Цифровое фазометрическое устрой-CTBO Советский патент 1981 года по МПК G01R25/08 

(54)цифреВОЕ ФАЗОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может найти при менение в фазометрических системах ти па радиорефрактометров. Известно устройство, содержащее генератор счетных импульсовj счетный триггер, два компаратора, элементы совпадения , элемент ИЛИ в цифровой индикатор Dl. Недостатком этого устройство является невысокая точность измерения,. Известно также устройство, позволяющее производить измерение разности фаз между двумя последовательностями резонансных импульсов, инвариантное к крутизне фронтов и амплитудам импул сов, которое содержит генератор счетных импульсов, счетный триггер, RS триггер, инвертор, три элемента совпадения, элемент ИЛИ, два компаратора счетчик и индикатор . Однако известное устройство не обеспечивает достоверное измерение разности фаз в тех случаях, koгдa импульсы, принадлежащие к разным последовательностям, частично или полностью совпадают во времени. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей фазометра, а именно получение достоверного значения разности фаз при любом взаимном положении импульсов, принадлежащих к разным последовательностям. Поставленная цель достигается тем, что в цифровое фазометрическое устройство, содержащее генератор счетных импульсов, соединенный со счетньм триггером, два соединенных между собой входами компаратора, выходы которых через первый и второй элементы совпадения соединены с первым и вторым входами элемента ИЛИ, выход которого через счетчик соединен со входом индикатора, R5 -триггер, соединенный R.входом с выходом второго компаратора, а 6 - входом - с выходом первого компаратора и через инвертор и третий элемент совпадения - с третьим входом элемента ИЛИ выход RS -триггера подключен к первому входу третьего элемента собпадения, второй вход которого соединен с выходом генератора счет ных импульсов, выход счетного триггера соединен со вторыми входами первого и второго элементов совпадения, введены -шемент И-НЕ, R5 -триггер управления, а в качестве счетчика использования реверсивный счетчик, вычитающий и суммирующийвходы которого соединены соответственно с нулевым и е-.диничным выходами 8S -тригг ра управления, S - вход которого сое динен с выходом первого компаратора и первым входом элемента И-НЕ, а R вход-, с выходом второго компаратора и вторым входом элемента И-НЕ. выход ко торого соединен с третьими входами первого и второго элементов совпадения. На фиг. 2 изображена функциональна схема цифрового фазометрического устройства; на фиг, 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу. Устройство содержит генератор 1 счетных импульсов, выход которого через счетный.триггер 2 соединен с входами первого 3 и второго 4 элементов совпадения и непосредственно подключен ко второму входу третьего элемента 5 совпадения. Выходы элементов 3-5 ссвпсдения, через элемент ИЛИ 6 соединены с входом реверсивного счетчика 7, выход которого подключен к цифровому индикатору 8. Первый вход элемента 3 совпадения соединен с входом инвертора 9,6 -вход ЕЯ- триггера 10, первым входом элемента И-НЕ 11, 5-входов; . RS-триггер 12 управления и выходом первого компа ратора 13. Первый вход элемента 4 сов падения поц пючен ко второму входу элемента И-НЕ 11, к Р -входам RS триггера 10 и RS -триггера 12 управле ния и выходу второго компаратора 14. Вьпход элемента И-НЕ 1 1 соединен с тре тьими входами элементов 3 и 4 совпадения. Выход инвертора 9 подключен к третьему входу элемента 5 совпадения первый вход которого соединен с единичным выходом ES -тригера 10. Вычитающий и суммирующий входы реверсивного счетчика 7 подключены соот ветственно к нулевому и единичному выходам RS -триггера 12 управления. Из двух последовательностей резонансных импульсов комапараторы 13 и 14 формируют две последовательнЬсти 8 .4 рямоугольных импульсов с длительносями соответственно (t - -t , ) -h л - ка иа) где -t,, и t оменты равенства напряжения порогового ровня Upi напряжениям переднего и аднего фронтов резонансного импульса ервой (опережающей}последовательноеи; )- аналогичные моменты для езонансного импульса второй отстаюей последовательности. На временных диаграммах(фиг. 2) риведены возможные соотношения между игналами в точках А и Б схемы. Величиа временного интервала bt , соответсующая величине измеряемой разности аз двух последовательностей реэонансых импульсов, о.пределяется по формуле . . ..ИГ At- п После тождественного преобразования ормула 1 принимает вид M. . . ) t-HrtHi , ... ка t ;; Все указанные формулы тождественны .друг, другу. в случаеi когда фазовый сдвиг между импульсами последовательностей аналогичен сдвигу, указанному на фиг. 2, а, устройство реализует формулу 2 т.е. измеряет сумму половины длительностей импульсов и длительности интервала между концом первого импульса и началом второго. Формула (3) реализуется в уст;ройстве при фазовом сдвиге, приведенном на фиг. 2 б. Искомый временной интервал при этом равен сумме половин длительностей интервалов между началами и между концами импульсов. Диаграммам на фиг. 2в и 2 г соответствуют формулы (4 и(5). В этих случаях устройство измеряет разность, полов.ин длительностей между началами и между концами (фиг. 2 в) либо между ж)нцами и между началами (фиг.2г) импульсов. В исходном положении RS-триггер 10 и RS - триггер I2 управления находятся в нулевом COCTOHHHHJ реверсивный счетчик 7 обнулен и готов к работе на вычи1ание (благодаря единичнсму сигналу на нулевом выходе RS-триггера 12 управления). Элементы 3-5 совпадеНИН затерты нулевьсми сигналами соответственно с выходов компараторов 13 и 1А и с единичного выхода RS - триггера 10. На выходе элемента И-НЕ 11 присутствует единичный сигнал.

