Цифровой фазовый преобразователь Советский патент 1981 года по МПК G01R25/04 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано в информационно-измерительных и управляющих системах для преобразования фазовых сдвигов в цифровой код. Известен фазовый цифровой преобразователь, содержащий два фазовых iдетектора, первые входы которых сое гдинены между собой непосредственно, а вторые входы - через фазосдвигатель, логическую схему определения квадранта фазы, входы которой подкл чены к выходам фазовых детекторов, а выходы - к управляющим входам пре образователя код-код, и преобразователь напряжение - код, вход которого подключен к выходу одного из фазовых детекторов, выходы - ко вхо дам- преобразователя код-код Г1 . Недостатки этого устройства - не высокая решающая способность и низкая точность. Известен цифровой фазовый преобразователь, содержащий фазовые дете торы, первые входы которых соединен между собой непосредственно, вторые - через фазосдвигатель, а выходы через ключи связаны со входом преобразователя напряжение - код. выходы разрядов которого подключены ко входам преобразователя код-код, блок кодовых уставок, выход которого подключен к установочному входу преобразователя код-код, и логический блок определения октанта фазы, входы которого соединены с выходами фазовых детекторов, а выходы - с управляющими входами ключей через первый и второй логические элементы ИЛИ, с управляющими входами преобразователя код-код через третий и четвертый логические элементы ИЛИ и со входами блока кодовых уставок непосредственно через пятый, шестой и седьмой логические элементы ИЛИ Г2 . Недостатком этого устройства является низкая точность. Цель изобретения - повышение точности. Цель изобретения достигается тем, что цифровой фазовый преобразователь, содержащий первый и второй фазовые детекторы, одни входы которых соедйнены, а второй вход первого соединен через фазосдвигающий элемент со вторым входом второго фазового детектора, выходы первого и второго фазовых детекторов через первый и

второй ключи соответственно подсоединены к первому входу преобразователя напряжение-код, выходы первого и второго фазовых детекторов подсоединены соответственно к первому и втором входам., блока определения октанта, восемь выходов которого (четные и нечетные) присоединены соответственно к входам первого и второго элементов ИЛИ, выходы которых соединены соответственно со вторым и третьим входами преобразователя напряжениекод, четвертый вход которого соединен с выходом блока кодовых уставок, первый и пятый входы которого сое- . динены с первым и восьмым выходами блока определения октанта, второй и третий, четвертый и пятый, шестой и седьмой выходы которого соединены с первым и вторым входами соответственно третьего, четвертого и пятого элементов ИЛИ, выходы которых присоединены соответственно к второму, третьему и четвертому входам блока, кодовых уставое, снабжен двухпозиционным переключателем, преобразователем код-фаза, блоком управления, блоком выбора участков характеристики .детекторов и блок вычисления, причем выходы блока определения октант соединены с одинаковыми по номеру входами блрка выбора участков характеристики детекторов , первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами первого и второго ключей соответственно, первые входы фазовых детекторов соединены выходом двухпозиционного переключателя, один из входов которого присоединен к выходу преобразователя код-фаза, вход которого . соединен с выходом блока вычисления, вход которого подсоединен к выходу преобразователя напряжения - код, первый и второй управляющие входы которого, а также управляющие входы вычислительного блока двухпозиционного переключателя и блока выбора участков характеристики детекторов соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым и. пятым выходами блока управления.

На чертеже приведена структурная схема преобразователя.

Фазовый цифровой преобразователь содержит фазовые- детекторы 1 и 2, фазос4вигающий элемент 3, ключи 4 и 5, бло б кодовых уставок, преобразователь 7 напряжение-код, логический блок 8 определения октанта фазы, бло 9 выбора участка характеристики, первый, второй, третий, четвертый и пятый логические элементы ИЛИ 10-14, вычислительный блок 15, преобразователь 16 код-Фаза, двухпозиционный переключатель 17, и блок 18 управ- Ления.

Устройство работает следующим образом.

Входные напряжения J и (}, фазовый сдвиг Ч между которыми измеряется, подаются через двухпозиционный переключатель 17 на входы фазовых детекторов 1 и 2, U - непосредственно, а U- - через фазосдвигающий элемет 3 с фиксированным сдвигом фазы на ЭО, на второй вход детектора 2 и непосредственно на второй вход детектора 1, в результате чего выходная характеристика одного фазового детектора оказывается смещенной относительно выходной характеристики другого фазового.

Анализ полярности (знака фазы) и соотношения амплитуд выходных напряжений Uj, и и 5 фазовых детекторов 1 и 2 дает возможность разделения полного диапазона изменения фазового сдвига (0-360°) на восемь участков (октантов) по 45° каждый. Признак того или иного участка определяется блоком 8 определения октанта фазы.

В зависимости от признака октанта преобразователя 7 напряжение-код подключается напряжение Ug(или Uff) фазового детектора 1 ИЛИ 2, рабочий участок характеристики которого выбирается блоком выбора рабочего участка характеристики детектора 12.

Сигнал начала измерения, формируемый блоком 18 управления в момент времени, соответствующий включению устройства в режим однократного измерения фазового сдвига, поступает на вход блока 9 и управляет ключами или 5, подключая выход фазового детектора 1 или 2, преобразователя 7 напряжение-код. Ключи 4 или 5 остаются замкнутыми в течение всего цикла измерения, фиксируя тот или иной фазовый детектор, выходное напряжение которого преобразуется в частоту импульсов .

