Кумулятивный фазометр

Кумулятивный фазометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

1 у. ш1 517857

Со1оз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 17.04,74 (21) 2016098/21 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 15.06.76. Б|оллетець ¹ 22

Дата опубликования описания 19.08.76 (51) М. Кл. G 01R 25/00

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.317.373 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. П. Бессмельцев, В. Н. Бурнашов, В. В. Воробьев и В. С. Соболев (71) Заявитель

Институт автоматики и электрометрии

Сибирского отделения АН СССР (54) КУМУЛЯТИВНЫЙ ФАЗОМЕТР

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в цифровых измерителях угловых или линейных перемещений и скоростей перемещений, использующих интерферометры па двухча- 5 стотном лазере или на одночастотном лазере с акустооптической модуляцией, поворотный или плоский индуктосин, вращающийся трансформатор и т. п.

Известен кумулятивный фазометр, содержа- 1О щий формирователи, выход одного из которых соединен с первым хронизатором, реверсивный счетчик, счетчик уточнения и схему задержки, выходы которых подключены к арифметическому устройству, и второй хрониза- 15 тор, один из выходов которого подключен к входу схемы задержки. Недостатками известного устройства являются невозможность измерения разности частот входных сигналов (пропорциональной скорости перемеще- 20 ния в двухчастотных интерферометрах) из-за отсутствия задатчика времени; невозможность обеспечения синфазности входных напряжений в моменты перехода информационного сигнала через «О», когда известна его 25 фаза, т. е. получение нулевого показания прибора при любой разности фаз входных сигналов, и узкий частотный диапазон входных сигналов, ограниченный быстродействием реверсивного счетчика. ЗО

Для расширения частотного диапазона и измерения разности частот входных сигналов предлагаемый фазометр снабжен умножителем, логической схемой И, дискретным фильтром, делителем, причем вход умножителя соединен с выходом второго формирователя, а выход — со вторым входом первого хронизатора и через логическую схему И с одним из входов счетчика уточнения, один из выходов которого подключен к одному из входов дискретного фильтра и через делитель подключен к арифметическому устройству и к одному из входов второго хронизатора, второй вход второго хронизатора присоединен к выходу первого хронизатора и второму входу дискретного фильтра, второй выход подключен к вторым входам реверсивного счетчика уточнения и делителя, третий его выход соединен со вторым входом логической схемы

И, выходы дискретного фильтра соединены с входами реверсивного счетчика.

На фиг. 1 показана блок-схема описываемого фазометра; на фиг. 2 — временные диаграммы напряжений в отдельных точках устройства.

Входами устройства (фиг. 1) являются входы формирователя 1 опорного сигнала частоты f, и информационного сигнала формирогателя 2 частоты )„. Выход формирователя 1 соединен через умножитель 3 и схему И 4 со

»»О +» »» np

To(no + Ли) счетным входом счетчика уточнения 5, а выход формирователя 2 — с входом «а» первого хропизатора 6, выход которого соединен с входом «в» второго хронизатора 7 и входом «и» дискретного фильтра 8. Вход «О» дискретного фильтра 8 соединен со старшим разрядом счетчика уточнения 5 и счетным входом делителя 9. Выход информационного сигнала

«И» дискретного фильтра 8 соединен с входом вычитания « — «реверсивного счетчика

10, а выход опорного сигнала «О» фильтра— с входом сложения «+». Выходы разрядовреверсивного счетчика 10 и счетчика уточнения

5 соединены с входами арифметического устройства 11. Выход делителя 9 соединен с арифметическим устройством 11 и входом «а» второго хронизатора 7, выход «а» которого через схему задержки 12 соединен с входом разрешения записи арифметического устройства 11, выход «в» с входами установки «О» реверсивного счетчика 10, счетчика уточнения

5 и делителя 9 и выход «с» — со вторым входом схемы И 4.

