Цифровой фазометр

Цифровой фазометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР, содер .жалдий первый формирователь, вход которого соединен с шиной опорного напря хения, последовательно соеди- . ненные первый блок селекции, первый триггер,.первый ключ и первый счетчик , причем второй вход первого ключа соединен, с первым входом первого ;элемента И и первым входом второго . ключа, выход которого соединен с входом второго счетчика, а второй вход - с выходом второгЬ триггера, первый вход которого соединен с первым выходом первого триггера, а второй с выходом второго блока селекции , вход которого соединен с выходом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго формирователя, первый вход которого соединен с шиной измеряемого напряжения , а второй - с вторым входом, ; первого формирователя и выходом . блока запуска, вход которого подключен к шине запускающего напряжения, генератор и первую ипсалу .совпадений, содерзхащую третий триггер, секционированную линию задер хки, первый элемент ИЛИ и п Каналов совпадений, каждый из которых содержит третий, четвертый и пятый ключи, второй элемент И и второй элемент ИЛИ, причем, первый вход третьегЬ ключа соединен с выходом второго элемента или, входы которого соединены с выходами пятых ключей всех каналов шкалы, кроме своего, и выходами четвертых ключей всех-каналов икалы, кроме своего , предьвдущего и- .последу1ааего, первый вход пятого ключа соединен с выходом третьего триггера, а второй вход - с БЕдходом второго элемента И и первым входом четвертого ключа, второй вход которого соединен с вторыг/ выходом третьего триггера, первый вход второго элемента И соединен с выходом первого формирователя , а второй вход - с входом первого элемента ИЛИ и выходом третьего ключа, причем вторые вхо- i ды третьего ключа всех каналов, кроме первого, подключены к выходам секционированно линии задержки, отличающийся тем, что, с целью повышение быстродействия, в него введены третий элемент ИЛИ, а таюхе дополнительно (п-1 ). шкала совпадений, содержащая дополнительно вторую линию задержки и в ка)лдый из п ЪксШ совпадений - третий фор05 мирователь , причем вход третьего формирователя первой шкалы соединен Hj; с выходом генератора, а выходы во ГС всех шкалах - с вторым входом третьего го ключа и входом секционированной .линии задергкки, входы третьих форми4 рователей остальных икал соединены с выходом первого элемента ИЛИ предыдуцей шкалы, входы вторых линий задержки соединены с выходом перво гр формирователя, а выходы - с входами третьих триггеров, выход третьего элемента ИЛИ соединен с входами третьего триггера первой совпадений и первого блока селекции, а входыс выходами пятых ключей последней шкалы и вторым выходом первого . триггера,причем в последней шкале выхолЫ четвертых ключей каналов соединены с входами вторых элементов ИЛИ.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .

К ABTOPCHOMY. СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И О ГНРЫТИЙ (25) 3277272/18-21 (21) 2397366/18-21 (22) 26.03.80 (23) 22.04.81 (46) 30.12.33. Вюл. Р 48 (72) В.В. Дюняшев, A.È. Левтеров и В.Е. Тырса. (71) Харьковский автоглобильно-дорожный институт (53) 621.317 ° 77(088.8) (56) 1.. Авторское свидетельство СССР

Р 748273, кл. С 01 R 25/00, 1980.

2У Авторское свидетельство СССР по заявке t) 2459720/18-21, кл. G R 25/08, (54) (57) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР, содер-, .жащий первый формирователь, вход которого соедийен с шиной опорного напря>кения, последовательно соединенные первый блок селекции, первый триггер,.первый ключ и первый счетчик, причегл второй вход первого ключа соединен с первым входом первого