По сигналу блока 18 управления, поступающему на управляющий вход преобразователя 7 напряжение-код, формируется код, который соответствует определенным значениям фазового сдвига. Выходные шины блока 8 определения октанта подключены непосредственно и через логические элементы ИЛИ 12, 13 и 14 к блоку кодовых устдвок так, что последний в октанте 1 выдает код NO , соответствующий V 0° в октантах 2 и 3 - код NO,X соответсвующий Ч 90°, в октантах 4 и 5 - код No,5 соответствующий 180°, в октантах 6 и 7 - код N о, 4- . соответствующий Ч 270° и, наконец, в октанте 8 - код N 0,5 соответствующий 4 360°. К этому коду прибавляется (в нечетных 1,3,5 и 7-ом октантах), в которых имеется высокий потенциал на выходе логического элемента ИЛИ 10 - по одному из входов преобразователя напряжение-код или из этого кода вычитается (в четных 2,4, 6 и 8-ом октантах), в которых имеется высокий потенциал на выходе логического элемента ИЛИ 11 - по другому входу преобразователя 7 напряжениекод число импульсов пропорциональное кодируемому напряжению выбранного фазового детектора. В результате код соответствующий измеряемому фазовому сдвигу с точностью определяемой интегральной систематической погрешностью прямой цепи промежуточных преобразований фазовый сдвиг - напря жение - код, в которую входят фазовый детектор, ключ и преобразователь напряжение-код. Автоматической кор рекции этой погрешности служит вся последовательность дальнейших операций измерительно-вычислительного процесса. По сигналу с блока 18 управления, который поступает на управляющий пре образователь 7 напряжение-код, код, переписывается в вычислительный блок 15 и заносится в его память, где хра нится в течение всего цикла измерения, а далее поступает с выхода вычислительного блока 15 на вход преобразователя 16 код-фаза (дискретноуправляемый фазовращатель), который осуществляет его преобразование в на пряжение Уд, сдвинутое по фазе относ тельно опорного напряжения U-, на угол, пропорциональный ,. Преобразователь 16 код-фаза установлен фактически в обратной цепи всего устрой ства. По сигналу блока 18 управления двухпозиционный переключатель 17 устанавливается в положение П и напряжение о-з с выхода преобразователя 16 код-фаза подается на соответствующие входы фазовых детекторов, выходное напряжение одного из которых, выбранного ранее блоком 9, кодируетс в описанной выше последовательности преобразователем 7 напряжение-код и выдается в вычислительный блок 15, где выполняется операция Ч- - Nt| + N( -I ч- Результатом этой операции является скорректированный в первом цикле коррекции измерительно-вычислительно . го процесса результат N преобразова ния фазового сдвига Ч в цифровой код На втором такте по сигналу блока управления 16 код с выхода вычислительного блока 15 подается на вход преобразователя 16 код-фаза, который выполняет те же функции, что и в пер вом-цикле коррекции, формируя напряжение Ui, сдвинутое по фазе относи|тельно опорного напряжения LI, на угол, пропорциональный N . Это напряжение (в положение П двухпозицион ного переключателя 17) по сигналу блока 18 управления подается на соответствующие входы фазовых детекторов, выходное напряжение одного из которых кодируется посредством преобразователя напряжение-код также, как и в первом цикле коррекции. В ре.зультате образуется код if-j, который по сигналу блока 18 управления переносится в вычислительный блок IS, где выполняется операция ( N.JL N - N Ч-а + f-1 где Н - скорректированный во втором цикле коррекции результат преобразования V в код. Продолжая аналогично измерительновычислительный процесс, для цикла коррекции получаем NH NVI--, - N + Ncf - (3) Число циклов коррекции определяется в зависимости от требуемойточности измерения и задается блоком 18 управления. Подобная организация измерительновычислительного процесса позволяет осуществить коррекцию интегральной систематической погрешности прямой цепи промежуточных преобразований фазовый сдвиг - напряжение-код. Таким образом, за счет коррекции интегральной систематической погрешности прямой цепи промежуточных преобразований увеличивается точность устройства. Формула изобретения Цифровой фазовый преобразователь, содержащий первый и второй фазовые детекторы, одни входы которых соединены, а второй вход первого соединен через фазосдвигающий элемент со вто- рым входом второго фазового детектора, выходы первого и второго фазовых детекторов через первый и второй ключи соответственно подсоединены к первому входу преобразователя напряжениекод, выходы первого и второго фазовых детекторов подсоединены соответственно к первому и второму входам блока определения октанта, восемь выходов которого (четные и нечетные) присоединены соответственно к входам первого и второго элементов ИЛИ, выходы которых соединены соответственно .с в торым и третьим входами преобразователя напряжение-код, четвертый вход которого соединен с выходом блока кодовых уставок, первый и пятый входы которого соединены с первым и восьмым выходами блока определения октанта, второй и третий, четвертый и пятый, шестой и седьмой выходы которого соединены с первым и вторым входами соответственно третьего, четвертого и пятого элементов ИЛИ, выходы которых присоединены соответственно к второму, третьему- и четвертому входам блока кодовых уставок, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он снабжен двухпозиционным переключателем, преобразователем код-фаза, блоком управления, блоком выбора участков характеристики детекторов и блок вычисления, причем выходы блока определения октант соединены с одинаковыми по номеру входами блока выбора участков характеристики детекторов, первый и второй выходы которого соединены .с управляющими входами первого и второго ключей соответственно, первые входы фазовых детекторов соединены выходом двухпозиционного переключателя, один из входов которого присоединен к выходу преобразова-. теля код-фаза, вход которогосоединен с выходом блока вычисления, вход которого подсоединен к выходу преобразователя напряжение-код, первый и второй управляющие входы которого, а также управляющие входы вычислительного блока двухпозиционного переключателя и блока выбора участков характеристики детекторов соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертый и пятым выходами блока управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР . 336794, кл. Н 02 К 13/02, 1970.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2534570/21,

кл. G 01 R 25/00, 1977.

во«- «л4тч - 14 (4 I

as