Работа устройства в качестве измерителя разности частоты входных сигналов основана на измерении разности фаз этих сигналов, определяемой как в целых периодах, так и в долях периода, за время измерения, состоящее из двух частей: одна часть есть начальное заранее выбранное число периодов опорной частоты и, (в случае использования в качестве делителя 9 m — разрядного двоичного счетчика целесообразно положить гг,„=и„— k, где г) 2, а и„-2

fo химии среднее число периодов опорной частоты за время измерения, если минимальная инфорfo мационная частота ft»M»r»»= —, то =1), 2 вторая часть (An) — меняется от измерения

2/г к измерению в пределахТ,.21=- — —, (т. е. при

Л

1 =1 в пределах 2Tp). Для повышения точности измерения псобходимо выбирать

n„))2k. Для точного измерения фазы, измерение должно начинаться одновременно с начальным информационным импульсом и заканчиваться одновременно с конечным информационным импульсом, что легко обеспечивается только при синфазности опорного и информационного сигналов в момент времени, соответствующий начальному информационному импульсу.

Таким образом измеряемая величина получается согласно формуле: Vp, о — Vè

2 деизм 2" Tp (np + А1») где гг„п„— число целых периодов информационного и опорного сигналов за время измерения;

1О

An — доля периода опорного сигнала к концу измерения.

Поскольку знаменатель в формуле (1) не является постоянной величиной, то деление на него осуществляется с помощью разложе1 ния дроби в ряд Тэйлора. Взяв два

Tp(np + An) первых члена разложения, формулу (1) можно переписать: и,— n +An / Ьл »

/= " 1 — — )=

1 no — пи+ hn / Ьп

1— (2)

Т 2 " 2" )

О где и,— n„— содержимое реверсивного счетчика 10, An — содержимое счетчика уточнения

5, поделенное на 2, где У вЂ” число разрядов этого счетчика; ог — число разрядов делителя 9.

В случае использования фазометра в качестве измерителя скорости, например, с двухчастотным лазерным интерферометром, измеряемая скорость V=kf, где Й вЂ” коэффициент пропорциональности. Выбирая отношение

А

= 10», где р — целое число, можно поТи 2»и лучить отсчет измеряемой скорости в метрических единицах.

Работа устройства в качестве измерителя разности частот происходит следующим образомм.

Опорный Up и информационный У»» сигналы (фиг. 2) поступают на формирователи 1 и 2, которые в моменты перехода напряжений Up и У„через нуль формируют импульсы U» и Uq. Опорные импульсы поступают на умножитель 3, которыи умножает опорную частоту 1р и 2- раз и выдает меандр Us. Для обеспечения нормальной работы дискретного фильтра 8 в фазометре используется привязка опорных и информационных импульсов к разным фронтам импульсов умноженной опорной частоты. Хронизатор 6 привязывает информационный импульс к заднему фронту умноженной опорной частоты и полученную г»оследовательность Us подает на вход «и» дискретного фильтра 8. Счетчик 5 срабатывает от положительного фронта импульса, nocTó».àþùå»î с умножителя 3, следовательно, опорные импульсы (L s) привязаны к передним фронтам выходных импульсов умножителя 3. коэффициент деления счетчика уточнения 5 равен коэффициенту умножения умножителя

, т. е. частота сигнала Us на выходе старшего разряда счетчика уточнения равна частоте

f, входного опорного сигнала.

С выходов дискретного фильтра 8 на реверсивный счетчик 10 поступают импульсы

Uso и Us„, имеющие частоту, равную разности частот сигналов, поступающих на его входы, причем при f)fo частота Us„paBHa f»,—

fp, а частота Us,— нулю, при f (f, частота

Us, равна fp — f, а частота UeÄ вЂ” нулю. Таким

517857

З0

»О

5 образом, при использовании дискретного фильтра п а реверсивпый счетчик поступают сигналы с частотой (1,— f.), а в случае отсутствия фильтра они поступают с частотой (f0+f )

Отметим, что диаграммы на фиг. 2 построены для случая, когда N=m=2, к=1. Начало измерения связано с приходом импульсов последовательности Uz, которые устанавливают «О» в реверсивном счетчике 10, счетчике уточнения 5 и делителе 9. Установка «О» счетчика уточнения обеспечивает синфазность в этот момент времени информационного сигнала U< и вспомогательного опорного сигнала Uq. С этого момента в реверсивном счетчике 10 надапливается разность п,— п4

После поступления со счетчика уточнения 5 на делитель 9 2 " — 1 импульсов во всех разрядах делителя 9 будут «1» и па выходе делителя появляется сигнал U9, который поступает на вход «а» второго хронизатора 7 и дает ему команду выделить из информационной последовательности U< два рядом стоящих импульса, первый из которых является конечным для текущего цикла измерения, а второй — н ачальным для следующего цикла измерения.

