Следящий цифровой фазометр Советский патент 1981 года по МПК G01R25/08 

1

Изобретение относится к электрическим измерительным приборам, а точг неек устройствам измерения фазового угла, и может быть использов ано в различных цифровых измерителях фазы, в том числе в системах с временной селекцией сигналов, в частности, в радионавигации.

Известен цифровой фазометр, измеряющий разность фаз между сигналами одинаковой частоты, поступающими в различное время И

Однако он характеризуется заниженным быстродействием измерений и недостаточной структурной надежностью за счет того, что слежение за фазами поступающих сигналов и измерение разности фаз производится различными узлами, при этом сбой в узле измерителе повлечет за собой ошибочный результат.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство измерения фазы, содержащее опорный генератор, два формирователя входных сигналов, источник стробов синхронизации, Д1;а узла слежения за фазами поступающих сигналов с узлами осреднения и делителями, преобразователь время-код, счетчик долей периода, различитель, счетчик целых периодов. В устройстве отслеживание фазы сигнала с формирователя входных сигналов производится узлом слежения во время поступления строба синхронизации путем добавления либо исключения импульсов в сигнале опорного генератора. С выхода узла слежения скорректированная частота опорtoного генератора поступает в делитель, сигнал на выходе которого равен по частоте BxojEtkoMy сигналу. Процесс подстройки пррдолжается до тех пор, пока разность фаз между входным

15 сигналом и сигналом с вьисода делителя не станет равной нулю. Во время отсутствия строба опроса сигнал опорного генератора не корректируется и фаза сигнала на выходе делителя сохраняется постоянной. Измерение собственно разности фаз производится способом бремя-импульсного кодиро вания с использованием преобразователя время-код, с которого

25 пачки импульсов поступают на счетчик долей перехода. Увеличение или уменьшение кода в счетчике целых периодов производится с помощью дополнительного различитеЗД ля 2 .

Недостатком известного устройства является то, что сначала производится отслеживание фаз поступающих сигналов, а затем - измерение разности фаз мсищу ними, что приводит к снижению быстродействия процесса измерений. Кроме того, отсчет измеренной разности фаз невозможно снять со счетчика долей перехода в любое требуемое время, так как отсчет сохраняется в счетчике в течение заданного времени после окончания подсчета импульсов в пачке с преобразователя время-код. После этого счетчик обнуляется и начинается счет импульсов в следующей пачке.

Цель изобретения - повышение быстродействия измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в следящем цифровом фазометре, содержащем опорный генератор, два формирователя входных сигналов, источник стробов синхронизации, последовательно соединенные узел слежения за фазой сигнала, узел осреднения и делитель , счетчик долей периода, счетчи целых периодов, где входы узла слежения за фазой сигнала соединены с выходом делителя выходом опорного генератора, выходом одного из формирователей входного сигнала и выходом источника, стробов, введены осредняпщий счетчик и компаратор кодов, входы сравнения которого соединены с выходом каждого разряда делителя и соответствующими разрядами счетчика долей периода, а выход соединен со счетным входом осредняющего счетчика, разрешаквдий вход которого соединен с источником стробов синхронизации, при этом осреднякадий счетчик соединен со счетчиком долей периода, соединенным со счетчиком целых периодов и реверсйрукэщие входы их соединены с выходом второго формирователя входных сигналов,

На фиг. 1 представлена структурная схема следящего цифрового фазометра; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.

Следящий цифровой фазометр содержит опорный генератор 1, формирователи 2 и 3 входных сигналов, источник 4 стробов синхронизации, узел 5 слежения, узел б осреднения, делитель 7, компаратор 8 Кодов,осредняющий реверсивный счетчик 9, реверсивный счетчик 10 долей периода, реверсивный счетчик 11 целых циклов..

Опорный генератор 1 является источником образцового сигнала,частота которого определяется требуемой точностью измерений и частотой входного сигнала, формирователи 2 и 3 пробразуют поступающие,сигналы к виду, необходимому для работы узлов фазометра, причем формирователь 3, соединенный с реверсивными счетчиками.

