с первым входом первого ключа, а вход первого триггера соединен с первым входом третьего ключа, выход; которого, как и выходы первого и второго ключей соединены со счетчиками импульсов, генератор импульсов и линию задержки, введены Ц каналов совпадений, второй триггер и три -элемейта ИЛИ, Причем вхо линии задержки соединен С выходом гене ратора импульсов и с первым входом первого канала совпааений, а выходы ее с первыми входами последующих каналов совпадений, вторые и третьи входы всех каналов совпадений соединены соответственно с выходом второго триггера и выходом формирователя импульсов, а первые, вторые и третьи выходы каналов совпадений соединены соответственно со входами первого, второго и третьего эле ментов ИЛИ, при этом выход первого элемента .ИЛИ соединен с первым входом второго и вторым входом первого ключа, выход второго элемента ИЛИ соединен со входами первого и второго триггеров и с первым входом третьего ключа, выход третьего элемента ИЛИ соединен со вторыми входами второго и третьего ключей достигается также тем, что каждьй кана совпадений содержит первьА и второй ключи, первые входы которых объединены а выходы через элемент ИЛИ соединены со вторым входом элемента И, выход которого соединен с первым входом электройного коммутатора, соединенного своим вторым входом с первым входом электрон ного коммутатооа последующего канала ного коммутатора последующего канала совпадений, а выход электронного коммутатора каждого из каналоб соединен со вторым входом второго ключа. На,чертеже приведена .структурная схема предлагаемого фазометра. Фазометр содержит входные ключи 1 и 2, триггеры 3 и 4, формирователь 5 импульсов, генератор 6 импульсов, линию 7 задержки, каналы совпадений, состоящие из первых ключей , вторых ключей , элементов ИЛИ 11.-llj,, элементов И 12.12 и электронных коммутаторов , элементы ИЛИ 14-16, первый 17, агорой 18 и третий 19 ключи и счетчики импульсов 20-22. « зометр работает следующим образом. Входные напряжения периода Т , сдвиг фаз между которыми необходимо, измерить, подают на входные ключи 1 и 2. Первый триггер 3 находится в первом ,7 34 устойчивом состоянии и уаерживаег входной ключ 1 открытым, а входной ключ 2 закрытым,. Одно из входных напряжений через входной ключ 1 поступает на формирователь 5 импульсов, когорьй в моменты перехода входного напряжения через нуль в положительном направлении формирует прямоугольные импульсы длительность , поступающие на первые входы элементов И 12.-12. каналов совпадений и на первый ключ 17. Опорная последовательность прямоугольных импульсов длительностью Тис пе - риодом следования Т с выхода генератора 6. импульсов поступает через нормально открытый первый ключ 9 и элемент ИЛИ 11. на второй вход элемента И 12 и первьш вход элемента ИЛИ 16. Кроме того, опорная последовательность импульсов поступает на вход линии 7 запержки, с выходов которой опорные последовательности импульсов, сдвинутые относительно друг друга на время задержки между выходами поступают через нормально открытые ключи и, соответственно, элементы ИЛИ lU-llj на вторые входы элементов И и на входы 2 ...и элемента ИЛИ 16. Количество П параллельных каналов совпадений определяется из выражения где eirt - округленное цо большого целого значение отношения То/-ЬзоЗ ,, (в Данном случае принято ЬашЛ С ). „ н « f)aa при совпадении во времени входного импульса с одним из опорных импульсов срабатывает соответствующий эле- мент И ряда 12,-124- , и на вход соответствующего коммутатора ряда 13.-13. поступает импульс совпадения. В общем случае возможно последовательное совпадение в двух элементах И соседних каналов совпадений. Устранение неоднозначности в этом случае достигается благодаря наличию внутренней задержки коммутатора «.