;элемента И и первым входом второго ." ключа, выход которого соединен с входом второго счетчика, а второй вход — с выходом второго триггера, первый вход которого соединен с первым выходом первого .триггера, а второй - с выходом второго блока селекции, вход которого соединен с выходом второго элемента И, второй вход которого. соединен с выходом второго формирователя, первый вход которого соединен с шиной измеряемого напря-. жения, а второй — с вторым входом, первого формирователя и выходом блока запуска, вход которого подключен к шине запускающего напряжения, генератор и первую шг<алу .совпадений, содер><ащую третий триггер, секционированную линию задержки, первый элемент ИЛИ и п каналов совпадений, каждый из которых содержит третий, четвертый и пятый ключи, второй эле- мент И и второй элемент ИЛИ, причем, первый вход третьегЬ ключа соединен

„.Я0„„1064224 A

3(50 .G 0 R 25/00; G 01 8 25/08 с выходом второго элемента или, входы которого соединены с выходами пятых ключей всех каналов шкалы, кроме своего, и выходами четвертых ключей всех-каналов г.>калы, кроме своего, предыдущего и .последугощего, первый вход пятого ключа соединен с выходом третьего триггера, а второй вход — с выходом второго элемента И и первым входом четвертого ключа, второй вход которого соединен с вторым выходом третьего триггера, первый вход второго элемента И соединен с выходом первого формиро. вателя, а второй вход — с входом первого элемента ИЛИ и выходом третьего ключа, причем вторые вхоС0 ды третьего ключа всех каналов, кроме первого, подключены к выходам секционированной линии задержки, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены третий элемент ИЛИ, а так><е дополнительно (n-1). шкала совпадений, содер>кащая дополнительно вторую линию задержки и в каждый из и шкал совпадений — третий форглирователь, причем вход третьего СЬ формирователя первой шкалы соединен с выходогл генератора, а выходы во всех шкалах — с вторйм входом третье- М го ключа и входо;л секционированной Я линии задер.<ки, входы третьих формирователей остальных г.гкал соединены с выходом первого элеглента ИЛИ предыдущей шкалы, входы вторых линий задержки соединены с выходом первого Формирователя, а выходы — с входами третьих триггеров, выход треть- Ъ его элемента ИЛИ соединен с входагли третьего триггера первой шкауы совпадений и первого блока селекции, а входы- с выходами пятых ключей пос-, ледней шкалы и вторым выходом первого триггера, причем в последней шкале выходы четвертых ключей каналов соедине" ны с входами вторых элеглентов ИЛИ.

1064224

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использована для измерения среднего значения сдвига фаз между двумя периодическими сигналами, например, в качестве промежуточного звена между фазовыми датчиками первичной информации и цифровым вычислительным устройством.

Известен цифровой фазометр для измерения среднего значения сдвига фаз, содедржащий пять ключей, три счетчика, два триггера, генератор, формирователь, секционированную линию задержки, три элемента ИЛИ и и каналов совпадений, каждый .из кото- 15 рых содержит шестой, седьмой и восьмой ключи, четвертый элемент ИЛИ и элемент И, причем входные шины соединены с входами первого и второго ключей, управляющие входы которых 20 соединены с выходами первого тригге- ра, а выход — c входом формирователя, выход которого соединен с входами элементов И всех каналов совпадения и первым входом третьего клю- 25 ча, выход генератора соединен с входами шестого и седьмого ключей первого канала совпадений, а аналогичные входы остальных каналов соединены с соответствующими выходами секционированной линии задержки, вход которой подключен к генератору, выходы восьмых ключей всех каналов соединены с входами вторых и третьи:: элементов ИЛИ, а выходы второго эле- мента ИЛИ через третий и четвертыи ключи соединены соответственно с первым и вторым счетчиком, причем вто рой вход четвертого ключа соединен с выходом первых элементов ИЛИ и вторым входом пятого ключа, выход кото- 40 рого соединен с третьим счетчиком, а первый вход — с входами первого и второго триггеров и выходом вторых элементов ИЛИ,.а входы первого эле.мента ИЛИ соединены с выходами чет- 45 вертых элементов ИЛИ всех каналов 1.

