Цифровой фазометр

Цифровой фазометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(72) Авторы изобретения

10. И. Жулин, Н. П, Коновалов и А, B. Филатов (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР

Изобретение относится к электроиэмерительной технике, предназначено для использования при измерении фаэных сдвигов электрических сигналов.

Известен цифровой фазометр, основанный на выделении временного интервала, 5 пропорционального фазовому сдвигу между сравниваемыми сигналами, заполнении временного интервала импульсами эталонной частоты и измерении количества импульсов $1).

Недостаток известного фазометра— погрешность измерения иэ-за изменения положения нулевой линии сравниваемых колебаний под воздействием внеш тих факторов.

Наиболее близок к предлагаемому цифровой фазометр, содержаший формирователи, элемент совпадения, счетчик импульсов, блок ограничения времени измерения и ге- 1й нератор(2).

Этот фазометр двухполупериодный и позволяет в некотором диапазоне измеряемых фазовых сдвигов устранить ошибки из-за смешения нулевой линии. Однако он имеет некоторую зону неоднозначности измерения, в которой достоверность измерения низкая.

Hemü изобретения — повышение точности измерений.

Поставленная цель дос игается тем, что в цифровой фаэометр, содержа.ний два входных формирователя, управляюший триг гер, выход которого соединен с одним входом блока запоминания строб-импульсов, второй вход которого подсоединен к генератору образцовой частоты, введены два формирователя коротких одиночных импульсов, причем выходы первого и второго входных формирователей соединены соответственно через первый и второй формирователи коротких одиночных импульсов с первым и вторым входами управляюшего триггера, первые дополнительные входы первого и второго формирователей коротких одиночных импульсов соединены с генератором образцовой. частоты, а вторые входы - соответственно с выходом и

3 6844 первым входом блока запоминания стробимпульсов.

На фиг. 1 представлена структурная схема цифрового фазометра, на фиг. 2его временная диаграмма. цифровой фазометр включает входные формирователи 1 и 2, управляюший триг гер 3, генератор образцовой частоты 4, блок запоминания строб-импульсов фазы сигнала 5, формирователи коротких оди- 10 ночных импульсов 6 и 7, формируюшие эти импульсы в моменты времени, соответствуюшие серединам положи тельных Побразных сигналов сравниваемых колебаний.

В формирователи коротких одиночных импульсов 6 и 7 входят элементы И 8 и

9, каждый из которых одним из входов подключен соответственно к выходам формирователей 1 и 2, а выходы элементов

И 8 и 9 через элементы HE 10 и 11 20 соединены со входом соответственно триггеров 12 и 13. Йругой вход триггера 13 соединен с выходом триггера 3, а другой вход триггера 12 подключен к выходу дешифратора 14 нулевого состояния триггеров реверсивного счетчика 15. В фазометр входят также триггеры 16-19, причем один иэ входов триггера 16 соединен с выходом дешифратора 14, а другойс выходом триггера 19. Триггер 17 одним входом подключен к выходу триггера

3, а другим - к каналу сигнала запуска, триггеры 1 8 и 1 9 своими счетными вх одами соединень1 с выходами формирователей 1 и 2 соответственно, установочные входы триггеров .12 и 18 и13 и 19 соединены с одним из выходов триггеров 16 и 17. Элементы И 8 и 9 вторыми входами соединены со вторыми выходами триг геров 18 и 19 соответственно.

Фазометр содержит также многовходовые элементы И 20 и 21, 22 и 23, причем одноименные входы элементов

И 20 и 21 подсоединены к выходам сле45 дуюших узлов, первые входы элементов

И 2 0 и 2 1 — к выходам формирователей

1 и 2 соответственно, вторые входы - к выходам триггеров 18 и 19 соответствен50 но, третьи входы - к выходам триггеров

12 и 19 соответственно, четвертые входы - к выходу генератора 4, первые входы элементов И 22 и 23 - к выходам формирователей 1 и 2 соответственно, вто.

55 . рые - к выходам триггеров 22 и 23 соответственно, третьи входы — к выходам триггеров 12 и 13 соответственно, четвертые входы» к выходу генератора 4.