ом- импульса совпадения, поступающего с выхода элемента И своего канала, и соединению управляющего входа коммутатора с выходом элемента И предыдущего канала. Тогда импульс совпадения i -го канала совпадений поступает на вход электронного коммутатора 13j своего канала и, кроме того, на. управляющий вход электронного коммутатора 13,i еле дующего по номеру ( 1+1)-го канала совпадений. Импульс совпадения 1 -го канала через время t,Q(5,ЦQдд. заставляет срабатьюагь электронный коммутатор 13J , на обоик выходах которого появляет-ся единичный уровень напряжения. Импульс же совпа дения ( -1 +1)-го канала не приводит к срабатыванию через время-fc-XQ,, элект ронного коммутатора 13 - , так как импульс совпадения с i -го канала, пос тупая ранее на управляющий вход электронного коммутатора 13 - , блокирует последний. Таким образом, импульс совпадения, появившийся последовательно в двух каналах совпадений, приводит срабатыванию электронного коммутатора в одном канале, что и необходимо для устранения неоднозначности. Внутренняя задержка коммутатора выбирается из условия .KOM. Единичный уровень напряжения с первого выхода электронного коммутатора 13 канала , в котором произошло первое совпадение опорного импульса с входным импульсом, поступая на нормаль но закрытый ключ своего канала, от крывает его. Тем самым определяется канал совпадений (рабочий канал, а соста вляющие его элементы обозначаем индек сом р), по которому ожидаются последующие совпадения входного и опорного им пульсов. С первого выхода этого же электронного коммутатора 13р единичный уровень напряжения, пройая черезэлемент ИЛИ 15, перебрасьшает триггер 4, закрывая нормально открытые ключи каналов совпадений, перебрасывает первый триггер 3, подключая к формирователю 5 импульсов другое входное напряжение, и открывает третий ключ 19. .Единичный уровень напряжения со второго ВБ1Хода этого же электронного коммутатора 13 р ,пройдя через элемент ИЛИ 14, открывает первый .17 и второй 18 ключи. Через открытые ключи 18 и 19 на счетчики. 21 и 22 импульсов соответственно с выхода генератора б импульсов или одного и 3 выходов линии 7 задержки через открытый ключ lOp элемент ИЛИ При элемент ИЛИ 16 поступают опорнью импульсы периода Тд. Через открытый ключ 17 на счетчик 2О поступают входные импульсы с формирователя 5 импульсов. В момент совпадения импульса, сформированного формирователем 5 импульсов из второго входного напряжения, с опорным импульсом в элементе И 12р рабочего канала с выхода элемента И 12 р снимается второй импульс, который поступает на вход электронного KOMMVтатора 13 р и снимает единичный уровень напряжения с его первого.выхода. Тем самым первый триггер 3 перебрасывается в первоначальное состояние, что приводит к закрытию входного ключа 2 и открытию входного ключа 1, через которьй первое из входньк напряжений через формирователь 5 импульсов начинает поступать к элементу И 12р рабо. .г I . .; . чего канала. Кройетого, закрывается ключ 18, управляемый первыми выходами электронных коммутаторов через элемент ИЛИ 15, прекращается поступление опорных импульсов в счетчик 22 ;ОПорных импульсов и в последнем формируется код W1, соответствующий, нескольким периодам Т входного сигнала и искомому сдвигу фаз.о Когда один из .опорных импульсов совпадает с одним сформированным из входного напряжения импульсом,с выхода элемента И 12р снимается третий импульс, который, поступая на вход электроннбго |коммутатфа 13 pF рабочего канала, снимает единичный уровень напряжения его второго вькода. Тем самым закрываются ключи 17 и 18 и прекращается доступ оперных импульсов в счетчик 21 опорных импульсов и входных импульсов в счетчик 2О периодов. Таким образом, в счетчике 2О формируется код А, а в счетчике 21 код Ц . Далее информация из счетчиков. 20 22 и значение TQ подводятся к ЭЦВМ. .Из временной, диаграммы работы фазометра можно записать следующее , (2) (АМ), де К - число целых периодов входного апряжения от первого до второго совадения импульсов. .hT з вьгражения (3) имеемТ . X /Ч т одставляя значение Т из (4) в (2) меем t- ll.T.° L Код Ь f получают последовательно вычитая из кода УН число пока осатсяс не становится меньще И/А-1. ; А искомый сдвиг фаз определяется в вьфажения - ,(6) читывая вьфажение (4) и (5/.

