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

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при создании фазометров и устройств выделения информации в фазовых радиотехнических системах.

Известен интегрирующий преобразователь фаза - код/ используемый в цифровь1Х фазометрах, позволяющий обеспечить высокую точность преобразования при значительных ;изменениях амплитудад, частоты, фазы входных сигналов l. Основным недостатком этого устройства является наличие зоны неопределенности в области 0° (360°), где определение среднего значения флуктуирующей (меняющейся) разности фаз сопровождается большими погрешностями, которые могут достигать 180°.

Наиболее близким по технической .сущности к изобретению является преобразователь фаза - код, содержащий в каждом из каналов последовательно соединенные входные элементы, преобразующие входные синусоидальные сигналы в прямоугольные колебания, формирователи импульсов, общие для обоих каналов, измерительный триггер,два элемента совпадений, счетчик, причем один из входов первого элемента

совпадений соединен с выходом измерительного триггера, другой - с выходом генератора счетных импульсов, а выход первого элемента совпадений соединен с одним из входов второго элеьента со&падений, другой вход которой соединен с выходом времязадающего блока, а выход - с входом счетчика t2. .

10

Недостатком данного устройства является наличие зоны неопределенности в области О (360°),

Целью изобретения является повышение точности определения среднего

15 значения флуктуирующей разности фаз в области О (360°),

Эта цель достигается тем, что в преобразователь фаза - код, содержащий в опорном и измерительном кана20лах формирователи меандров, формирователи запускающих импульсов, общий для обоих каналов УК-триггер, входы которого сое.динены с выходами формирователей запускающих импульсов, блок

25 дискретизации, первый вхсзд которого соединен с соответствующим выходом УК-триггера, вход - с выходом генератора счетных импульсов, третий свремязадающим входом преобразова30теля, а выход - со счетчиком, ввелены в каждый из каналов переключающие элементы, сигнальные входы которых соединены с прямыми и инверсными выходами формирователей меандров, -а выходы - со входами формирователей запускающих импульсов, два управляющих .триггера, два элемента совпадений , причем прямые и инверсные выход управляющих триггеров соединены с управлягадими входами перёключаклдих элементов соответствующего канала, установочные входы триггеров объедин Чы и через инвертор подключены к времязадаклцей цепи, а другие входы триггеров соединены с выходами элементов совпадений, первые входы которых подключены к выходам формирователей запускающих импульсов, вторые - через блок задержки подключены к соответствующим выходам измерительного триггера, третьи входы объединены и подключены к времязадающей цепи, а . также формирователь корректирующих последовательностей и блок ввода, коррекции, включенные таким образом,что импульсный вход формирователя соединен с выходом генератора счетных импульсов, первый вход формирователя соединен с прямым выходом управля ющего триггера, измерительного канала, второй управляющий вход - с инверсным выходом управляющего триггера опорного канала, третий управляющий вход - с времязадающей цепью, а выход - с.корректирующим входом блока ввода коррекции, информацис(нны вход которого подключен к выходу блока дискретизации, а выход - к входу счетчика, причем установочный вход объединен с установочных входом сче чика и подключен к установочному входу преобразователя.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Преобразователь фаза-код содержит формирователи Ij2 меандров, переключающие элементы 3 и 4, формирователи 5, 6 запускающих импульсов, измерительный УК-триггер 7,управляющие триггеры 8 и 9, элементы 10 и 11 совпадений, блоки 12 и 13 задержки, инвертор 14, блок 15 дискретизации, генератор. 16 счетных импульсов, формирователь 17 корректирующих последовательностей (включающий триггерный делитель. 18 частоты на 2 элементы 19 и 20, совпадений, элемент ИЛИ 21), блок 22 ввода коррекции (включающее элемент 23 антисовпадений, элемент 24 и 25 совпадений, счетный триггер 26, элемент ИЛИ 27), счетчик 28.

