Фазометр мгновенных значений Советский патент 1982 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к фазоизме рительной технике и может быть использовано в различных областях техники, экспериментальной физики и гидроакустики для измерения разности фаз непрерывных синусоидальных сигналов и разности фаз сигнало заполнения радиоимпульсов. Известен фазометр с использовани способа измерений фазового сдвига, основанного на измерении интервала времени между моментами перехода входных напряжений через нулевые значения путем подсчета числа импульсов, поступивших на вход счетного блока за постоянное время изме рения. Он содержит два формирователя импульсов, триггеры, элементы И, генератор квантующих импульсов, счетчик импульсов и делитель частоты 1. Недостатки фазомет-ра - невозможность измерения разности фаз в течение одного периода сигналов Г мгновенной фазы) и необходимость использования высокостабильных генераторов для формирования счетных импульсов и формирования интервала времени измерения. Наиболее близким к предлагаемому по принципу работы является цифровой измеритель разности фаз радиосигналов за один их период, содержа1дий измерительный триггер, входы которого соединены с выходами формирователей импульсов из входных сигналов, генератор пачки импульсов и счетчик импульсов, а такхке цепь сигнала запуска, на входе формирователей включены нормирующие амплитуды сравниваемых радиосигналов обострители, при этом один из формирователей импульсов выполнен управляемым по цепи обратной связи, в состав которой . входят последовательно соединенные вторые элементы задержки 2. 39 Недостатками известного фазометра являются необходимость использования высокостабильного генератора импульсов (генератора пачек) и невозможность измерения с помощью такого фа зометра разностей фаз сигналов, частота (период) которых не постоянна. Последнее обусловлено тем, что известный фазометр имеет схему, времен ные характеристики которой обеспечивают измерение сдвига фаз сигналов с частотой 215 кГц. Переход к измере нию сдвига фаз сигналов с иной частотой при использовании такого фазометра потребует изменения частоты импульсов генератора пачек и изменения длительностей импульсов,формируемых элементами фазометра. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения возможности измерения разности фаз за один период сигналов при непостоянной частоте входных сигналов. Данная цель достигается тем, что в фазометр мгновенных значений,содержащий два формирователя импульсов формирователь стробимпульсов, генера тор счетных импульсов, цифровой отсчетный блок, соединенные последовательно первый временной селектор и первый счетчик импульсов, введены первый инвертирующий мультиплексор, подключенный к выходам первого счет-, чика импульсов, соединенные последовательно регистр константы и второй инвертирующий мультиплексор, соединенные последовательно второй времен ной селектор, второй счетчик импульсов и третий инвертирующий мультиплексор, коммутатор, вычислительный блок синхронизации, соединенные последовательно генератор тактовых импульсов, дешифратор-распределитель и первый преобразователь уровней, элемент И и соединенные последовательно управляемый инвертор кодо дешифратор кодов и второй преобразователь уровней, причем выходы мульти плексоров поразрядно соединены друг С другом и подключены к информационным входам управляемого инвертора, входы управления мультиплексоров соединены с выходами управления вводом цифр дешифратора-распределителя, выходы управления вводом операций которого подключены к входам первого преобразователя уровней и входам эле 54 мента И, последний вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выходы первого и второго преобразователей уровня подключены к входам управления коммутатора, информационные входы которого соединены с выходами управления вычислительного блока, а информационные выходы - со входами управления вычислительного блока выходы формирователей импульсов подключены к информационным входам формирователя стробимпульсов, первый и второй входы управления которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока синхронизации, информационные выходы формирователя стробимпульсов подключены к входам управления первого и второго временных селекторов, информационные входы которых соединены с выходом генератора счетных импульсов, первый и второй входы блока синхронизации подключены соответственно ко второму информационному выходу формирователя стробимпульсов и последнему выходу управления вводом операций дешифратора-распределителя, третий выход блока синхронизации соединен с входом управления генератора тактовых импульсов, выход элемента И подключен к входу управления управляемого инвертора, цифровой отсчетный блок соединен с выходами вычислительного блока. На чертеже приведена электрическая структурная схема устройства. Фазомйтр содержит два формирователя 1 и 2 импульсов, формирв)ватель 3 стробимпульсов, генератор k счетных импульсов, Цифровой отсчетный блок 5 и соединенные последовательно первый временной селектор 6 и первый