Цифровой фазометр Советский патент 1982 года по МПК G01R25/08 

(54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при создании цифровых фазометров повышенной точности, а также высокоточных входных преобразователей фаза-код дпя управляющих цифровых вычислительных систем. Известен цифровой фазометр, содержащий усилители-формирователи, триггеры, счетчик с индикацией, дополнительный счетчик, ключ, генератор импульсов, элемент совпадения, вентиль и элемент задержки, в котором устранены сбои, обус ловленные неустойчивой работой триггера при малых значениях фазовых углов 1 . Недостатками данного фазометра явля ются невозможность различать значения фазовых углов, находящихся внутри зоны неустойчивой работы триггеров, а также низкая точность иса «ерений в условиях шумов. Известен цифровой фазометр, содержащий триггерный преобразователь аналогкод, состоящий из двух формт рователей шушульсов, триггеров и ключа, выход которого подключен к счетчику, блок коррекции результатов измерений, блок анализа области значений измеряемого сдвига фаз блок управления фортчтероватв-, лем преобразователя аналог-код, вход которого соединен с выходом одного из формирователей преофазовагеля аналогкод, а выход - с управляющим входом другого формирователя и счетчика, при этом входы блока анализа подключены к выходам первых трех декад счетчика, iero вьжод - к управлякщему входу бло1Ш управления формирователем, ЕКОДЫ блока коррекции соединены с выходами двух последних декад счетчика и с выходом преобразователя аналог-код, а выход блока коррекции подключен к входам двух последних декад счетчика. Известный фазометр работает по прин ципу постоянного измерительного времени 2 . Недостатками фазометра являются зависимость величины областей илмеряе™ мого сдвига фаз от частоты входных сиг налов, вследствие чего уменьшается точность измерения при наличии шумов, что приводит к необходимости сужать диапазон частот входных сигналов, а также резкое снижение точности измерения при наличии нелинейных искажений входных сигналов, о словленного однополупериодным принштом формирования фазовых интервалов. Цель изобретения - повьпиение точнос ти измерения. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой фазометр, содержащий первый и второй формирователи, три триг гера, четыре ключа, счетчик, элемент ИЛИ и генератор тактовых импульсов, ВВ1ХОД первого триггера соединен с первым входом первого ключа, введены сдви говый регистр, умножитель частоты, четы ре формирователя, два управляемых инвер тора, блок синхронизации, выходной регис и инвертор, причем первый выход первого формирователя подключен к первому вход первого управляемого инвертора, выход второго формирователя соединен с первым входом сдвигового регистра, входом умножителя частоты и входами шестого и пятого формирователей, выход первого управляемого инвертора подключен ко входам третьего и четвертого формирователей, второй выход первого формирова теля соединен с первыми входами второго и третьего ключей, при этом выход сдвигового регистра подключен к второму ВХОДУ третьего ключа, и, через инвертор к второму входу второго ключа, выход умножителя частоты соединен с вторым входом сдвигового регистра, выход второго ключа подсоединен к первому еходу второго триггера, а выход третьего ключа, соединен с вторым входом второго триггера, выход которого подключен к вторым входам обоих управляемых щвер торов, выход четвертого формирователя соединен с первым входом третьего триг гера, а выход пятого формирователя - с вторым входом того же триггера и первым входом блока синхронизации, выход третьего триггера подключен к первому входу четвертого ключа, первый выход генератора тактовых импульсов соединен с вторым входом блока синхронизации, второй выход генератора тактовых импульсов подключен к второму входу первого ключа, а третий выход - к второму входу четвертого 1шюча, выход первого ключа подсоединен к первому входу элемента ИЛИ, а выход четвертого ключа к второму входу элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу первого разряда счетчика, первый выход блока синхронизашш соединен с третьими входами первого и четЬертого ключей, второй выход - с входом записи выходного регистра, третий выход - с входом установки в нуль счетчика, а четвертый выход с третьими входами второго и третьего ключей, выходы счетчика с (tn - и +1)-го по ( уп-1)-й подключены к входам выходного регистра с 1-го по (и -1 )-й соответственно, а m -и выход счетчика соединен с первым входом второго управляемо.го инвертора, выход которого подключен к и-му входу выходного регистра. На чертеже изображена структурная схема цифрового фазометра. Фазометр содержит усилители-ограничители 1 и 2, компараторы 3 и 4, формирователи 5-9 импульсов, инвертор 10, сдвиговой регистр 11, умножитель 12 частоты, ключи 13-16, триггеры 17-19, управляемые инверторы 20 и .21, генератор 22 импульсов, формирователь 23 последовательностей счетных импульсов, блок 24 синхронизации, элемент ИЛИ 25, счетчик 26 и выходной регистр 27, генератор 22 импульсов и формирователь 23 последовательностей счетных импульсов образуют генератор 28 тактовых импульсов, первый формирователь 29 импульсов представляет из себя последовательное соединение усилителя-ограничителя 1 компаратора 3 и формирователя 5 коротких импульсов, второй формирователь 30 импульсов представляет из себя последовательное соединение усилителя-ограничителя 2 и компаратора 4. Устройство работает следующим образом. На входы фазометра подаются напряжения синусоидальной формы XI и Х2, сдвиг фазы меяаду которыми необходимо измерить, причем напряжение Х2 считается опорным. Входные сигналы, проходя через усилители-ограничители 1 и 2, усиливаются и симметрично ограничиваются по ампптупе С помощью компараторов 3 и 4 происходит преобразование входных сигналов и напряжения прямоугольной формы. Полный диапазон значений измеряемого сдвига фазы f разбивается