представляет собой преобразогатель синусоида-меандр. Источник 4 стробов синхронизации формирует .сигналы разрешения работы узлов слежения в соответствии с временем поступления входных сигналов. Узел 5 сЛежения предназначен для коррекции частоты опорного генератора 1 с целью устранения рассогласования по фазе входного сигнала и сигнала на выходе делителя 7. Узел б осреднения позволяет ослабить влияние флуктуирующих пся4ех и придать фазометру свойства, эквивалентные устройствам с узкой полосойПропускания. Скорректированный узлом 5 слежения сигнал опорного генератора 1 поступает на вход делителя 7, сигнал на выходе которого по частоте равен частоте входного сигнала. В результате устранения рассогласования сигнал на выходе делителя 7 синфазирован с сигналом, поступающим с выхода формирователя 2 на вход узла 5 слежения. Компаратор 8 кодов предназначен для выработки импульса равенства кодов в мсялент совпадения веса кода делителя 7 и веса кода реверсивного счетчика 10. Обязательным условием работоспособности устройства является равенство количества разрядов делителя. 7 с одной стороны и реверсивного счетчика 10 с другой, соединенных с компаратором 8 кодов.Кроме того, в случае использования обратных связей в делителе 7 и реверсивном счетчике 10 характер их должен быть одинаковым. В противном случае, если коды делителя 7 и реверсивного счетчика 10 равны одному и тому же числу, а веса разрядов резличны, на выходе компаратора 8 кодов не образуется импульс равенства,что приведе к неработоспособности устройства.Дли тельность импульса компаратора 8 равна времени, в течение которого ве кода делителя 7 остается равным весу кода реверсивного счетчика 10, так как код делителя 7 изменится в соответствии с частотой опорного сигнала генератора 1, то длительность импульса компаратора 8 кодов равна одному периоду опорной частоты. Частот повторения импульсов определяется временем цикла делителя 7. Если частота входного сигнала равна ft, э коэффициент деления счетчика равен N, то частота опорного генератора 1 определяется как for с N. Поскольк одинаковые числа повторяются в делителе 7 через N периодов опорной частоты, то периодичность импульсов с компаратора 8 равна «. .е. частоте входного сигнала.Отсюда вытекает еще одно условие работоспособности устройства: равенство частоты входного сигнала f(. частоте с делителя 7 fд и частоте образования импульсов компаратора fj ,т.е.

f . Осреднянмий реверсив С Ч

ный счетчик 9, так же как и узел 6 осреднения, предназначен для уменьшения влияния флуктуационных помех. Количество разрядов счетчика 9 выбирается из условия обеспечения одинаковых условий осреднений при работе двух входных сигналов. Реверсивный счетчик 11 имеет необходимое количество разрядов.

Устройство работает следующим образом.,

Стру1$турно фазометр можно рассмотреть в виде двух частей. Первая, в состав которой входит опорный генератор 1, один формирователь 2 входного сигнала, источник 4 стробов синхронизации, узел 5 слежения,узел б осреднения, делитель 7, осуществляет слежение за Фазой одного входного сигнала. Вторая, в состав которой входит другой формирователь 3 дзходного сигнала, источник 4 стробов Юинхронизации, делитель 7, компаратор 8 кодов, осредняклций реверсивный счетчик 9, 1реверсивный счетчик 10, реверсивный счетчик 11 производит слежение за.фазой второго входного сигнала с одновременным измерением разности фаз между двумя поступающими сигналами. Сравнение фазы первого входного сигнала с сигналом с выхода делителя 7 производится в узле 5 слежения, в котором определяется.направление коррекции фазы сигнала с делителя 7 и вырабатываются импульсы добавления, либо исключения, посредством которых корректируется сигнал с опорного генератора 1. В узле б производится осреднение сигналов коррекции. Код делителя 7 непрерывно меняется в соответствии с поступающей частотой, причем задний фронт сигнала Тд с последнего разряду- делителя 7 образуется в момент, когда вес кода делителя 7 становится равным нулю. После этого в делителе начинает Ъя очередной цикл счета импульсов. Задний фронт сигнала с делителя 7 синфазируется с задним фронтом сигнала fc-, , поступающего с формирователя 2. Изменяквдийся код делителя 7 посредством компаратора 8 кодов сравнивается с кодом, хранящимся в реверсивном счетчике 10. В момент совпадения кодов образуется импульс равенства, который поступает на счетны вход осреднякяцего реверсивного счетчика 9. Направление счета в реверсивных счетчиках 9-11 изменяется в соответствии с сигналом с формирователя 3 входных сигналов. Во время положительного полупериода они работают в режиме сложения, во время отрицательного - и в режиме вычитания.

Рассмотрим временные диаграммы работы устройства, показанные на фиг.2.

