Дискретное фазометрическое устройство

Дискретное фазометрическое устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ДИСКРЕТНОЕ ФАЗОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее два формирователя , вход первого из которых соединен с первым (опорным ) входом устройства , а вход второго - с вторым (измерительным ) входом и триггер, соединенный выходом с входом эле14ента И, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства и повышения .точности измерения, в него введены задерживающая цепь, состоящая из последовательно соединенных уменьшактаих по двоичному закону п элементов задержки, блок аналоговых , каждый из которых подключен параллельно соответствующему элементу задержки , формирователь задержанного сигнала, п элементов И-НЕ, п управляющих триггеров, п элементов ИЛИ и сдвиговый регистр, причем вход задерживающей цепи соединен с входом первого формирователя, а выход с входом формирователя задержанного сигнала, выход которого соединен с запускаквдим входом триггера, соединенного выходом с управляктцим входом элемента И, а второй (сбросовый / вход триггера подсоединен к выходу первого формирователя и входу сдвигового регистра, выход второго формирователя соединен с сигнальным входом элемента И/ выход которого соединён с вторы ми входами п элементов И-НЕ, первые входы которых подсоединены к соответствующим выходам сдвигового регистра, подсоединенным также к первым входам соответствукяцих элементов ИЛИ, вто (Л рые входы которых соединены с выходами соответствующих управляющих триггеров , являющи1 шся одновременно,выходами соответствующих двоичных разрядов устройства, при этом сбросовые о входы всех управляющих триггеров соединены со сбросовым выходом сдвигового регистра, а информационные входы каждого из управляющих триггеров сое00 динены с выходами соответствующих элементов И-НЕ, кроме трго, выходы 1 а всех элементов ИЛИ соединены с управляющими входами соответствующих аналоговых ключей. со ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

PECllYEiËÈH

3(59 Я 01 и 25 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ . /

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ CCCP

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3454888/18-21 (22) 15.06.82 (46) 07.04.84. Бкщ. 9 13 (72) В.П. Мокшанцев, A ° C. Федоров и H.П. Федоткин (531 621.317.77(088.8) (56)-1. Авторское свидетельство СССР

9573772, кл. Я 01 Р 25/00, 25.09.72

2. Пибровые измерительные приборы

Справочник Л.,0., "Энергия", 1971, с.151-152(прототип). (54)(57) ДИСКРЕТНОЕ ФАЗОМЕТРИЧЕСКОЕ

УСТРОЙСТВО, содержащей два формирователя, вход первого из которых соединен с первым (опорныи ) входом устройства, а вход второго — с вторым (измерительным )входом и триггер, соединенный выходом с входом элемента И, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения Функциональных возможностей устройства и повышения точности измерения, в него введены задерживающая цепь, состоящая из последовательно соединенных, уменьшающих lIo двоичному закону h элементов задержки, блок аналоговых ключей, каждый из которых подклкчен параллельно соответствукчцему элементу задержки, формирователь задержанного сигнала, h элементов И-НЕ, и управляющих триггеров, и элементов ИЛИ

„„SU„„5 А и сдвиговый регистр, причем вход з адерживалцей цепи соединен с входом первого формирователя, а выход с входом формирователя задержанного сигнала, выход которого соединен с запускающим входом триггера, соединенного выходом с управлякшим входом элемента И, а второй (сбросовый ).вход триггера подсоединен к выходу первого формирователя и входу сдвигового регистра, выход второго формирователя соединен с сигнальным входом элемента И, выход которого соединен с вторы ми входами и элементов И-НЕ, первые входы которых подсоединены к соответствующим выходам сдвигового регистра, подсоединенным также к первым входам Я соответствующих элементов ИЛИ, вторые входы которых соединены с выхода ми соответствующих управляющих триггеров, являющимися одновременно.выходами соответствующих двоичных разрядов устройства, .при этом сбросовые входы всех управляющих триггеров соединены со сбросовым выходом сдвигово- го регистра, а инфор "ационные входы каждого из управляющих триггеров coe-(„ ) динены с выходами соответствукщих элементов И-НЕ, кроме тсго, выходы всех элементов ИЛИ соединены с управ-lageh ляющими входами соответствулцих ана- (у ) логовых ключей. Ф

1084695

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения угла сдвига фаз между двумя периодическими электрическими сигналами..