на две области: 1) 0°+90°и 2) 180 ±9(f. Область, в которую псэтадает fу , оп ределяется в течение первого периода опорного сигнала Х2, когда блок 24 синхронизации снимает блокировку ключей 13, 14. Ключи 15, 16 в этот МСУмент заблокированы. Формирователь 5 коротких импульсов выдает короткий икшульс в момент появления переднего фронта сигнала XI. Этот импульс псатадает на первые входы ключей 13, 14. На вторые входы ключе 13 и 14 с выхода сдвигового регистра 11 подается сигнал Х2, сдвинутый на 1/4 периода, причем на второй ключ 13 через инвертор 1О. На тактовый вход сдвигового регист pa 11 поступают импульсы с частотой следования , сформированные умножителем 12 частоты из сигнала Х2, причем, если f f0X 16, то выходом сдви гового регистра 11 служит выход чет- вертого разряда регистра. В этом случа колебания, границ областей происходят в пределах 1/16 периода входных сигна лов независимо от частоты f g) и практически не оказывает влияния на точнос измерения. Таким офазом, если fj находится в первой области, импульс, пройдя через второй ключ 13, псйпадает на первый вход второго триггера 17. При нахождении Чу во второй области импульс попадает на второй вход второго триггера 17 через третий ключ 14. Второй триггер 17 хранит признак области до следующего цикла измерения. Начиная с второго периода опорного сигнала происходит измерение. При этом если находится в первой области, сигнал XI прсхходит через первый управляемый инвертор 20 без инверсии и попадает на входы формирователей 6, 7 импульсов. Сигнал Х2 попааает навхоаы формиров телей 8,9 иК1пульсов. Формирователи 6 и 8 вырабатывают импульсы, привйзанные-к пере шшм фронтам сигналов XI и Х2, афорМ рователи 7и 9-к аацнимфронтам. Триггеры 18 и 19 формируют фазовые интервалы и управляют ключами 15, 16, которые в этот момент разблокированы. На вторые входы ключей 15, 16 соступают последовательности счетных импульсов, сдв1шутых по фазе на 180 друг относительно друга. 976 Пройдя через ключи 15 и 16 эти последовательности попадают на элемент ИЛИ 25 и далее на тактовый вкод счет чика 26. По окончании тггервала измерения блок 24 синхроккзации блокирует ключи 16, 15, вырабатывает строб записи содержимого счетчика в выходной регистр 27 и ойсуляет счетяик 26. Если f находится в первой области, то последний разряд кода результата иау1ерения NX передается через второй управляемый инвертор 21 без инверсии. С начэлом ближайшего CHIOI ного сигнала происходит следующий цикл измерения.. Если находится во второй области, то сигнал XI инвертируется первым управляемым инвертором 2О, что эквивалентно внесению дополнительного фазового сдвига в 180. Для компенсации внесенного фазового сдвига старший разряд кода NX инвертируется вторым управляемым инвертором 21. Фазовая характеристика цифрового фазометра непрерывна в пределах от -180° до , причем значению f 180 соответствует значение кода М% ИЭ, а значению Чх 180 значение кода NH lyviaK Повышение точности измерений при малых отнмиениях сигнал-шум достигает ся тем, что обработка сигналов производится вблизи середины непрерывного участка фазовой характеристики при любьос значел.. i , а влияние нелинейных искажений значительно уменьшается за счет использования двухлолупериодного метода обработки. Ф о р м ула изобретения Цифровой фазометр, содержащий первый и второй формирователи, три триггера, четыре ключа, счетчик, элемент ИЛИ и генератор тактовых импульсов, выход первого Триггера соединен с первым входом первого ключа, отличающийс я тем, что, с целью повышетм точности измерений, в него введены сдвиговый регистр, умножитеш частоты, четыре формирователя, два управляемых инвертора, блок синхронизации, выходной регистр и инвертор, причем первый выход первого формирователя подключен к первому входу первого управляемого инвертора, вы- ход второго формирователя соединен с первым входом сдаигового регистра, входом умножителя частоты и входами шестого и пятого формирователей, выход первого управляемого инвертора подключей к входам третьего и четвертого формирователей, второй выход первого формирователя соединен с первыми входами второго и третьего ключей, при этом выход сдвигового регистра подключен к второму входу третьего ключа и через инвертор к второму входу второго ключа выход умножителя частоты соединен с вторым входом сдвигового регистра, выход второго ключа подсоединен к первому входу второгх) триггера, а выход третьего ключа соединен с вторьпуг входом второго триггера, выход которого подтаио чен к вторьшг входам обоих управляемых инверторов, выход четвертого формирователи соединен с первым ЕКОДОМ третьего триггера, а выход пятого формирователя с вторым входом того же триггера и пер вым входом блока синхронизации, выход третьего триггера подключен к первому входу четвертого ключа, первый выход генератора тактовых импульсов соединен с вторым входом блока синхронизации, Второй выход генератора тактовых импульсов подключен к второму входу первого ключа, а третий выход - к второму входу четвертопэ ключа, выход первогх ключа подсоединен к первому входу элемента ИЛИ, а выход четвертого ключа к второму входу элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу первого разряда счетчика, первый выход блока синхронизации соединен с третьими входами первого и четвертого ключей, второй выход - с входом записи выходного регистра, третий выход - с входом установки в ноль счетчика, а четвертый выход - с третьими входами второго и третьего ключей, выходы счетчика с ( nv и + +1)-го по (и1-1)-й подключены к входам выходного регистра с 1-го по { И-1)-й соответственно, а ки-й выход счетчика соединен с первым ЕКОДОМ второго управляемохчэ инвертора, выход которого подключен к и -му входу выходного регистра. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 473120, кл. G01 R 25/00, 17.О7.73. 2.Авторское свидетельство СССР № 421947, кл. GOl R 25/О8, 03.01.72.

il

Л

т

±

@1

г:

М

fiiJ

L4LJ