Цифровой фазо летр характеризуется недостаточной надежностью и большими аппаратурными затрата ли, обусловленными большим количеством кана- 50 лов совпадений.

Известен цифровой фазометр, реализующий способ. измерения сдвига фаз основанный йа трансформации фазового сдвига на низкую частоту

55 путем сравнения во времени последовательностей импульсов, сформированных из исследуемых сигналов, с эталонной последовательностью импульсов. Этот фазометр содержит после- 60 довательно соединенные формирователи, генератор эталонной частоты, элементы И, блоки селекции, электронный коммутатор, индикаторы совпадений, блокирующее устройство, триг- 65 геры, ключи импульсов и арифметическое устройство f2 3.

Недостатком известного устройства является пониженное быстродействие при его papoose в ждуцем режиме.(т.е. однократном запуске фазометра по импульсу, поступающему в произвольный момент времени), обусловленное необходимостью ожидания первого совпадения импульсов, сформированного.из исследуемого сигнала, с импульсом эталонной частоты, которое является началом преобразования фазового сдвига во временной интервал.

Действительно, период между совпадениями импульсов исследуемого и эталонного сигналов Т12 (т.е. время непосредственного изиерения фазового сдвига) определяется выражением т т, 12 fТ„-Т где Т вЂ” период исследуемого. сигнала;

Т вЂ” период эталонного сигнала.

A так как в общем случае начальная фаза эталонной последовательности импульсов относительно импульса запуска не равна начальной фазе исследуемых сигналов относительно того же импульса запуска, то время ожидания первого совпадения импульсов начала непосредственного измерения мо>Фет достигать значения Т„2, т.е.

I суммарное общее время измерения с учетом времени ожидания его начала ранно удвоенному значению.

Цель изобретения — повышение быстродействия цифрового фазометра при его работе в жцущем режиме.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой фазометр, содержащий первый формирователь, вход которого соединен с шиной опорного напряжения, последовательно соединенные первый блок селекции, первый триггер, первый ключ и первый счетчик, причем второй вход первого ключа соединен с первым входом первого элемента И и первым входом второго ключа, выход которого соединен с входил второ о счетчика, а второй вход †.с выходом нторого триггера, первый вход которого соединен с перным выходил первого триггера, а вто- . рой - с выходом второго блока селекции, вход которого соединен с выходом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго формирователя, перный вход. которого соединен с шиной измеряемого напряжения, а второй - с вторым входом первого формирователя и выходом блока запуска, вход которого подключен к шине запускающего напряжения, генератор и первую шкалу совпадений, .1064224 содер:<ащую третий триггер, секцнонированную линию задержки, первый элемент ИЛИ и п каналов совпадений, каждый из которых содержит третий, четвертый и пятый ключи, второй элемент И и второй элемент ИЛИ, причем первый вход третьего ключа соединен с выходом второго элемента IgIH входы которого соединены с выходами пятых ключей всех каналов ыкалы, кроме своего, и выходами четвертых 10 ключей всех каналов ыкалы, кроме своего, предыдущего и последующего, первый вход пятого ключа соединен с выходом третьего триггера, а второй вход — с выходом второго элемен- 15 та И и первым входой четвертого ключа, второй вход которого соединен с вторым выходом третьего триггера, первый вход второго элемента И соединен с выходом первого формирователя, а второй вход — с входом первого элемента ИЛИ и выходом третьего ключа, причем вторые входы третьего .ключа всех каналов, кроме первого, подключены к выходам секционированной линии задержки, введены третий элемент ИЛИ, а так><е дополнительно. (n-1) ыкала совпадений, содержащая дополнительно вторую линию задержки и в каждой из и шкал совпадений — третиц формирователь, причем вход третьего формирователя первой шкалы соединен с выходом генератора, а выходы формирователя во всех шкалах — с вторым входом треть его ключа и входом секционированной линии задержки, входы третьих формирователей остальных шкал соедине,ны с выходом первого элемента ИЛИ предыдущей ыкалы, входы вторых линий задержки соединены с выходом 40 первого формирователя, а выходы с входами третьих триггеров, выход третьего элемента ИЛИ соединен с входами третьего триггера первой шкалы совпадений и первого блока 45 селекции, а входы — с выходами пятых ключей последней ыкалы и вторым выходом первого триггера, причем в последней шкале выходы четвертых ключей каналов соединены с входами вторых элементов ИЛИ.