Известно фазометрическое устройство, содержащее два идентичных измерительных канала, последовательно соединенные генератор счетных импульсов, времязадающий делитель, электронный ключ, регистрирующий счетчик и 10

Формирующие устройства С13.

Недостатками устройства являются его сравнительно небольшая точность и недостаточно широкие функциональные возможности.

Наиболее близким к предлагаемому является фазометрическое устройство для измерения мгновенного угла сдвига фаз между двумя синусоидальными сигналами, содержащее два формирователя импульсов, элемент временной задержки, два триггера три элемента сов.— падения, два инвертора генератор образцовой частоты, и счетчик при- 25 чем выход первого Формирователя, на вход которого подается первый сигнал И1()соединен с первым входом первого элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом ч0 первого триггера, выход второго Формирователя, на вход которого подается второй сигнал 132(t)соединен с первым входом второго элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом второго триггера, вторым входом первого триггера и . первым входом третьего элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом генератора образцовой частоты, выход первого элемента совпадения соединен с входом первого инвертора, выход которого соединен с первым входом второго триггера, выход второго элемента совпадения соединен с входом второ- 45 го инвертора, выход которого соединен с вторым входом второго триггера, вход элемента временной задержки соединен с запускающим входом устройства, выход элемента времен- 50 ной задержки — с первым входом первого триггера, а выход третьего элемента совпадения соединен с входом счетчика Г22.

Недостатками УстРойства являются умены .ение точности измерения фазового сдвига вследствие асинхронности измеряемого и опорного сигналов, а также недостаточно широкие функциональные возможности, так как такое устройство трудно выполнить 60 на высокой промежуточной частоте при заданном динамическом диапазоне, по высокой частоте.

Пель изобретения — расширение функциональных воэможностей уст- 65 ройства и повышение точности измерения.

Ноставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее два формирователя, вход первого из которых соединен с первым (опорным) входом устройства, а вход второго с вторым (измерительным ) входом и триггер, соединенный выходом с входом элемента И введены задерживающая цепь, состоящая иэ последовательно соединенных, угеньшающихся по двоичному закону ь элементов задержки, блок аналоговых ключей, каждый из которых подключен параллельно соответствующему элементу задержки, формирователь задержанного сигнала, сдвиговый регистр, и элементов И-НЕ,п управлякших триггеров, и элементов ИЛИ и сдвиговый регистр, причем. вход задерживающей цепи соединен с входом первого формирователя, выход задерживающей цепи соединен с входом формирователя задержанного сигнала, выход которого соединен с запускающим входом триггера соединенного своим выходом с управляющим входом элемента И, а второй (сбросовый )вход триггера подсоединен к выходу первого формирователя и входу сдвигового регистра, выход второго формирователя соединен с сигиальным входом элемента И, выход которого соединен с вторыми входами h элементов И-НЕ, первые входы которых подсоединены к соответствующим выходам сдвигов ого регистра, подс оеди не н ным также к первым входам соответствующих элементов ИЛИ,вторые входы которых соединены с выходами соответствующих управляющих триггеров, являющимися одновременно выходами соответствующих двоичных разрядов устройства,.при этом сбросовые входы всех управляющих триггеров соединены со сбросовым< выходом сдвигового регистра,а инфор-мационные входы каждого из управляющих триггеров соединены с выходами соответствующих элементов И-НЕ, кроме того, выходы всех элементов ИЛИ соединены с управляющими входами соответствукщих аналоговых ключей.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства, на фиг.2 - временные диаграммы напряжений в наиболее характерных точках схемы. устройство содержит (фиг.1 ) форми.Рователи 1 и F управляющих импульсов, совпадающих по времени .с началом периодов входных периодических электрических сигналов, задерживающую. цепь 3, состоящую из последовательно соединенных, уменьшающихся по двоичному закону элементов 41- 4 л задержки, блок 5 аналоговых ключей 61- 6п каждый иэ которых подключен параллель. но соответствующему элементу задерж1084695

Устройство работает следующим образом.