52 4

Элемент И 20 через элемент НЕ 24, делитель на два, состояший из триггера

25 и элемента И 26, и элемент И 27 подключен к вычитаюшему входу счетчика 15. Выходы счетчика 15 соединены с соответствуюшими входами дешифратора

14. другие входы счетчика 15 и дешифратора 14 через элемент НЕ 28 соединены с каналом сигнала запуска. Выход элемента И 21 через элемент HE 29, делитель на два, состояший иэ триггера

30 и элемента И 34, и элемент HE 32 соединен со счетным входом счетчика 33.

Выходы счетчика 33 соединены со входами блока перезаписи чисел 34. Выходы блока перезаписи чисел подключены ко входам счетчика инверсного числа 35. Выходы счетчика 35 соединены со входами дешифратора единичных состояний 36 триггеров счетчика 35. Выход элемента И 23 соединен со счетным входом счетчика 35, Управчяюшие входы блока перезаписи 34 и дешифратора 36 подключены к выходу формирователя 2. Управляюьчие входы счетчиков 33 и 35 через элемент НЕ 37 соединены с каналом сигнале запуска. Выходы дешифраторов 14 и 36 соединень1 с соответствуюшими входами триггера 3. Один из входов формирователя 5 соединен с выходом генератора 4, другой вход его попключен к выходу триггера 3, а выход через элемент ИЛИ 27 соединен с суммируюшим входом счетчика 15.

Г- абота схемы состоит в следуюшем.

С появлением эапускаюшего сигнала все блоки, связанные с этим сигналом, устанавливаются в исходное состояние.

Рассмотрим работу формирователя 7 опорного канала. Триггер 17 при появле» нии запускаюшего импульса устанавливается в единичное состояние (фиг. 2 с) и снимает нулевой потенциал с установочных входов триггеров 13 и 19. Первый же отрицательный перепад сигнала с формиро вателя 2 опрокидывает триггер 19 по счетному входу и единичное ссстояние (фиг. 2 ж). При этом по входу, соединенному с выходом триггера 19, открывается элемент И 21. Йалее, с появлением на выходе формирователя 2 первой положительной полуволны П-образного сиг» нала, приходяшего иа элемент И 21, на

его выход проходят импульсы с генератора образцовой час готы. Эти импульсы через элемент HF, .9 и делитель на два, собранный на триггере 30 и элементе

И 31, а также элемент НЕ 32 попадают в счетчики 33 (фиг. 2 и).

684452

5

Таким образом, за время действия первой положительной полуволны П-образного сигнала, имеюшегося на выходе фор-. мирователя 2, в счетчике 39 записывается некоторое число импульсов (фиг. 2 н), просчитанное с частотой, равной половине частоты, вырабатываемой генератором, По прекрашении действия положительной полуволны сигнал на выходе формирователя 2 принимает нулевое значение, 10 причем задним фронтом положительной полуволны по счетному входу второй раз переключается триггер 27 (возврашается в первоначальное состояние). При этом по входу, соединенному с выходом тригге- 5 ра 19, закрывается элемент И 21. B этот же момент сигналом, прошедшим через элемент И 9 н элемент HE 11, перекл:очается триггер 13 (фиг. 2 к), который открывает элемент И 23, а по входу, 20 соединенному с выходом триггера 19, элемент И 23 уже открыт.

По прекрашении действия положительной полуволны, т. е. при появлении на выходе формирователя 2, а следовательно и на входе блока 34 перезаписи отрицательного фронта этой полуволны число в инверсном виде перезаписывается из счетчика 33 через блок 34 перезаписи в счетчик 35 инверсного числа (фиг. 2 л).

С появлением на выходе формирователя 2 второго положительного перепада открывается элемент И - 3 (по другим входам он уже открыт), и на счетчик 35 начинают поступать импульсы с частотой, равной частоте генератора 4 (фиг, 2 л).

B момент времени, соответствуюший середине второго положительного импульса, действуюшего на выходе формирователя

5, на выходе дешифратора 36 единичных

40 состояний триггеров счетчика 35 появляется короткий отрицательный импульс (фиг. 2 м), поскольку в этот момент число импульсов, пришедших на счетчик 35 .с частотой генератора, снановится равным

45 числу, переписанному в него в инверсном коде из счетчика 33, в котором пересчет по первой положительной полуволне происходит с частотой, равной половине частоты генератора. Этот короткий импульс

50 поступает на триггер 3 и, если этот триггер ранее находился в опрокинутом состоянии, возврашает его в исходное состояние, а отрицательный перепад с его выхода возврашает в исходное состояние триггеры 13 и 17. Если же триггер 3 до прихода отрицательного импульса с дешифратора 36 находился в неопрокинутом состоянии, отрицательный перепад на выходе триггера 3 не появляется, но на выходе дешифратора оказывается отрицательный импульс, соответствуюший середине третьего положительного импульса при его появлении на выходе формирователя 5 (фиг, 2 м) .

