Преобразователь "фаза-код Советский патент 1982 года по МПК G01R25/00 

1

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к области фазовых измерений,.

Известен цифровой фазометр для измерения мгновенного значения разности фаз, в котором осуществляется умножение фазового интервала и содержащий формироватегю импульсов, триггеры, элементы И, счетчик импульсов и два импульсных генератора с ударным возбуждением fljНедостатками этого фазометра являются пониженная точность измерения, рбусловленная невысокой стабильностью частоты генераторов с ударным возбуждением, и значительное время измерения.

Наиболее близким к предлагаемому преобразователю по технической является цифровой фазометр с измерением за один период входного сигнала, содержащий формирующие устройства, генератор квантующих импульсов, переключатель рода рабо- .

ты, триггеры, элементы И и счетчик импульсов f 2 .

Недостатком этого фазометра является пониженная точность измерения, обусловленная методической погрешностью квантования временных интервалов.

Цель изобретения - повьшение точности измерения.

,Q Поставленная цель достигается

тем, что в преобразователь фаза-код, содержащий два формирователя импульсов, соединенных с входами первого триггера, выход которого соединен с

j первым входом первого ключа, соединенного с входом первого реверсивного счетчика, второй триггер, вход которого соединен с. выходом формирователя импульсов опорного сигнала, а выход - с первым