На фиг. 1 представлена функциональная схема цифрового фазометра; на фиг. 2 — временные диаграммы его работы.

Цифровой фазометр содержит формирователи 1 и 2, генератор 3 импульсов с эталонной частотой следования, блок 4 запуска, линию 5 задержки, .элемент Иб, блоки 7 и 8 селекции, триггеры 9 и 10, элемент

ИЛИ 11, ключи 12 .и 13, счетчики 14 и 15 импульсов, ыкалы 16 (; о К-й) совпадений, содержащие фориировате-. лия 17-1 (до К-го), триггеры 18-1 (до I:-го), секционированные линии 65

19-1 (до К-й) задержки, элементы

ИЛИ 20 -1 (до К-го) .и каналы 21 (до 1-го)совпадений, каждый из которых состоит из ключей 22-24, элемента И 25 и элемент ИЛИ 26.

Фазометр работает следувщим образомм.

При отоутствии входных сигналов импульсы эталонной частоты длительностью С с выхода генератора 3 импульсов с эталонной частотой следования t: (<риг. 2а) поступают на первый вход первой ыкалы 16 — вход формирователя 17.

С выхода формирователя 17 импульсы длительностью i„ пocTупают на первый вход первого канала — первый ключ 22 - и на вход секционированнои линии 19 задержки, с выходов которой импульсы эталонной частоты, сдвинутые один относительно другого на время Т,„ "ò, задержки между выводами, поступают на первые входы остальных каналов 21. Таким образом образуется первая шкала сдвинутых импульсов длительностью .„, д-., (ф . 0).

Количество каналов первой шкалы

n„определяется из выражения (2)

1зад где ейск — округленное до большего целого значение частного.

С выходов ключеи 22 первого канала импульсы эталонной частоты поступают на первые входы элементов

И 25 каналов первои ыкалы 16, выходы которых в каждом канале соединены с двумя ключами: нормально открытыми 23 и нормально закрытыми 24. Выходы нормально закрытых ключеи 24 соединены с входами элементов ИЛИ 26 всех каналов, кроме своего, а нормально открытых — кроме своего, пре. дыдущег<> и последующего (по номеру), считая, что нумерация кольцевая.

Ключи 23 и 24 каналов управляются триггером 18.

С выходов ключей 23 всех каналов первой шкалы 16 импульсы поступают через элемент ИЛИ 20 на первый вход следувщей ыкалы 16 — формирователь

17, в котором формируются импульсы длительностью У2, задерживаемые второй секционированной линией 19 заДеР><ки на величинУ Т2 д и .от вывода к выводу. Так образуется вторая шкала совпадений (фиг. 2в).

Таким образом, за период следования импульсов эталонной частоты Т9., на вход каждого из каналов второй шкалы поступит и импульсов. Количество каналов во второй.ыкале может быть определено из выражения и = ейск (3)

2 с2 зад

1064224

Точно так же образованы последующие шкалы. Количество каналов в них определяется из выражения (5) „"+ с (<(. - q;+ (Т с + ь (Т, (61 зт что необходимо для обеспечения разрывов между пакетами совпадений.