Сигнал рабочей частоть| (фиг.2а) постудает на вход формирователя 1, на выходе которого вырабатываются короткие импульсы (фиг.2ю), совпадающие по времени с моментами перехода синусоиды ol через нуль.

Сдвинутый по фазе сигнал рабочей частоты (фиг.2б) поступает на вход формирователя 2, на выходе которого вырабатываются короткие импульсы (Фиг.2 r ), совпадакщие по времени с моментами перехода синусоиды б через нуль .

Импульсы с выхода Формирователя 1 поступают на счетный вход сдвигового регистра 10, на выходных клеммах которого с приходом каждого последующего импульса 5 вырабатываются управляющие потенциаль1, соответствчгыие уюовнЮ ло45

65 ки, формирователь 7 задержанного сиг нала, триггер 8, элемент И 9, сдвиговый регистр 10, элементы H-HE 11.-11„p управляющие триггеры 121- 12, и элементы ИЛИ 131- 13п.

Вход первого формирователя 1 является первым (опорным )входом устройства> а выход второго формирователя

2 — вторым (измерительным ) входом устройства, вход задерживакщей цепи 3 соединен с входом, первого формирова- 10 теля, выход эадерживакщей цепи соединен с входом формирователя 7 задержанного сигнала, выход которого соединен с запускалцим входом триггера

8, подсоединенного своим выходом к 15 управлякщему входу элемента И 9, а второй (сбросовый ) вход триггера 8 подсоединен к выходу первого формирователя 1 и входу сдвигового регистра

10, выход второго Формирователя 2 соединен с сигнальным входом элемента И 9, выход которого подсоединен к вторым входам .элементов И-HE 11„-11„, первые входы которых подсоединены

K соответствукщим выходам сдвигового регистра 10, подсоединенным также к одному из входов соответствующих элементов ИЛИ 13 - 13 вторые вхоh ды которых подсоединены к выходам соотBeòñòâyãùèõ управляющих триггеров 12„- 12п яюлянщимися одно30 временно выходами соответствующих двоичных разрядов устройства, сбросовые входы управляющих триггеров

12 - 12h соединены со сбросовым выходом сдвигового регистра 10, 35 а ин Формационные входы каждо го из управляющих триггерор 12 — 12 и соединены с выходами соответствующих элементов И-НЕ 11„- 11„, кроме того, выходы всех элемейтов 40

ИЛИ 131- 13 соединены с управляю-, tãèMè входами соответствукщих аналоговых ключей 6>- 6 задержии вакщей цепи. гической "1" (фиг.2 д,е,ж,g).

Do прошествии Q циклов в конце последнего происходит сброс сдвигового регистра в исходное состояние, и процесс повторяется снова (на фиг.2 изображена временная . диаграмма четырехразрядной системы)..

В течение и шагов, задаваемых сдвиговым регистром, в задерживающей цепи устанавливается сдвиг фаз, равный с выбранной дискретностью измеряемому фазовому сдвигу и соответствукщий коду, записанному управ-. ляющим триггером 121- 12

Задерживакщая цепь 3 включает в себя и калиброванных элементов задержки 4 - 4п, каждый последукщий из которых по величине меньше предыдущего вдвое. Каждый элемент задержки запараллелен с аналоговым ключом 61 - б п,В исходном состоянии все аналоговйе ключи замкнуты и задерживающая цепь закорочена, так что величина вносимого сдвига фаз равна нулю.

С началом первого измерительного цикла потенциал логической "1" с первого выхода сдвигового регистра 10 поступает на вход элемента

ИЛИ 13„ и с выхода этого элемента логическая "1" поступает на управлякщий вход аналогового ключа б ключ размыкается, включая элемент задержки 4 . Сигнал рабочей частоты задерживается на этом элементе на соответствующую величину (на фиг. 2, например, на 90 ). Задержанный сигнал поступает на формирователь 7, нэ выходе которого выбирается короткий импульс, совпадающий по времени с моментом перехода задержанной синусоиды через нуль. Этот импульс поступает на запускающий вход триггера 8, на сбросовый вход которого подаются импульсы с выхода формирователя 1. В результате на выходе триггера 8 вырабатывается потенциал логической "1", передний фронт которого совпадает по времени с переходом задержанной синусоиды через нуль, а задний фронт — с окончанием периода опорного сигнала (фиг.2 и ).