счетчик 7 импульсов, первый инвертирующий мультиплексор 8, подключенный к выходу первого счетчика 7 импульсов, соединенные последовательно регистр 9 константы и второй инвертирующий мультиплексор 10, соединенные последовательно второй временной селектор 11, второй счетчик 12 импульсов, третий инвертирующий мультиплексор 13, коммутатор 1, вычислительный блок 15 с временным разделением сигналов управления, блок 16 синхронизации с тремя входами и тремя выходами,соединенные последова- ельно генератор 17 тактовых импульсов, дешифратор-распределитель 5 18 и первый преобразователь 19 уров ней, многовходовый логический элемент И 20 и соединенные последовательно управляемый инвертор 21 кодо дешифратор 22 кодов и второй преобр зователь 23 уровней. Формирователи 1 и 2 управляются входными сигналами U и U фазометр Они формируют две последовательност прямоугольных импульсов с постоянно амплитудой, скважностью равной 2, частотой равной частоте входных сиг налов фазометра, и крутыми фронтами сдвиг которых во времени равен сдви гу моментов перехода через нулевое значение входных напряжений. Формирователь 3 стробимпульсов формирует два импульса прямоугольно формы. Длительность первого импульс равна длительности интервала времен между моментами перехода через нуле вое значение входных напряжений фа зометра, а длительность второго периоду входных напряжений. Передни фронты двух импульсов практически совпадают во времени с моментом перехода через нулевое значение первого входного напряжения U.Работой формирователя 3 управляет блок 16 синхронизации. Генератор k счетных импульсов формирует импульсы с достаточно высокой частотой следования. Цифровой отсчетный блок 5 обес печивает отсчет результата измерения. Первый временной селектор 6 управляется первым выходным импульсом формирователя 3 стробимпульсов. Он пропускает импульсы генератора А на вход счетчика 7 только во время формирования первого стробимпульса. Счетчик 7 является двоично-десятичны счетчиком импульсов и обеспечивает подсчет импульсов, поступающих на его вход через селектор 6. Каждый его разряд работает с кодом 1-2- -8 Число импульсов, подсчитанное счетчиком 7 за время действия на входе управления селектора 6 первого выходного импульса формирователя 3 стробимпульсов,пропорционально разности фаз входных напряжений фазометра. Первый инвертирующий мультиплексо 8 служит для поочередного подключения выходных кодов разрядов счетчика 7 ко входам инвертирующего временного селектора. Ре|;-истр 9 константы хранит в своих трех разрядах дво15ичные коды числа ЗбО, Назначение второго временного селектора 11, второго счетчика 12 импульсов и третьего инвертирующего мультиплексора 13 аналогично назначению элементов 6, 7 и 8 за исключением того, что селектор 11 управляется вторым выходным импульсом формирователя 3 cjpo6.импульсов, длительность которого равна периоду входных сигналов фазометра. Чисж) импульсов, поступающих на :второй счетчик, пропорционально периоду входных сигналов фазометра. Коммутатор Т содержит аналоговые ключи, обеспечивающие соединение входов сигналов управления вычислительного блока 15 с его входами управления. Работой аналоговых ключей управляют выходные напряжения преобразователей 19, о23 уровней, поступающие на входы управления коммутатора . Вычислительный блок 15 обеспечивает деление числа импульсов, подсчитанного за время измерения первым счетчиком 7,на число импульсов, подсчитанное вторым счетчиком 12, умножение результата деления на чис ло ЗбО и выдачу кодов результата измерения на цировой отсчетный блок 5. Вычислительный блок 15 представляет собой интегральную схему, основ ным назначением которой является работа в простых калькуляторах. В нем используется временное разделение сигналов управления вводом цифр и сигналов ввода математических операций. Соединение с помощью ключей коммута тора I одного из входов сигналов управления вычислительного блока 15 с одним из его выходов сигналов управления ведет к вводу одной из цифр числа или к вводу и выполнению одной из математических операций :, X, ). Блок 16 синхронизации обеспечивает нужную последовательность операций, выполняемых элементами фазометра и регулируемую задержку начала процесса измерения фазы по отношению к переднему фронту запускающего импульса, поступающего на его третий вход. оследнее позволяет производить выор определенного периода сигнала, течение которого будет измеряться начение фазы.