Цифровой фазометр среднего значения Советский патент 1982 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к радиоизмерительной и вычислительной технике и может быть использовано в радионавигационных устройствах, а также в устройствах автоматики и вычислитель ной техники. Известен цифровой фазометр с постоянным измерительным временем, содержащий формирующие устройства, три геры, времязадающий блрк, элементы совпадений, генератор счетных импульсов, индикаторный счетчик, делители частоты, дешифраторы, элементы пуска с синхронизацией ГП. Это устройство предназначено в основном для работы с сигналами в |низкоч1астотной области ипё может быть использовано в среднечастотной (порядка сотен килогерц) по причине существенного увеличения ошибки кванто вания временных интервалов, пропорциональных сдвигу фаз контролируемых сигналов, при постоянном времени измерения . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения разности фаз, содержащее два формирухяцих блока, выходы которых соединены со входом триггера, подключенного выходом к первому входу элемента И, второй вход которой соединен с выходом генератора квантующих импульсов, а выход - со счетчиком, делитель частоты, вход которого соединен с одним из двух формирующих блоков непосредственно, а с другим - через упомянутый триггер, а выход соедине н со входом второго триггера, подключенного выходом ко входам первого и второго элементов И, а также третий формирующий блок, имеющий общий вход со вторым, а выходом подключенный через третий триггер ко входу второго элемента И,- второй вход которого соединен с генератором квантующих импульсов, а выход - со вторым (четчиком, выходы обоих счетчиков через арифметический блок подключены к общему выходу 2.

Наряду с известными достоинствами цифрового метода измерения среднего значения .сдвига фаз за постоянное число периодов контролируемого сигнала известный фазометр имеет ограниченную полосу рабочих частот и существенную погрешность измерения в области средних частот. Это можно объяснить тем, что при измерениях сдвигов фаз отношения числа квантующих импульсов, заполняющих п-периодов контролируемьрс сигналов, к числу квантующих импульсов, заполняющих временные интервалы, пропорциональные сдвигу фаз, оказываются н эквивалентными на низких (порядка сотен герц) и высоких (порядка сотен килогерц) частотах контролируемых сигналов. Это связано прежде всего с тем, что при фиксированной частоте генератора квантующих импульсов ошибка квантования временных интервалов существенно возрастает с увеличением частоты контролируемых сигналов и для расширения полосы рабочих частот и уменьшения погрещностй измерения сдвига фаз контролируемых сигналов в области средних частот необходимо увеличивать частоту квантующих им пульсов. Однако при увеличении частоты генератора квантующих импульсов в известном фазометре для нормальной работы устройства в области низких частот требуется организация.многоразрядного арифметического блока, что .Существенно усложняет фазометр. Устрагшть указанный недостаток можно введением в фазометр блока, позволяющего автоматически выбрать частоту квантующих импульсов. краткую частоте контролируемого сигнала.

Цель изобретения - повьшение точности.

Поставленная цель достигается тем что в устройство, содержащее первый и второй формирующие блоки, выходы которых соединены с соответствующими входами первого триггера, подключенного к первому входу первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора, а третий - с выходом второго триггера, вход которого подключен к выходу первого делителя частоты, первый счетчик, вход которого соединен с выходом первого элемента И, второй счетчик, вход которого соединен с вькодом второго

элемента. И, введены третий элемент И, одиниз входов которого подключен к выходу второго формирукицего блока, а выход - ко входу второго счетчика, первый синхронизирукиций блок, первый вход которого является входом пуска, второй соединен с выходом второго триггера, второй синхронизирующий блок, первый вход кйторого соединен с выходом первого синхронизирующего блока, второй - с выходом второго формирунщего блока, а выход - с соответствующими входами первого и второго элементов И, времязаданщий блок, 5 вход которого подключен к выходу первого синхронизирующего блока, а выходы - к третьему элементу И и второму синхронизирующему блоку соответственно, элемент НЕ, т-канальный селекторQ мультиплексор и второй делитель частоты, вход которого соединен через элемент НЕ с выходом генератора, а . выходы - со входом времязадающего блока и управляющими входами т-каналь5 ного селектора-мультиплексора, информационные . входы каналов которого соединены соответствующим образом с выходами второго счетчика, а выходс четвертым входом первого элемента И,

На чертеже показана блок-схема цифрового фазометра среднего значения, поясняющая его работу.