Последовательно соединенные в каждом канале (измерительном и опорном) формирователь меандров 1 (2), имеющий прямой и инверсный выходы, соединенные, соответственно, с прямым и инверсным сигнальными входами Переключающего элемента 3 (4), формирователь 5 (6) запускающих импульсов и общий для обоих каналов измерительный УК-триггер 7, образуют I двухканальный преобразователь входной разности фаз в интервал времени. Соответствующий выход иэмери,тельного триггера 7 соединен с одним из входов блока 15 дискретизации, второй вход которой подключен к выходу генератора 16 счетных импульсов третий - с времязадающей Цепью. Выход блока 15 дискретизации соединен с информационным входом блока 22 ввода коррекции, образуемым за счет объединения входов, элемент 23 антисовпадений (цепи логической неравнозначности) и.элемент 24 совпадений, другие входы которых также объединены и образуют корректирующий вход блока 22 ввода коррекции. Выход элемента антисовпадений 23 соединен с входом счётного триггера 26 и одним из входов элемента 25 совпадений, другой вход которого подключен к.выходу счетного триггера 26. Выход элемента 25 совпадений соединен с одним из входов элемента ИЛИ 27, другой вход которой подключен к выходу элемента 24 совпадений, а выход, .являющийся одновременно выходом блока 22 ввода коррекции,подсоединен к выходу счетчика 28. Установочный вход счетного триггера 26, являющийся установочным входом блока 22 ввода коррекции объединен с.установочным входом счетчика 28 и подключен к установочной цепи преобразователя. Корректирующий вход блока 22 введения коррекции подключен к выходу элемента ИЛИ, являющемь/ся одновременно выходом формирователя 17 корректирующих последовательностей. Один из входов элемента ИЛИ 21 подключен к выходу элемента 19 совпадений, другой - к выходу элемента 20 совпадений. Первый вход элемента 20 совпадений,объединенный с первым входом элемента 19 совпадений и входом триггера-делителя 18 частоты на 2, образует импульсный вход формирователя 17 корректирующих последовательностей и подключен к выходу генератора 16 счетных импульсов.

Второй вход элемента 20 совпадений является первым управляющим входом форьдарователя 17 корректирующих последовательностей и соединен с прямым выходом управляющего триггера 8 (измерительного канала) оба выхода которого соединены с управляющими входами переключающего элемента 3, второй же вход элемента 19 совпадений подключен к выходу триггера-делителя 18 частоты на2 Третьи входы элементов 19 и 20 совпадений объединены и образуют второй

управляющий вход формирователя 17 корректирующие последовательностей,, подключенный к инверсному выходу управляющего триггера 9 (опорного канала) , оба выхода которого соедине-гны с управляющими входами переключающего элемента 4. Четвертый вход элемента 19 совпаденнй образует третий управляющий вход формирователя корректирующих последовательностей, подключенный к времязадающей цепи.

Входы управляющих триггеров 8 и 9 подключены к выходам элементов 10 и 11 совпадений, первые входы которых подключены к выходам формирователей 5 и 6 запускающих импульсов, вторые через блоки 12 и 13 задержки подключены к соответствующим выходам измерительного триггера 7, третьи объединены и подключены к времяза дающей цепи. Установочные входы управляющих триггеров 8 и 9 объединены и через инвертор 14 подключены к времязадающей цепи/.

Устройство работает следующим образом.

Разность входных сигналов с помощью формирователей 1 и 2 меандров формирователей 5 и 6 запускающих импульсов, измерительного триггера 7 преобразуется в интервал времени; который заполняется счетными импульсами (блок 15 дискретизации и генератор 16 счетных импульсов) и далее в счетчике 28 преобразуются в выходной код. Переключающие элементы 3 и 4 позволяют вести калиброванный фазовый сдвиг t 180 за счет изменения полярности прямоугольных колебаний на входе формирователей 5 и 6 в любом ,из.каналов преобразователя фаза - .код./Перед каждым циклом преобразования начальной установкой (через инвертор 14) управляющих триггеров 8 и 9 переключающие элементы 3 и 4 устанавливаются в состояние, при. которых на.вход формирователя 5 запускающих импульсов измерительно.го канала поступает .сигнал с инверсного выхода формирователя 1 меандров, а на вход формирователя 6 запускающих импульсов опорного канала поступает сигнал с прямого выхода формировател .2 меандров,при этом на прямом выходе измерительного триггера 7 выделяются прямоугольные импульсы соответствующие , где входная разность фаз.