Генератор 17 тактовых импульсов служит для формирования актовых импульсов, управляющих раотой дешифратора-распределителя 18, 7 который формирует последовательность сдвинутых по oтнoшeн 1Ю друг к другу импульсов, управляющих вводом в вычислительный блок 15 цифр и вводом математических операций,необходимых для получения величины разности Фаз Первый преобразователь 19 уровней обеспечивает преобразование уровней сигналов управления вводом операций поступающих с группы выходов дешифра тора-распределителя 18 в уровни сигналов, поступающих на входы управления коммутатора 14, соединенные с ключами, ввода операций. Четырехвходовый элемент И 20 и инвертирующий управляемый инвертор 21 служат для предотвращения прохождения на вход дешифратора 22 кодов кода цифры О, который в такой схеме фазометра формируется на выходах инвертирующих мультиплексоров 8,10 и 13 при отсутствии на их входах управления сигналов ввода цифр. Последнее наблюдается при выполнении вычислительным блоком ввода операций { : , X, ). Кроме того, инвертор 21 обеспечивает инвертирование выходных кодов мультиплексоров, инвертирующих выходные коды десятичных разрядов счетчиков 7 и 12 и регистра 9-8 результате подключения к одному вход элемента И 20 выхода генератора 17 тактовых импульсов достигается получение паузы между операциями ввода в вычислительный блок 15 соседних цифр чисел импульсов, подсчитанных счетчиками 7 и 12 и числа ЗбО, код которого хранится в регистре 9- Пауз необходима для нормальной работы вычислительного блока 15 и имеет место на интервалах времени, когда выходное напряжение генератора 17 тактовых импульсов равно О. Дешифратор 22 обеспечивает преобразование двоичных кодов цифр в десятичный код, управляющий вводом цифр. Второй преобразователь 23 уро ней служит для преобразования уровне входных напрях ений дешифратора 22 в уровни сигналов, поступающих на входы управления коммутатора I, сое диненные с ключами ввода цифр этого коммутатора. При измерении разности фаз сигна лов заполнения двух радиоимпульсов фазометр работает следующим образом На интервалах времени действия радиоимпульсов на входах входных 58 формирователей 1 и 2 импульсов эти формирователи формируют две последовательности импульсов, имеющих скважность равную 2, крутые передние фронты которых смещены на интервал времени равный сдвигу моментов перехода через нулевое значение сигналов заполнения входных радиоимпульсов. Одновременно с началом формирования радиоимпульсов на третий вход блока 1б синхронизации поступает короткий запускающий импульс . Под действием запускающего импульса на первом выходе блока 16 синхронизации формируется задерживающий импульс, который поступает на первый вход управления формирователя 3 стробимпульсов. При появлении на первом информационном входе формирователя 3 стробимпульсов первого после окончания задерживающего импульса, формируемого блоком 16 синхронизации, переднего фронта импульса со скважностью 2 формирователь стробимпульсов вырабатывает два стробимпульса. Первый стробимпульс, имеющий длительность tr , пропорциональную сдвигу фаз, поступает на вход управления первого временного селектора 6, а второй стробимпульс, имеющий длительность равную периоду Т сигнала заполнения, поступает на вход управления второго временного селектора 11. Под действием стробимпульсов временные селекторы 11 и 6 открываются и пропускают на входы двоично-десятичных счетчиков 7 и 12 импульсов импульсы генератора k счетных импульсов, имеющие период Т. За время действия стробимпульсов счетчики 7 и 12 подсчитают соответственно число импульсов N, пропорциональное сдвигу фаз, и число импульсов Мл,пропорциональное периоду сигнала заполнения. Под действием заднего фронта стробимпульса с длительностью, равной периоду сигнала заполнения, поступаюшэго со второго выхода формиро-. вателя стробимпульсов на первый вход блока 16 синхронизации, в нем формируется управляющее напряжение, под действием которого включается генератор 17 тактовых импульсов и начинает формировать тактовые импульсы, управляющие работой дешифратора-распределителя 18. Дешифратор-распределитель 18 должен иметь количество выходов равное сумме десятичных разрядов счетчиков импульсов 7 и 12 и числа 6. Длительность выходных импульсов дешифратора-распределителя равна периоду тактовых импульсов генератора 17, несколько превышающе му минимальный допустимый интервал между соседними операциями ввода вычислительного блока 15, а период импульсов равен периоду тактовых им пульсов, помноженному на число выхо дов дешифратора-распределителя,Если каждый из счетчиков 7 и 12 импульсов содержит по пять десятичных разрядов то количество выходов дешифраторараспределителя 18 равно 16 и дальней шая работа фазометра будет происходить следующим образом. Под действием первых пяти выходны импульсов дешифратора-распределителя 18, поступающих на входы управления первого инвертирующего мультиплексора 8, последний поочередно подает инвертированные двоичные коды десятичных разрядов первого счетчика 7 импульсов на входы управляемого инвертора 21, начиная с кодов старшего разряда. При этом дешифратор 22 кодо преобразует двоичные коды цифр в де сятичный код, напряжения которого преобразуются вторым преобразователем 23 уровней в напряжения, управляющие работой ключей коммутора 14. Поочередное открывание ключей комму татора It под действием выходных на пряжений преобразователя 23 уровней обеспечивает ввод в вычислительный блок 15 числа N, ,коды которого хранятся в первом счетчике 7 импульсов Под действием шестого выходного импульса дешифратора-распределителя 18 в вычислительный блок 15 вводится операция деления. Это достигается в результате преобразования первым преобразователем 