Таким образом, преалагаемый фазомет позволяет задержку между моментом пуск и моментом начала счета (измерения), что и приводит к увеличению быстродействия. Кроме того, в предлагаемом фазометре повышается точность измерения за счет .уменьшения неопределенности выделения первого совпадения входного и опорного импульса с величины 2 Г до величины-fc зс((5 ( в данном случае-tjQjj-С). Уменьшение неопределенности выделения первого совпадения происходит благодаря тому, что в фазометре для измерения вьшеляется канал ( 1-ый канал) по совпадению опорного импульса с передним фронтом входного импульса. При работе известного фазометра не известно, каким фронтом (передним или задним) совпадает входной импупьс с опорным, что обуславливает неопределенность выделения перво го совпадения 21/.

В предлагаемом фазометре время задержки между выходами линии задержки 7 принято приблизительно равным длительности & входньрс и опорных импульсов для того, чтобы в любой MOMeiHT

времени на любом из выходов линии 7 задержки тгрисутствовал опорный импульс. При увеличении значения Ьзаб , бпорного импульса нет ни на одном из выходов линии задержки 7, что приводит к увеличению времени измерения. При уменьшении же некоторого его значения возможны совпадения опорных импульсов с .входным импульсом в нескольких каналах совпадений (их количество определяется соотношением между tr и-ЬацД). Ив этом случае работа фазометра протекает аналогично описанному выше.

Следовательно, точность изготовления ЛИНИЙ задержки не влияет на точность описываемого фазометра. Точность фазометра зависит от точности . выделения временных интервалов, ограниченных совпадениями вхЬдных и опорных ампульсоёкоды А, Wi и ц которых определяются в фазометре. То есть, в отличие от устройств для измерения временных интервало в, которых используются задержанные совпадения, здесь задержка импульсов с периодом TQ необходима лишь для вьшеления рабочего канала. В этом случае даже нет необходимости в точном знаНИИ велачиныЬхл((). Естественно, речь здесь идет о пЪстоянньгх Во времени погрешностях изготовления секционированной линии задержки.

Ожидаемый эффект от использования предлагаемого изобретения выражается в увеличении- быстродействия и повышения точности измерения фазометра.

Формула изобретения

1.Цифровой фазометр для измерения среднего значения сдвига фаз, содержащи входные ключи, управляющие входы кого рых соединены с выходами первого триггера, а выходы - с формирователем импульсов, выход которого соединен с первым входом первого ключа, а вход первого триггера соединен с первым входом третьего ключа, выход которого, как и выходы первого и второго ключей, соединены со счетчиками импульсов, генерато импульсов и линию задержки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены П каналов совпадений, второй триггер и три элемента ИЛИ, причем, вход линии задержки соединен с выходом генератора импульсов и с первым входом первого канала совпадений, а ее выходы -с первыми входами последующих каналов совпадений, вторые и третьи входы всех

каналов совпадений соединены соответственно с выходом второго триггера и вь1ходом формирователя импульсов, а первы вторые и третьи выходы каналов совпадений соединены соответственно с входами первого, второго и третьего элементов ИЛИ, при этом выход первого элемента ИЛИ соединен с первым входом второго и вторым входом первого ключа, выход второго элемента ИЛИ соединен со входами первого и второго триггеров и с первым входом третьего ключа, выход третьего элемента ИЛИ соединен со вторыми входами второго к третьего ключей.

2.Фазометр по п. 1, отличающийся тем, что каждьй канал совпадений содержит первый и второй ключи, первые входы которых объединены, а выходы через элемент: ИЛИ соединены со втсрым входом элемента И, выход которого соединен с первым входом электрон ного коммутатора, соединенного своим вторым входом с. первым входом электронного коммутатора последующего канала совпадений, а выход электронного коммутатора каждого из каналов соединен со вторым входом второго ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 9 1. Авторское свиаегельство СССР № 231665, кп. О 01 R 25/08,. 1967. 7.9862510 2. Авторское Ьвидетельство СССР N 381038, кл. ОО R 25/08, 26.02.71 (прототип).