Если в момент прихода конечного импульса цикла измерения выходной сигнал делителя 9 равен «1», то время этого цикла измерения меньше Т, " " и Ьп = An — 1; если же в этот момент сигнал равен «О», то время измерения больше Т,.2 " и An =An. Первый выделенный хронизатором 7 информационный импульс U7, через задержку, равную времени установления показания в реверсивном счетчике 10 и счетчике уточнения 5, поступает на вход записи содержимого обоих счстчиков в регистр арифметического устройства 11. При этом с момента прихода конечного импульса и до прихода начального импульса с выхода «с» хронизатора 7 на вход схемы И 4 поступает сигнал, запрещающий прохождение импульсов с умножителя 3 на счетчик уто пненпя 5. Как показано на фиг. 2, после прихода конечного импульса 2 (Uz,) в с 1ст .ике уточнения содержится число «О» (см. последовательность U4), а после прихода коне шого импульса 4 в счетчике уточнения содержптся чпсло «2». В первый цикл измерения (от импульса 1 U7 до импульса

2 У;„на реверсивный счетчик поступило два опорных импульса Ug, таким образом за время Т,, (3+1) разность прира1цений фаз опорного и информационного сигналов составила 2п (2+О). Во второй цикл измерения

6 (от импульса 3 U>» до импульса 4 Ут,) на вход вычитания реверсивного счетчика 10 поступило три информационных импульса, следовательно, в старшем знаковом разряде этого счетчика содержится «1», которая дает команду переписать показания реверсивного счетчика и счетчика уточнения в обратном коде и считать их со знаком «минус», таким образом за время Т, (3+0,5) разность приращений фаз составила — 2л (2+0,25).

Для работы устройства в режиме измерения разности фаз нужно установить в начальной точке измерения нулевое показание прибора, для этого необходимо дать возможность устройству совершить в этой точке хотя бы один цикл измерения час1оты. При этом вспомогательная опорная последовательность Uq окажется синфазной с информационной последовательностью Uq. После этого необходимо отключить все выходы хронизатора 7, а вход схемы задержки 12 соединить с выходом хронизатора 6, тем самым содержимое c 4eT H1

Формула изобретения

Кумулятивный фазометр, содержащий формирователи, выход одного из которых соедипен с 1.:срвым хронизатором, реверсивный счетчик, счетчик уточнения и схему задержки, выходы которых подключены к арифметическому устройству, и второй хронизатор, один из выходов которого подключен к входу схемы задержки, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона и измерения разности частот входных сигналов, он снабжен умножи1елем, логической схс;„ îé

И, дискретным фильтром, делителем, причем вход умножителя соединен с выходом второго формирователя, а выход — со вторым входом первого хропизатора и через логическую схему 11 с одним из входов счетчика уточнения, один пз ьыходов которого подкл1оч,н к одному из входов дискрегного фильтра и через делитель подключен к арифметическому устройству и к одному из входов второго хронпзатора, второй вход второго хронизаторг прпсоед1гпен к выходу первого хропизатора и второму входу дискретного фильтра, второй

ВЬ!ХОД ПОДКЛ1ОЧСН К BTOPblivI ВХОДаМ РЕВЕРСИВнаго счетчика уточнения и делителя, третий сго выход соединен со вторым входом логической схемы «И», выходы дискретного фильтра соединены с входами реверсивного счет пп !

Составитель М. Барашков

Техред Е. Подурушина Корректор А. Галахова

Редактор И. Петрашень

Типография, 1к Сапунова, 2

Заказ 1645/4 Изд. № 1500 Тираж 1029 Подписное

ЦНИИПИ Государственного ко>иитета Совета Министров СССР

>lo делам изооретений и открытий

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