19 уровней напряжения шестого импульса в напряжение управляющее ключом коммутатора , обеспечивающим ввод операций деления. Под действием выходных импульса дешифратора-распределителя в вычислительный блок 15 вводится число N jKOAN которого хранятся во втором счетчике 12 импульсов. Под действием 12-го выходного импульса дешифратора-распределителя 18 в вычислительный блок 15 вводится операции умножения и выполняется деление числа N| на число N. 1510 Под действием 13-15-го выходных импульсов дешифратора-распределителя 18 в вычислительный блок 15 вводится число ЗбО, коды которого хранятся в регистре 9 константы. Под действием 16-го выходного импульса в вычислительном блоке 15 выполняется операция умножения и выдача результата вычисления разности фаз. Передним фронтом 1б-го импульса, поступающего на второй вход блока 16 синхронизации, запускается формирователь импульса сброса этого блока. Импульс сброса устанавливает элементы блока 1б синхронизации в исходное состояние, в результате чего выключается генератор 17 тактовых импульсов и прекращается управление вычислительным блоком 15, который до следующего включения генератора 17 тактовых импульсов будет только выдавать результат измерения на отсчетный блок 5- Со второго выхода блока 1б синхронизации импульс сброса поступает на второй вход управления формирователя 3 стробимпульсов и устанавливает его элементы в исходное состояние, продолжающееся до момента появления на первом входе управления заднего фронта задерживающегося импульса. На этом цикл измерения разности фаз сигналов заполнения радиоимпульсов заканчивается. При измерении разности фаз непрерывных синусоидальных сигналов на третий вход блока 16 синхронизации периодически подаются запускающие импульсы с периодом, превышающим сумму периода сигнала заполнения, длительности 1б тактовых импульсов и времени, достаточного для отсчета одного результата измерения. Если в состав блока 16 синхронизации ввести элемент блокировки, обеспечивающий на некоторое время после прихода первого запускающего импульса нечувствительность блока синхронизации к следующим запускающим импульсам, то частота запускающих импульсов может быть произвольной. Введение в фазометр новых узлов обеспечивает возможность измерения разности фаз сигналов с изменяющейся в широких пределах частотой. Формула изобретения Фазометр мгновенных знамений, содержащий два формирователя импульсов

119

формирователь стробимпульсов, генератор счетных импульсов, цифровой отсчетный блок, соединенные последова тельно первый временной селектор и первый счетчик импульсов, о т л и - чающийся тем, что,с целью расширения функциональных возможностей путем Обеспечения возможности измерения разности фаз за один период сигналов при непостоянной частоте входных сигналов, в него введены первый инвертирующий мультиплексор, подк/йоченный к выходу первого счетчика импульсов,соединенные последовательно регистр константы и второй инвертирующий мультиплексор, соединенные последовательно второй временной селектор, второй счетчик им-. пульсов и третий инвертирующий мультиплексор, коммутатор, вычислительный блок, блок синхронизации, соединенные последовательно генератор тактовых импульсов, дешифратор-распределитель и первый преобразователь уровней, элемент И и соединенные последовательно управляемый инвертор кодов,дешифратор кодов и второй преобразователь уровней,причем выходы мультиплексоров поразрядно соединены друг с другом и подключены к информационным входам упправляемого инвертора, входы управления мультиплексоров соединены с выходами управления вводом цифр дешифратора-распределителя, выходы управления вводом операций которого подключены к входам первого преобразоват ля уровней и входам элемента И,последний вход которого соединен с

1512

выходом генератора тактовых импульсов выходы первого и второго преобразователей уровня подключены к входам управления коммутатора, информационые входы которого соединены с выходами управления вычислительного блока, а информационные выходы - с его входами управления, выходы формирователей импульсов подключены к информационным входам формирователя стробимпульсов, первый и второй входы управления которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока синхронизации, информационные выходы формирователя стробимпульсов подключены к входам управления первого и второго временных селекторов, информационные входы которых соединены с выходом генератора сметных импульсов, первый и второй входы блока синхронизации подключены к второму информационному выходу формирователя стробимпульсов и последнему выходу управления вводом операции дешифратора-распределителя, третий выход блока синхронизации соединен с входом управления генератора тактовых импульсов, выход элемента И. подключен к входу управления управляемого инвертора, цифровой отсчетный блок соединен с выходами вычислительного блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Смирнов П.Т. Цифровые фазометры. Л., Энергия, Э7, с.33, рис.3.

2.Авторское свидетельство СССР № 578625, кл. G 01 R 25/00, 1972.