В соответствии с четырьмя возможными случаями соотношений между сигналами в точках А и Б схемы имеют место четыре варианта функционировани устройства. ,

Вариант 1. Сдвиг между импульсами аналогичен приведенному на фиг. 2 а.

Сформированный прямоугольный импульс первой последовательности,поступая с выхода компаратора 13 на вход20

элемента 3 совпадения, разрешает прохождение с выхода счетного триггера 2 через элемент 3 соБпадения, элемент ИЛИ 6 на вход реверсивного счетчика 7 импульсов, частота которых в два раза ниже частоты счетных импульсов, поступающих с выхода генер1атора 1 .

При этом в реверсивный счетчик 7 поступает такое число счетных импульсов, которое соответствует величине интервала временой -равной -tcKi LJtju . Реверсивный счетчик 7 в данном случае работает на сложение, так как передний фронт сигнала на выходе компаратора 13 переключает RS-триггер 12 управления в едичное состояние. Этим же фронтом переключа ется в единчное состояние RS-триггер 10, что, однако, не пррВодит к отпиранию элемента 5 совпадения, поскольку на его другом входе присутствует нулевой сигнал с выхода инвертора 9. По окончании.импульса на компаратора 13 на выход реверсивного счетчика 7 через эмент- 5 совпадения начинают поступать счетные импульсы непосредственно с выхода генератора 1. Отпирание элемента 5 совпадения обеспечивается единичными сигналами с выхода инвертора 9 и единичного выхода RS-триггера 10,

Измерение интервала (ц-Ъ заканчивается в момент появления переднего фронта сигнала на выходе компаратора 14 за счет переключения в нулевое состояние RS-триггера 10. Одновременно указанный сигнал отпирает элемент 4 совпадения и обеспечивает прохождение с выхода счетного триггера 2 на вход реверсивного счетчика 7 такого к(3личества импульсов, которое cooTBeTCT- вует величине интервала времени, равной . Прохождение счетных импульсов через элемент 4 совпадения прекращается в момент окончания ипульса на выходе компаратора 14. В этот момент (задним фронтом импульса на выходе компаратора 14) RS-триггер 12 управления и переключается в нулевое, исходное состояние.

Тацсим образом, во-первых работая весь цикл измерения на сложение, реверсквный счетчик 7 накопил такое колчество счетных импульсов, которое соответствует временному сдвигу д t между резона:нсными импульсами последовательностей, при этом на цифровом индикаторе 8 отображается значение измеряемой разности фаз. Во-вторых,

3 и 4 совпадения не оказывал, так как импульсы на выходах компараторов 13 и 14 ке совпадали во времени.

Вариант 2. Сдвиг между импульсами последовательностей аналогичен привеэдекному на фиг. 26.

В этом случае функционирование, устройства имеет следующие отличия от функционирования по варианту 1:

а)Элемент 5 совпадения находится постоянно в запертом состоянии, так к RS-триггер 10 переключателя в нулевое состояние ранее, чем появляется единичныйсигнал ьа выходе инвертора

9J .