Пусть сигнал с делителя 7f синфазирован с входным сигналом fg,а разность фаз между сигналом с делителя .и вторым входным сигналом равна А ч (фиг.2а). Пусть в начальный момент вес кода в счетчике 10 равен т. Тогда при наборе в делителе 7 того же числа m происходит совпадение кодов и на выходе компаратора 8 образуется импульс равен- ства кодов. При этом импульсы с компаратора 8 поступают на вход осредняющего счетчика 9 во время работы счетчиков 9 и 11 в режиме вычитания. При поступлении строба разрешения счета от источника 4 стробов код 5 счетчика 9 начинает уменьшаться импульсами с компаратора 8. При переполнении осреднякщего счетчика 9 вес кода счетчика 10 уменьшается на единицу и становится равным т-1.Совпадение кодов теперь происходит при наборе 13 делитель 7 того же числа т-1, что соответствует появлению импульса равенства на один период опорной частоты или-сдвигу влево в

5 сторону опережения по шкале времени. Поскольку импульсы компаратора 8 и в этом случае продолжают поступать при работе счетчиков 9-11 в режиме вычитания, то код осредняющего счетQ чика 9 продолжает уменьшаться, при переполнении его уменьшается код счетчика 10, что приводит к дальнейшему сдвигу .влево импульсов компаратора (фиг.2б). Наконец наступает

момент, когд импульс с компаратора совпадает с задним фронтом сигнала fci (фиг.2в). Дальнейшее движение импульсов компаратора влево невозможно, так как в этом случае он должен поступать на счетчики 9-11 во

0 время работы последних в режиме сложения (фиг.2г), что приведет сначала к переполнению осредняюадего реверсивного счетчика 9 а затем - к увеличению кода в счетчике 10, что вызовет сдвиг импульсов компаратора вправо опять вплоть до совпадения с задним фронтом сигнала fCfj.Таким образом, происходит привязка импульсов компаратора 8 к заднему фронту

Q входного сигнала fcj- Вес кода делителя 7, последовательно изменяясь от О до N-1 (где N - коэффициент деления делителя 7}, однозначно равен всем возможным значениям фазы сигнала делителя f. При этом, с одной

стороны, импульс компаратора 8 характеризует значение фазы сигнала делителя fд в данный момент времени, а с другой, он отслеживает задний фронт входного сигнала fcj.TaО КИМ образом, значащий момент входного сигнала оказывается привязанным к временной шкале фазы сигнала делителя f. Поскольку положение импульса компаратора на временной

5 шкале фазы сигнала делителя f однозйачно определяется кодом счетчика 10, то этот код является мерой разности делителя f. и входного сигнала fca- 4 как сигнал делителя синфазирован с входным сигналом, то код счетчика 10 является мерой разности фаз двух входных сигналов. Для повышения точности измерений необходимо увеличивать количество разрядов у делителя 7 и у реверсивного счетчика . 10 с cooтвeтcтвsaoщим увеличением ячеек сравнения в компараторе 8 кодов. Изменение кода реверсивного счетчика 11 происходит при переполнении реверсивного счетчика 10 в соответствии с полярностью входного сигнала.

Предлагаемое устройство позволяет избавиться от последовательного процесса получения конечного результата: сначала отслеживания фаз поступающих сигналов,а затем - измерени разности фаз между ними. В нем. проце сы отслеживания и измерения производятся параллельно, с получением конечного результата непосредственно после окончания процесса отслежийания, вследствие чего увеличивается быстродействие измерений. Кроме тог достигается непрерывность в снятии отсчета за счет того, что код счетчика долей периода, характеризуя измеренную разность фаз, сохраняет свой вес при постоянстве последней и изменяется только при приращениях разности фаз.

Необход1лмо отметить, что в случае сбоя в реверсивном счетчике долей периода, происходит самопоправка устройства.

Формула изобретения

Следящий цифровой фазометр,содержащий опорный генератор, два формирователя входных сигналов, источник стробов синхронизации, последовательно соединенные узел слежения за фазой сигнала, узел осреднения и делитель, счетчик долей периода, счетчик целых периодов, где входы узла слежения за фазой сигнала соединены с выходом делителя, выходом опорного генератора, выходом одного из формирователей входного сигнала и выходом источника стробов, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия измерений, введены осредняющий счетчик и компаратор кодов, входы сравнения которого соединены с выходом каждого разряда делителя и соответствующими разрядам счетчика долей периода, а выход соединен со счетным входом осредняющего счетчика,разрешающий вход которого соединен с источником стробов синхронизации, при этом осредняющий счетчик соединен со счетчиком долей пе- риода, соединенным со счетчиком целых периодов, и реверсирующие входы и соединены с выходом второго формирователя входных сигналов.

ft

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Заявка ФРГ 1516084, кл. G 01 R 25/00, 1970.

2.Техническое описание изделия РО ОЦ i.400.14lTO.

-Jr

f

$ъ

C-J

J

L

.i

«

Ж

-S.

r

-TlI

%5

ч

«г

«41