Устройство состоит из формирующих блоков 1 и 2, выходы которых подключены к входам триггера 3, триггер 4, выход которого подключен к одному из входов элемента И 5,элемента И 6 и 7,соответствующие входы которых непосредственно соединены с выходом форьшрующего блока 2, а выход элемента И подключен непосредственно к входу делителя 8 частоты на (п + 1), . выход которого соединен с входом триггера 4, второй делитель 9 квантующей частоты, счетчик 10, вход которого подключен к выходу элемента И 5, счетчик 11, подк1рочен{1ый к выходу элемента И 7, генератор 12 квантующих импульсов, выходы которого подключены к одному из входов элемента И 5 и через элемент НЕ 13 к выходу делителя 9 квантующей частоты, т-канальный селектор, мультиплексор 14, управляющие входы которого подкгаоче5 ны к выходам делителя 9, а информационные входы каналов соединены соот/Ьетствующим образом с выходами счетчика 11. Выход т-канального селекто59pa мультиплексора подключен к входу элемента И 5. Фазометр содержит также времязада ющий блок 15, один из входов которого подключен к выходу делителя 9 квантующей частоты, а второй - к выходу первого синхронизирующего блока 16, второй выход.которого соединен с входом второго синхронизирующе го блока 17, а вход - с внешним входом пуска. Выход синхронизирующего блока 17 подключен к входам элементов И 5 и б, а второй и третий входы - к выходам времязадающего блока 15 и формирующего блока 2 соответственно. Работает устройство следующим образом. В исходном состоянии- счетчики 10 и 11, делитель 8 частоты на (п + 1) находятся в нулевом состоянии, триггер 4 - в единичном состоянии, в синхронизирующие блоки I6 и 17 выклю чены, блокируя тем самым прохождение импульсов контролируемых сигналов на вход счетчика 11, через элемент И 7 и импульсов квантующей частоты на вход счетчика 10 через элемент И 5. С приходом разрешающего импульса пус ка включается первый синхронизирующи блок 16, подготавливающий к работе второй синхронизирующий блок 17 и осуществляющий запуск времязадающего блока 15, в котором из последователь ности импульсов частоты fjj/1, поступающих с выхода делителя 9 квантующи импульсов, вырабатывается импульс с калиброванной длительностью В тече1дае времени г,(дд,бР элемент И 7 пропускает импульсы с выхода формиру нщего блока 2 на вход счетчика 11, в котором запоминается код-контролируе мой частоты, т. е. S,- J. калибр где Y - п-ая контролируемая частота - О ; 1, в зависимости от логического состояния разря дов счетчика П; вес т-ого разряда счетчика 11 . С окончанием импульса приходом очередного импульса с выхода формирующего блока 2 срабатывает второй синхронизирующий блок 17, осу ществляющий синхронизацию начала сче 6 6 та числа квантующих импульсов, заполнякнцих сформированные- триггером 3 вре менные интервалы Atj, пропорциональные сдвигу фаз контролируемых сигналов, по переднему фронту импульса контролируемого опорного сигнала U. При этом одновременно открывается эле мент И 6, пропуская на вход делителя 8 частоты на (п + 1) импульсы контролируемой частоты с выхода формирующего блока 2. Частота квантующих импульсов выбирается автоматически в процессе rtoртупления импульсов контролируемой частоты fxn и счетчики 11 т-каналь- ным селектором-мультиплексором 14, подключенным выходом к элементу И 5. Информационные входы каналов т-канального селектора-мультиплексора 14 соединены между собой и с выходами счетчика I1 таким образом, что при подключении соответствующих каналов к выходу т-канального селектора-мультиплексора 14 с помощью управляющего двоичного кода, получаемого в процессе деления частоты fg генератора квантуницих импульсов делителя 9 квантующей частоты, выход его непрерывно отображает состояние информационных каналов в виде логических состояний а счетчика 11. При этом совпадающие во времени разрешенные (единичные) состояния выхода т-канального селектора-мультиплексора 14 и импульсы генератора квантующих импульсов частоты f(j проходят через элемент И 5 и подсчитываются, счетчиком 10, При поступлении на вход делителя 8 частоты на (п 1) (п + 1)-ого им пульса срабатывает триггер 4, запрещая прохождение пачек счетных импульсов через элемент И 5, а на вы- . ходе счетШка-10 фиксируется код, соответствующий фазовому сдвигу контролируемых сигналов. Для любой контролируемой частоты f частота заполнения временных интервалов Л tj, пропорциональных фазовому сдвигу, синтезированная ГО-канальным селекторомтмультиплексором 14 и импульсами генератора квантующих импульсов частоты fj, описывается выражение 1 fo.n За .