При поступлении первого после импульса запуска опорного иглпульса на вход первой шкалы 16 н элементах

И 25, выделяются его совпадения с

3TctJIoHHoH частоты. Импульсы с выхода элементов И 25 поступают через соответствующий нормально открытый ключ 23 на элементы

ИЛИ 26 всех каналов, кроме канала, в котором произошло совпадение предыдущего канала и последующего. Таким образом, если первый опорный импульс совпадает только в m-ом канале первой шкалы, то остаются открытыми ключи.-каналов 21. Если же имеет-место совпадение в двух соседних каналах, то остаются от- .. крытыми ключи 21, либо (m-1), m, лиДо m, (m+1) каналов. Следовательно, в дальнейшем через элемент

ИЛИ 20 на вход формирователя 17 65 п,. епt (4) о,л 5

С выхода предпоследней шкалы 16 .(элемента ИЛИ 20) импульсы поступа.ют на первый вход последней шкалы 16 (формирователь 17), которая определяет точность измерения и управляет 10 началогл и окончанием отсчета. Причем длительность импульсов с формирователя 17 минимальна и равна

Образование шкалы сдвинутых иглпульсов длительностью с„ =,„„. анало- 15 гично предыдущим шкапам. Следовательно, количество каналов н ней определяется по выражению (4) и состав элементов в каналах аналогичен этим шкалам. Однако во всех каналах пос- 20 ледней шкалы нормально открытые ключи 23 соединены с элементами ИЛИ 26 .своих каналов, а нормально закрытые ключи 24 — с всеми каналами, кроме своего. Крогле того, выходы нормаль- 75 но закрытых ключей всех каналов соединены с входами элемента ИЛИ 11.

Опорный 0 и измеряемый 0 сигналы частотои Г поступают соотнетст1 венно на формирователи 12, которыми они преобразуются н последовательности прямоугольных импульсов длительностью привязанные к переходам через нуль соответствующих сигналов (фиг. 2г, д) при наличии разрешения с блока 4 запуска. Длительности формируемых импульсов должны удовлетворять следующим условиям: о

"+ пег f т зт/

40 второй шкалы 16 поступят импульсы только с открытых ключевых устройств.

Аналогичное выделение открытых каналов происходит и в шкалах 16, кроме последней, которая определяет точность измерения и управляет началом и окончанием отсчета.

При поступлении первого после импульса запуска опорного импульса на вход последней шкалы 16 в соответствующих элементах И .25 также выделяются совпадения, которые могут произойти последовательно в нескольких элементах И (их количество опрецеляется соотношениегл между > t и кзад

).

Если начать отсчет с г|омента совпадения в первом или последнем из этих элементон, то погрешность неопределенности положения иглпульсов будет достигать t „ . Поэтому ключи 22 из рида каналов, в которых произошли первые совпадения, закрываются импульсагли с выходов элементов

И этих каналов, прошедшими через соответствующие нормально открыте первые ключи 23 и элементы ИЛИ 26. Импульс опорного напряжения U, пройдя через линию 5 задержки, которой он задерживается на время болншее, перебрасывает сановной триггер 18. !

3 результате первые кЛючи 23 закрываются,а вторые ключи 24 открываются. Если i — ноглер канала, в котором произошло совпадение переднего фронта импульса опорной последовательнос ти, а j — то же для заднего фронта, то отсчет начинается с момента появления первого совпадения с каналов

i-1 или j+1 что зависит от того гленьше или больше. период Т„ периода

Т . Погрешность неопределенности .момента начала отсчета достигает н этом случае лишь значения разности периодов (Т„-T ), на которую происходит сдвиг соответствукщих фронтов сонпадаюцих иглпульсов.

Поскольку частоты fz исследуемых сигналов и частота Т эталонного сиг нала близки и соблюдаются условия. (5) и (6), то на выходах соответствующих элементов И 25 (фиг. 2е) преобразуются пакеты импульсов совпа дений,.число которых в пакетах прямо пропорционально Г„„„ и обратно пропорционально разности периодов

lT1-Т !.