б)Элемент 3 совпадения обеспечивает прохождение импульсов с выхода счетного триг гера 2 только до момента появления сигнала на выхсдё компаратора 14;

в) Элемент 4 совпадения начинает пропускать импульсы, с выхода счетного триггера 2 только по окончании сигнал на выходе компаргтора 13,

Запирание элементов 3 и 4 совпа- . дения на время совпадения импульсов последовательностей ,| осуществляется нулевым сигналом с выхода элемента И-НЕ 11,

Таким образом, нёрез элемент 3 совпадения пройдет такое количество счетных импульсов, которое эквивалентно врем«.нному интервалу а через : элемент 4 совпадения - временному интервалу

Накопленное реверсквным счетчиком 7 суммарное количество счетных имэлемент И-НЕ 11 влияние на элементы .784 пульсов и составит искомый временной интервал Д1/. Вариант 3. Сдвиг между импульсами последовательностей соответствует указанном на фиг.. 2 в, Работа устройства в этом случае имеет следующие отличья по сравнению с его работой по варианту 1: а)Элеме11Т 5 совпадения постоянно заперт, поскольку RE-триггер 10 пе- Q реключается в нулевое состояние ране чем на выходе и вертора 9 появляется единичный сигнал(нгличие единичного сигнала на 5-входе RS-триггера 10 препятствует его. переключению в нулевое состояние, под воздействием единичного сигнала на R-входе, так как S- вход является динамическим, т, е переключение в единичноё состоя ни.е происходит только в момент появления переднего фронта сигнала; б) Элемент 4 совпадения заперт при наличии сигнала на выходе компа ратора 14 н -левым сигналом с выхода элемента И-НЕ 11; в). Последним сигналоь в тот же интервал времени заперт и элемент 3 совпадения; г По заднему фронту импульса на выходе компаратора 14 RS-триггер 12 управления переключается в нулевое состояние, что приводит к работе с этого момента времени реверсивного счетчика 7 на вычитание (RS-тригге 12 управления переключается в нулево состояние беспрепятственно, так как его входа являются динамическими, S -вход срабатывает только по перед нему фронту импульса, а R - вход только по заднему фронту). Следовательно, через элемент 3 совпаде131я в реверсивный счетчик 7 поступает такое количество счетных импульсов, которое соответствует инт fcw - t-ii и -i. рвалам времени а накопленное реверсивным L.чeтчикoм i7 разностное количество счетпых импульсов и составит искомый временной интервал Ь.Ь, Вариант 4. Сдвиг между импульсами последовательностей аналогичен приведенному на фиг. 2г. По сравнению с описанной по варианту 1 работой устройства в этом случае имеются следующие особенности з) Элемент 5 совпадения постоянно заперт нулёёым сигналом с единичного выхода R -триггера 10; б) Постоянно эаперт элемент 3 совпадения (при наличии сигнала на выходе KoKinapaTOpa .13) нулевым сигналом с вы-, хода элемента. И-НЕ.11;. в)По этой же причине в этот же интервал времени запирается и элемент 4 совпадения; г)Реверсивный счетчик 7 до момента появления переднего фронта сигнала на выходе компаратора 13 работает на.вычитание, а только затем на сложение. Следовательно, импульсы поступают в реверсивный счетчик 7 только через элемент 4 совпадения в количестве, эквивалентном величинам и причем первая величина накапливается реверсивным счетчиком 7 с знаком минус, а вторая - со знаком плюс. Образующаяся в реверсивном счетчике 7 разность и является искомой величиной интервала . образом предлагаемое фазометрическое устройство по Сравнению с известным имеет более широкие функциональные возможности, а именно, позволяет получать достоверное значение измеряемой разности фаз при любом взаимном расположении импульсов обеих последовательностей. Формула изобретения Цифровое фазометрическое устрой ° содержащее генератор счетных импульсов, соединенный со счетным триггером, два соединенных между собой входами компаратора, выходы которых через первый и второй элементы совпадения соединены с первым и вторым входами элемента ИЛИ, выход которого через счетчик соединен со входом индикатора, RS -триггер, соединенный выходом второго компаратора, а & -входом - с выходом первого компаратора и через инвертор и третий элемент совпадения - с третьим входом элемента ИЛИ, выход RS-триггера подключен к первому входу третьего элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов, выход счетного триггера соединен со вторыми входами первого и второго элементов совпадения о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены элемент И-НЕ RS-триггер управления, а в качестве

счетчика использован реверсивиый . счетчик Вычитающий и суммирующий вхо; ды которого соединены соответственно с нулевым и единичным выходами RSтриггера управления, S -вход которого, соединен с выходом первого компаратора и первым входом элемента И-НЕ, а R - вход - с выходом второго компаратора и вторым входом элемента

И-НЕ, выход которого соедииен с третьими входами первого и второго элементов совпадения.

Истонники информации,

принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР 658501, кл. G 01 Е 25/08, 1976.