Элемент И 9 анализирует наличие или отсутствие временного совпадения импульса 3, определякщего фазовый сдвиг между входными сигналами, с пьедесталом задержки. Если совпадения нет, то на выходе элемента И 9 будет иметь место логический "0", если есть — то логическая "1". пусть в первом цикле не было временного совпадения измерительного импульса с пьедесталом задержки (первая задержка взята равной 90О) т.е. внесенный задерживающей цепью сдвиг фаз больше измеряемого. В этом случае на,выходе элемента И 9 будет иметь место логический "0", на выходе

1084695 элемента И-НЕ 111 сохранится логическая "1", которая, поступив на вход управляющего триггера 12>(на втором входе которого также будет логическая "1"),:не перебросит его, оставив триггер в режиме хранения информации.

В этом случае на выходе элемента

ИЛИ 13 логическая "1" будет иметь место Лишь до окончания первого цикла, после чего она заменится логичес- 0 ким "0", и аналоговый ключ б снова замкнется, эакоротив элемент задержки 4„. В следующем измерительном цикле, следовательно, может вклю-. читься вдвое меньшее время задержки, а затем вчетверо меньшее время задержки и т.д. пока в сдвиговом регистре не будут пройдены все n его состояний. Вносимый элементами за-, держки фазовый сдвиг будет уменьшаться до тех пор, пока в одном из пе- 20 риодов опорного сигнала измерительный импульс g с выхода формирователя

2 не совпадет по времени с пьедесталом задержки. Как только это произойдет, на втором входе соответствую- 25 щего элемента И-НЕ появится логическая "1", а на его выходе — логический

"0", который перебросит управляющий триггер, вызвав появление на его выходе логической "1", которая будет 30 иметь место до окончания последнего цикла, после которого произойдет сброс триггера в исходное состояние (Фиг.1 о ).

В этом случае в тех циклах, где имеет место временное совпадение измерительного импульса с пьедесталом задержки, логическая "1" удерживающая соответствующие аналоговые ключи в разомкнутом состоянии не исчезнет с.выходов соответствую- 40 щих элементов ИЛИ с окончанием цикла, а будет продолжать действо. вать с момента начала цикла, в пределах которого произошло совпадение, и до окончания последнего цикла, 45 определяемого разрядностью устройства (фиг.2 с,т,у,ñ ).

Таким образом, в случае временного совпадения в предыдущем цикле измерительного импульса с пьедесталом задержки в последующем цикле отсчет в два раза уменьшакщегося времени задержки задерживающей цепи будет происходить не от нуля, а от переднего фронта пьедестала задержки предыдущего цикла, на котором произошло совпадение. Следовательно, точность измерения будет повышаться от периода к периоду.

Двоичный код на выходе управлякщих триггеров, снимаемый перед сбросом их в исходное состояние, однозначно определяет угол сдвига фаэ между опорным и измеряемым . сигналами.

При выборе необходимого числа периодов измерения (циклов ) устройство позволит получить достаточно высокую точность измерения угла сдвига фаз без включения в схему генератора счетных импульсов. Тем самым создается возможность за счет исключения иэ схемы дорогостоящего, дефицитного, стабилизированного кварцевым резонатором генератора счетных импульсов и связанных с ним дискретных элементов, создать унифицированный фазоиэмерительный модуль для достаточно широкого диапазона частот, взаимозаменяемый, ремонто пригодный, более надежный в работе н позволяющий, улучшить повторяемость результатов при многократных измерениях одной и той же величины угла сдвига фаз.

Эффект повторяемости измерений достигается за счет когерентности задержанных эталонных сигналов и сигналов рабочей частоты. Вследствие этого устраняется присущий устройству, содержащему генератор счетных импульсов, дрейф счетных импульсов относительно сигналов рабочей частоты и повышение точности измерения.

1084695 фиг. 2

Составитель Ю. Макаревич

Редактор О. Сопко Техред И.Надь Корректор Ю. Макаренко

Заказ 1990/39 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

jl

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "патент",-г. ужгород, ул..Проектная, 4