Пикл работы триггера 3 определяется формирователем 6, который срабатывает от П-образного сигнала. с формирователя 1 измерительного канала.

Формирователь 6 запускается в момент первого переключения триггера 19 формирователя 7, который переключает триггер

16 (фнг. 2 и) формирователя 6.

Таким образом, по каждому сигналу запуска первым всегда срабатывает формирователь 7, а затем — формирователь

6, что необходил1о для измерения фазового сдвига сигнала опорного канала относительно сигнала измерительного канала.

Дальнейшая работа формирователя 6 аналогична работе формирователя 7, за исключением того, что короткий импульс, соответствуюший середине положительной полуволны П-образного сигнала измерптельного канала (фиг. 2 у) формируется с помошью реверси вного счетчика 1 5 и дешифратора 14 нулевого состояния триггеров этого счетчика. При этом, как н в формирователе 7, пересчет импульсов, поступаюших с генератора на сумл1ируюший вход счетчика 15 (фиг. - р) в течение действия на выходе формирователя 1 первой (после прихода запускаюшего сигнала) положительной полуволньr П-образного сиг нала (фиг. 2 г) происходит с частотой, равной половине частоты генератора 1, а импульсы, поступаюшие rro вы читаюшему входу счетчика 15 (фиг. 2 т) в течение действия на выходе формирователя 1 второй положительной полуволны П-образнс го сигнала (фиг. г), пересчитываются с час то той, равной час то те ге нера тopa 4.

В тот момент времени, когда состояния всех триггеров счетчика 15 оказываются нулевыми, на выходе дешифратора 14 появляется короткой отрицательный импульс (фиг. 2 у), соответствуюшнй по времени середине положительного импульса П-образного сигнала на выходе формирователя

1 (фиг. 2 r). Этот короткий импульс опрокидывает триггер 3 (фиг. 2 ф), сформировав на его выходе передний положительный фронт стробимпульса измеряемого фазового сдвига, а по соответствуюшим входам триггеров 12 и 18 формирователя 6 устанавливает его схему в исходное сос7 6844 тояние (фиг. 2 и 2 с). При етом реверсивный счетчик 15 остается в нулевом состоянии (фиг. 2 х).

Короткий импульс, выработанный формирователем 7 (фиг. 2 м - второй импульс), . опрокидывает триггер 3 в исходное состояние (фиг. 2 ф), завершив тем самым формирование положительного строб-импульса измеряемого фазового сдвига. Задним фронтом строб-импульса фазы с триг- 10 гера 3 опрокидываются триггеры 13 и

17 (фиг. 2 е и 2 к) формирователя 7, и он возврашается в исходное состояние.

Строб-импульс фазы поступает также на формирователь 5, на другой вход кото- 15 рого поступает сигнал с генератора 4.

С формирователя 5 импульс фазового сдвига поступает через алемент ИЛИ 27 на суммируюший вход счетчика 15, который, просчитав число импульсов (фиг. 2 x), соответствуюшее фаэовому сдвигу, индипирует его.

Точность измерения фазовых сдвигов не зависит от смешения нулевых линий сравниваемых электрических колебаний.

Формула изобретения

Цифровой фаэометр, содержаший два входных формирователя, управляюший григ52 8 гер, выход которого соединен с одним из входов блока запоминания строб-импульсов, второй вход которого подсоединен к генератору образцовой частоты, о т л ич а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены два формирователя коротких одиночных импульсов, причем выходы первого и второго входных формирователей соединены соответственно через первый и второй формирователи коротких одиночных импульсов с первым и вторым входами управляюшего триггера, первые дополнительные входы первого и второго формирователей коротких одиночных импульсов соединены с генератором образцовой частоты, а вторые входы - соответственно с выходом и первым входом блока запоминания строб-импульсов.

Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N. 231665, кл. G 01 R 25/00, 1968

2. Авторское свидетельство СССР

No. 211655, кл. G 01 R 25/00, 1966.

684452

P с

Составитель М. Барашков

Редактор Б. Федотов Техред, 3. Фанта Корректор E. Harm

Заказ 5278/38 Тираж 1090 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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