Первый импульс пакета совпадений в этом случае с соответстнующих ключей 24 поступает через элементы

ИЛИ 26 на второй вход соответствующих ключевых устройств 22 (кроме ключа данного канала), закрывая те из них, которые оставались открытыми. Одновременно первый иглпульс пакета совпадений поступает через элемент ИЛИ 11 на установочные нхо7 1064224 8

10 ды триггеров 18 и перебрасывает их в противоположное состояние. В ре-, зультате этог первые ключи в каналах шкал 16-1 - 16-(К-1) закрываются, а вторые ключи открываются. Так как вторые ключи соединены .через соответствуицие элементы ИЛИ с вторыми,входами ключевых устройств всех каналов, кроме своего, то импульс совпадения, выработанный в каждой шкале, закрывает ключевые устройства, которые оставались открытыми в этих шкалах, кроме своего канала.

Таким образом, в каждой шкале выцеляется только один канал (рабочий), который соответствует совпа-. 15 дению импульса на выходе линий 19 задержки с опорным импульсом, соответствующим началу отсчета, в дальнейшем этому каналу и соответствующим его элементам. Первый импульс 20 пакета совпадений с соответствующих ключей 24 поступает через элемент ИЛИ 11 на блок 7 селекции.

В дальнейшем работа фазометра аналогична работе прототипа. Выделенные. блоком 7 селекции соответствующие импульсы пакетов совпадений (опорных) поступают на вход тригге" ра 9, формируюцего временной интервал Т (фиг. 8г<), равный периоду совпадений опорных и эталонных им- .

30 пульсов. Число эталонных импульсов, поступающих с выхода Ключа 22 рабочего канала через элемент ИЛИ 20 и квантующих временной интервал Т подсчитываются счетчиком 14 (фиг. 8э),Я

Импульс напряжения, полученный дифференцированием передного фронта временного интервала T „, поступает на вход установки единицы триггера 10 и перебрасывает последний. 40

В исходное состояние триггер 10 возвращается импульсом пакета совпацении (измеряемого), поступающим через блок 8 селекции и выделенным из пакета импульсов совпадений, образован- 45 ного в результате сравнения во времени в элемента И б импульсов измеряемого сигнала с импульсами эталонной частоты, поступакщими через ключ 22 и элемент ИЛИ 20 (фиг. 8и). Таким образом, триггер 10 формирует временной интервал с, (фиг. Ок), равный временному сдвигу между опорными и измеряемыми пакетами совпадений.

Число й2 эталонных импульсов, квантуюцих временной интервал подсчитывается счетчиком 15 импульсов (фиг . 8л).

Цикл измерения фазового сдвига заканчивается после того, как триггером 9 будет сформирован временной ичтервал Т . Импульс напряжения, полученный дифференцированием заднего фронта временного интервала

Т<>, поступая через элементы ИЛИ ?6 на BTopble входы ключа каналов К-ll шкалы, закрывает последний из них, бывший открытым.

Далее значение кодов N и N2 вводится в ЭЦВИ, где искомый фазовый сдвиг определяется по формуле — - 360

Таким образом, предлагаемый фазометр позволяет снизить максимальное время ме;кду моментом поступления импульса запуска и моментом начала измерения с .величины, присущей прототипу, до величины in sa T

IT1 -T„l

Кроме того, точность изготовления секционированной линии 19 задержки не влияет на точность описываемого преобразователя, так как и в этом случае выделяются первые совпадения .импульсов в одном или нескольких каналах совпадений, выделяется один из этих каналов и ожидается соответствующий импульс второго пакета совпадений. Точность измерения зависит от неопределенности полох<ения импульсов при совпадениях, которая равна Т„ -Т

1064224

К ЭЦВ/1

0 =А $т(3у +y)g

Рог.1 с я

1 с 3 i

1 Я 3

БНИИПИ Заказ 10526/47 Тираж 710 Подписное

Филиал ППП "Патент",г.Ужгород,ул.Проектная,4