п JL 0 Для получения кратности, равной -- мезщу последовательностью импульсов синтезированной частоты и контролируемой, частота генератора квантующих импульсов должна быть выб - ЛП -fip f- л рана как fn 2п TridX ; где , максимальная частота контролируемых сигналов равная числу импульсов, полностью заполнивших счетчик П за время N - число периодов контролируемых сигналов, но осуществляется усреднение фазы; К - коэффициент, определяющий точность изменения фазы. Цифровой фазометр среднего значения реализует известную формулу - ь.ю I ч , ---, jH X число имггульсов, подсчитанное счетчиком 10 и пропорциональное сдвигу фаз контролируемых сигналов;число периодов контролируемых .сигналов, в течение которых осуществляется измерение; 4tj-j-u временной интервал, соответствующий фазовому сдвигу контролируемых сиг налов; период контролируемых сиг налов. Изобретение сравнительно простыми средствами устраняет недостаток известных цифровых фазометров и позволяет путем автоматического выбора частоты квантующих импульсов, краткой частоте контролируемого сигнала, устранит погрешность измерения фазы, связанную с неоднократностью частот квантующих рабочих частот. Креме того, предлага мый фазометр позволяет дополнительно в процессе работы устройства вести цифровой контроль частоты, на которо производится измерение среднего знач ния фазы, что выгодно отличает его о известных. Экспериментальная проверка макета показала точность среднего значения фазы контролируемых сигналов в диапа зоне частот от 10 Гц до 0,5 МГц без диапазонной перестройки фазометра. аналогичных устчто недо.стижимо для ройств, Формула изобретения Цифровой фазометр среднего значения, содержащий первый и второй формирующие блоки, выходы которых соединены с соответствующими входами первого триггера, подключенного к первому входу первого элемента И, второй ВХОД которого соединен с выходом генератора, а третий - с выходом второго триггера, вход которого подключен к выходу первого делителя частоты, первый счетчик, вход которого соединен с выходом первого элемента И, второй счетчик, вход которого соединен с выходом второго элемента И, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности в него введены третий элемент И, один из входов которого подключен к выходу iBTOparo формирующего блока, а выходко входу второго счетчика, первый синхронизирующий блок, первый вход которого соединен с источником сигнала Пуск, второй - с выходом ВТОрого триггера, второй синхронизирующий блок, первый вход которого соединен с выходом первого синхронизирующего блока, второй - с выходом второго формирующего блока, а выход - с соответствующими входами первого и второго элементов И, времязадающий блок, вход которого подключен к выходу первого синхронизирующего блока, а выходы - к третьему элементу И и второму синхронизирующему блоку соответственно, элемент НЕ, т-канальный селектор-мультиплексор и второй делитель частоты,вход которого соединен через элемент НЕ с выходом генератоа выход со входом времязадающего блока и с управляющими входами т-канального селектора-мультиплексора, информационные входы каналов которого соединены соответствующим образом с выходами второго счетчика, а выход - с четвертым входом первого элемента И. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 607163, кл. G 01 R 25/08, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР № 402827, кп. G 01 R 25/00, 1973.

цПуся