С приходом времязадающего сигнала открывается блок 15 дискретизации и счетные импульсы, заполняющие фазовый интервал (импульсы с выхода измерительного триггера 7), начинают поступать на информационный вход блока 22 ввода коррекции.

Одновременно времязадающий сигнал поступает на входы элементов 19 и 20 совпадений формирователя 17 корректирующих последовательностей. Состояния управляющих триггеров 8 и 9 при этом не меняются (О - на прямых и 1 - на инверсных выходах), следовательно, элемент 20 совпадений

остается закрытый, а элемент 19 совпадений открывается, и через элемент ИЛИ 21 на корректирующий вход блока 22 ввода коррекции начинают поступать импульсы с длительностью, равной длительности счетных импульсов, и частотой - в два раза меньшей, чем частота счетных импульсов., Дальнейшая работа устройства определяется значением и характером изменения входной разности фаз.

Если в течение времени измерения (Тцзм. мгновенное значение входной разности фаз лежит в пределах -180... 0°.. 180 без перехода через точку

IBO, то сбои в работе измерительного триггера 7 отсутствуют, т.е. на каждый приходящий с выходов формирователей 5 И 6 запускающий импульс измерительньай триггер 7 соответствую1ДИМ образом меняет свое состояние.

Так появление запускающего импульса на у-входов обеспечивает переход О - на прямом выходе(О) триггера 7, а запускающий импульс на

К-входе обеспечивает пёреход 0 1 на инверсн.ом выходе ( § ) этого триггера. На вторые входы элементов 10 и 11 совпадений выходные сигналы измерительного триггера 7 приходят с

задерх:кой по отношению к времени

появления запускающих импульсов на первых входах элементов и при выполнении условия

,,

де Тт - время задержки срабатывания триггера; ITj - время задержки сигналов в

блоках 12 и 13; длительность, запускающих

импульсов, игналы на выходах схем 10 и 11 совадений, в течение всего времени пребразования (TMJM)отсутствуют, так что установленные перед началом цика преобразования состояния управ.- ляющих триггеров 8 и 9 в процессе формирования кодов не меняются.ТаКим образом, за время Т,5,на информационный вход устройства ввода коррекции поступит количество импульсов, соответствующее

ДЧвх - 180,

где л/ех среднее значение входной разности фаз, а на корректирующий количество импульсов, соответствующее 18СР. Элемент 23 антисовпадений не пропускает на вход счетного триггера 26 совпадающие по времени им- , пульсы, которые через элемент 24 совпадений и элемент ИЛИ поступают непосредственно на вход счетчика 28.. Несовпадающие по времени импульсы через элемент 23 антиаовпадений поступают на вход счетного триггера (делителя частоты на 2) 26. С помощью элемента 25 совпадений выход,ные импульсы счетного триггера 26 укорачиваются и через элемент ИЛИ 27 также подаются на вход счетчика 28. Таким образом, с помощью блока 22 ввода коррекции производится суммирование последовательностей по информационному и корректирующему входам с двукхратным увеличением веda выходного импульса, и при емкости счетчика 28, соответствующей 180° выходной код соответствует

лЧ-вх 180+ i80°A ,

т.е. входной разности фаз.