входом второго ключа, соединенного с входом второго реверсивного счетчика, генератор, соединенный через третий формирователь импульсов с вторыми входами первого и второго ключей, дополнительно введены 2И каналов из рений, два дешифратора и два электр ных коммутатора, причем первые вход первых и каналов измерений соединен с выходом первого триггера, первые входы вторых И каналов измерений с выходом второго триггера, вторые входы всех каналов измерений соединены с выходом третьего формирователя импульсов, а выходы 2h каналов измерений соединены через электродгите коммутаторы с входами первого и второго дешифраторов, выходы двух младших разрядов первого и второго реверсивных счетчиков соединены с соответствующий входами первого и второго дешифраторов соответственно выходы дешифраторов соединены с соответствующими входами реверсивных счетчиков. При этом каждый канал измерений содержит последовательно соединенные элемент задержки ключ и дополнительный счетчик имгтульсов причем вход элемента задержки и второй вход ключа являются соответ ственно первым и вторым входами ка налов измерений, а выходы дополнительных сметчиков являются выходами каналов измерений. Причем дополнительный счетчик содержит два триггера, последовател но соединенных по счетному входу, при этом счетный вход первого триг гера является входом дополнительного счетчика, а прямые и инверсны выходы обоих триггеров являются выходами дополнительного-счетчика. На чертеже приведена структурна схема предлагаемого преобразовател Преобразователь содержит формир ватели 1-3 импульсов, триггеры 4 и 5, генератор 6 квантующих импульсо ключи 7 и 8, .реверсивные счетчики 9 и 10 импульсов, каналы 11-1 11-24 измерений, состоящие из элементов 12-1 - 12-2и задержки, ключ 13-2К1 и дополнительных счет чиков 14-1 -. 14-2и1, дешифраторы 15 и 16, электронные коммутаторы 17 и 18. В качестве дополнительных счетчиков 14-1 - 14-2И импульсов испол зованы триггеры 19-1 - 19-2и и 2020-2VI с счетными входами. Преобразователь фаза - код рабо тает следуюпщм образом. Входные напряжения с частотой fx, фазовый сдвиг между которыми необходимо измерить, поступают че- ез формирователи 1 и 2 импульсов на входы триггеров 5. Последний формирует выходной импульс, длительность которого равна временному сдвигу t j между входными напряжения1«1, Одно из входных напряжений (опорное) через формирователь 1 импульсов поступает также на вход триггера 4, который формирует импульс длительностью . Выходные импульсы триггеров 4 и 5 поступают далее на первые входы ключей 7 и 8 соответственно, на вторые входы которых через формирователь 3 импульсов поступают квантуннцие импульсы периода TQ с выхода генератора 8 квантукящх импульсов. Таким образом в реверсивном счетчике 9 зафиксируется код уп, являющийся цифровым эквивалентом периода Т., входных сигналов, а в реверсивном счетчике 10 - код К, являющийся цифровым эквивалентом временного сдвига t между входными сигналами, т.е. T -ToWi(Л Ъ --ТоК .(2) Выходные импульсы триггера 4 поступают также на элементы 12-1 12-ц задержки с временами задержки TVI и далее на первые входы ключей 13-1 - 13-И, а выходные импульсы триггера 5 --на элементы 12-П+1 - J2-2H задержки с времена- ; ми задержки tVi и далее на первые входы ключей 13-И+1 - 13-2И. На вторые входы ключей 13-1 - 13-2h поступают квантукщие импульсы с выхода формирователя 3 импульсов, которые подсчитываются дополнительными счетчиками 14-1 - 14-2v соответственно. Коды квантукяцих импульсов фиксируемые дополнительными счетчиками 14-1 - 14-и и 14-И- - - 14-2И импульсов из-за методической погрешности квантования могут отличаться от кодов, зафиксированных в счетчиках 9 и 10 соответственно, на единицу. Этот факт позволяет использовать в качестве счетчиков 14-1 14-2и импульсов два двоичных разряда (два последовательно соединенных триггера 19-1 - 19-2М и 20-1 - 20-2И с счетными входами). При этом в дополнительных счетчиках ш«1ульсов фиксируется не все число, а два мпалриих разряда кода, чиcлai Анализ состояний счетчиков 14-1 - 14-и и триггеров двух младших двоичных разрядов реверсивного счетчика 9, а также счетчиков - 14-2h и триггеров двух младших двоичных разрядов реверсивного счетчика 10 производит ся соответственно дешифраторами 15 и 16. Выходы (пряьвле и инверсные) двух младших разрядов счетчиков 9 и 10 подключены к входам дешифраторов 15 и 16 соответственно постоянно, а выходы счетчиков 14-1 - 14и 14-V1+1 - 14-2V1 (прямые и инверсны выходы двух триггеров) подключаются к входам соответственно дешифраторов 15 и 16 последовательно во вр мени с помощью электронньЬс коммутаторов 17 и 18. Этот анализ (сравнение кодов)про водится после окончания счета во всех счетчиках, кроме того, перед проведением анализа коды угч и К, зафиксированные в счетчиках 9 и 10 соответственно, умножаются на число (п+1). Наиболее просто можно осуществить такое умножение, выбрав (п+1)2 J при этом кодыти К сдвигаются на У двоичных разрядов. Функциональное назначение дешифр торов 15 и 16 состоит в следующем. При коде двух младомх разрядов счет чика 9, меньшем кода счетчика 141 n() на суммируюпрй вход реверсивного счетчика 9 импульсов с выхода дешифратора 15 поступает импульс сложения. При обратном соотно шении кодов с выхода дешифратора 15 поступает импульс вычитания на вычит ющий вход реверсивного счетчика 9. При равенстве кодов дешифратор не срабаты вает Аналогично проходит и работа дешн4ч атора 16. После окончания анализа состояний счетчиков результат усреднения кодов VY) и К можно считать следующим образом: состояния триггеров с 1-го по г-ный (отсчет ведется со стороны.мла;сцпих разрядов) счетчиков 9 и 10 будут соответствовать дробной части, а остальных т игге- ров - целой части кодов Л и К соответственно, т.е. при таком считыва нии осуществляется деление кодов уми К на (п+1). Здесь п - результат усреднения кода т; К - результат усреднения коДа К. Для ясности заметим, что вышеописанные операции усреднения кодов m и К с целью получения кодов m и 946 К, эквиваленты реализации следующих алгоритмов KvlKт . J - t Cw+1) ) где т., К. - коды, которые зафик- сиров али бы счетчики 14-1 - 14-Ч и 14-Ж-1 14-2V1 при условии, что эти счётчики были бы выполнены по числу разрядов, соответствующих фиксируемому коду m и К. i т последовательно пробегает значения от 1 доП-. Искомый фазовый сдвиг определяется по формуле в ЭВЦМ Таким образом, для повьш1ения точности преобразования фазового сдвига производятся многократнь1е измерения временных интервалов Tj и t в параллельных каналах измерений 11-1 - 1 l-vi+l - 11-2И соответственно с последующим усреднением результатов. Просуммировав значения измеряемых временных интервалов , полученных на выходах счетчиков 9,14-1 - 14-и и 10,14-Vi+l .- l4-2n соответственно, и разделив эти суммы на (п+1), где п - количество каналов, получаем усредненное значение измеряемых временных интервалов. При этом погрешность получаемого результата уменьшается в (n+l) раз по сравнению с погрешностью результата однократного измерения при увеличении времею измерения по сравнению с вре- , менем одно1фатного измерения всего лишь на наибольшее время задержки , соответствующей элементу задержки 12-1, где ,...,2и. Очевидно, что неточность изготовления элементов задержки 12-1 - 12-2и не влияет на.точность измерения. Наоборот, случайный разброс параметров линий обеспечивает случайный характер начала измерения, что необходимо для усреднения. Следует отметить, что времена задержки , могут быть неизвестными. Сложность же предлагаемого преобразователя по сравнению с известным увеличивается незначительно, так 7 KiiK в качестве дополнительных счетчиков каналов измерений II-I -11-2И используются два триггера с счетными входами вместо набора триггеров по числу разрядов, соответствующих фиксируемому коду, а усреднение кодов осуществляется с помощью коммутаторов и дешифраторов. Ожидаемый положительный эффект от использования предлагаемого изоб ретения заключается в повьппении точ ности преобразования. Формула изобретения I. Преобразователь фаза - код, содержащий два формирователя импуль сов, соединенных с входами первого триггера, выход которого соединен с первым входом первого ключа, соединенного с входом первого реверсивного счетчика, второй триггер, вход которого соединен с выходом формиро вателя импульсов опорного сигнала, а выход - с первым входом второго ключа, соединенного с входом второго реверсивного счетчика, генератор соединенный через третий формирователь импульсов с вторыми входами первого и второго ключей, отли чающий с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены 2И каналов измерений, два дешифратора и два электронных коммутатора, причем пер вые входы первых И каналов измерений соединены с выходом первого триггера, первые входы вторых yi каналов Измерений - с выходом второго : триггера, вторые входы всех каналов измерений - с выходом третьего формирователя импульсов, а выходы 2 И каналов измерений соединены через электронные коммутаторы с входами первого и второго дешифраторов, выходь двух младших разрядов первого и второго реверсивных счетчиков соединены с соответствующими входами первого и второго дешифраторов соответственно, выходы дешифраторов соединены с соответствующими входами реверсив1г 1Х счетчиков, при этом каждый канал измерений содержит последова тельно соединенные элементы задержки, ключ и дополнительный счетчик импульсов, причем вход элемента задержки и второй вход ключа являются соответственно первым и вторым входами каналов измерений, а выхода дополнительных счетчиков являются выходами каналов измерений. 2. Преобразователь по п. I, отличающийся тем , что дополнительный счетчик содержит два триггера, последовательно соединенных по счетному входу, причем счетный вход первого триггера является входом дополнительного счетчика, а прямые и инверсные выходы обоих триггеров являются выходами дополнительного счетчика. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 1231665, кл. G 01 R 25/08, 1967. 2.Смирнов П.Т. Цифровые фазометры,. Л., Энергия, 1974, с. 16, рис. 6.