Если в процессе .формирования выходного кода имеет место переход значения, входной разности фаз через сторону увеличения угла, то на i-вход измерительного триггера 7 запускающий импульс с выхода формирователя 5 поступает, когда на прямо выходе триггера 7 и, следовательно, на выходе блока,.12 задержки еще со. При этом

храняется уровень

на выходе элемента 10 совпадений выделяется импульс, изменяющий состояние управляющего триггера В. Полярность .сигнала на входе формирователя 5 меняется, что равнозначно введению калиброванного фазового сдвига -18о1 Одновременно открываетс элемент 20 совпадений формирователя 17 корректирующих последовательностей, и на корректирующий вход -блока 22 ввода коррекции начинает поступать сигнал с длительностью и частотой следования счётных импульсов. Общее количество вводимых импульсов и выходной код при этом ufexi

+ 180°+(-180°+ 36СР)Д е +180°+180° лЧ соответствует входной разности фаз.

Аналогично, если изменения входной разности фаз в процессе формирования кода сопровождается переходом значения 180°в сторону уменьшения угла, сигнал появляется на выходе элемента 11 совпадений, ч±о приводит к изменению состояния управляющего триггера 9. Полярность сигнала на входе формирователя 6 меняется, что равнозначно введению калиброванного фазового сдвига +180° в опорный канал преобразователя. Одновременно закрывается элемент 19 совпадений, и поступление импульсов на корректирующий вход 22 ввода коррекции прекращается. Вводимое количество счетных импульсов и выходной код при этом соответствует

ас/ (90°n flO°- 60°)BX- 8oH80°-AVОл

Таким образом, независимо от ве|Личины и характера изменений входной разности фаз в течение . времени измерения () непосредственно в процессе формирования выходного кода

обеспечивается выв.од измерительного триггера 7 из зоны неустойчивой работы и соответствующая коррекции изменений величины фазового интервала, что позволяет обеспечить однозначность выходного кода и входной разности фаз в пределах каждого цикла преобразования.

Предлагаемое техническое решение по сравнению с известным позволяет

обеспечить устойчивость преобразования фазы в код во всем диапазоне измеряемых углов 0.. .360 при значительных изменениях частоты, фазы и амплитуды входных сигналов. По сравнению с известными это достигается значительно более простыть средствами без ухудшения таких важных параметров преобразования как точность, быстродействие, надежность результатов преобразования фазы в код.

Формула изобретения

Преобразователь фаза - код, содержащий в опорном и измерительном каналах формирователи меандров, формирователи запуск.ающих импульсов,общий для обоих каналов УК-триггер, . входы которого соединены .с выходами

35 формирователей запускающих импульсов, блок дискретизации, первый вход которого соединен с соответствующим выходом УК-триггера, второй вход с выходом генератора Счетных импульсов, третий - с еремязадающим входом преобразователя, а выход - со счетчиком, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения среднего значения флуктуирующей разности в области 0° (360°), в него введены в каждый из каналов переключающие элементы, сигнальные входы которых соединены с прямыми и инверсными выходами формирователей

ел меандров, а выходы - со вхоДами формирователей запускающих импульсов, два управляющих триггера, два элемента совпадений, причем прямые и инверсные выходы управляющих триггер

,« соединены с управляющими входами переключающих, элементов соответствующего канала, установочные входы триггеров объединены и через инвертор подключены к времяз.адающей цепи, а

другие входа триггеров соединены с

выходами элементов совпадений, первые входы которых подключены к выходам формирователей запускающих импульсов , вторые - через блок задержки подключены к соответствующим выходам измерительного триггера, треть

входы объединены и.подключены к время задающей цепи, а также формирователь корректирующих последовательностей и блок ввода коррекции, включенные таким образом, что импульсный вход формирователя, соединен с выходом генератора счетных импульсов, первый вход формирователя соединен с прямым выходом управляющего триггера измерительного канала, второй управляющий вход - с инверсным выходом управляющего триггера опорного канала, третий управляющий, вход - с времязадающей цепью, а выход - с корректирукяцим входом блока ввода

коррекции, ин ормационный вход которого подключен к выходу блока дискретизации, а выход - к входу счетчика, причем установочный вход объединен с установочным входом счетчика и подключен.к установочному входу преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Цифровые методы измерения сдвига фаз. Новосибирск, Наука ,1970,

с. 24.

2.Мирский Г.Я. Радиоэлектронные измерения. М. , Энергия , 1975, с. 204.