Адаптивный цифровой фазометр

Адаптивный цифровой фазометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

тдд

Союз Совет ких

АНИЕ

ЕТЕНИЯ оциалистических

Республик

СВИДЕТЕЛЬСТВУ к авт. свид-sy— (51)М. Кл.

G 01 R 25/08 (21) 2697356/18-21 вки ¹

Государственный комите

СССР по делам изобретений и открытий.1280. Бюллетвнь ¹ 46 ия описания 2G1?80 (53) УДК 621. 317. .77(088.8) (72) Авторы изобретения

В. N. Левыкин, В. А. Добрыдень и В. E. Тырса (71) заявители

Харьковский инженерно-строительный институт и Харьковский институт радиоэлектроники (54 ) АДАПТИВНЫЙ ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения с повышенной точностью и быстродействием фазового сдвига между двумя периодическими сигналами при наличии аддитивной случайной помехи.

Известно устройство, в котором измерение сдвига фаз производится многократно (в каждом из нескольких пе- 1О риодов входных сигналов) с последующим определением среднего арифметического результатов замеров, содержащее два формирователя, выходы которых соединены со входами триггера, 15 подключенного нулевым входом к управляющему входу ключа, импульсный вход которого соединен с выходом генератора -импульсов, а выход — со входом счетчика (11, 20

Недостатком его является недостаточная точность измерения.

Известен также цифровой фазометр, содержащий счетчик и преобразователь фазового сдвига между двумя входными сигналами, выход которого соединен со входом схемы выделения заданного фронта сигнала и с первым входом элемента И, второй и третий входы кото.рого соединены соответственно с вы- 3О

2 ходом генератора высокой частоты и с выходом триггера. Фазометр автоматически производит заранее заданное число замеров фазового сдвига (в течение заданного числа периодов входных сигналов), выполняя одновременно деление результата каждого замера на их число и накапливая .сумму частГ21

Недостатки устройства состоят в невысоких точности и быстродействии, что обусловлено сильной зависимостью относительной погрешности измерения от измеряемой величины, причем эта погрешность резко возрастает с уменьшением измеряемого сдвига фаз.

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее счетчик, преобразователь фазового сдвига в цлительность импульсов, выход которого соединен со входом блока выделения заднего фронта и с первым входом первого элемента И, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходом генератора и с первым выходом первого триггера, введены второй триггер, второй и третий элементы И, ключ, элемент задержки, цифро788031

20 вой компаратор, логический узел, реверсинный счетчик и регистр, выходы которого являются, выходами устройства, причем выход первого элемента И соединен со счетным входом счетчика, выход генератора подключен к первому нходу второго .элемента И, второй вход которого объединен с первым входом третьего элемента И и подсоединен к выходу второго триггера, а третий вход объединен с первым входом ключа и соедииен со вторым выходом первого триггера, при этом его выход соединен с вычитающим входом ренерсинного счетчика, суммирующий вход которого подключен к выходу блока выделения заднего фронта, подключенного через эле мент задержки ко второму входу третьего элемента И, а выходы — к входам логического узла, первый выход которого соединен с третьим входом третье

ro элемента И, подключенного выходом ко второму входу первого триггера и к первому входу регистра, второй выход соединен со вторым входом ключа, подключенного выходом ко второму Входу регистра, а третий выход логическо-2 го узла соединен с первым входом второго триггера и сбросовым входом счетчика, выходы которого соединены с раэрядными входами регистра и входами цифрового компаратора, соединенного выходом со нторьм входом второго т иггера.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство содержит преобразователь Фазового сдвига в длительность имиyJIbcoB 1, генератор квантующих импульсов 2, счетчик 3, первый, второй и третий элементы И 4, 5, б, первый и второй триггеры 7, 8, блок 9 выделения заднего фронта, элемент задержки 10, ключ 11, реверсивный счетчик

12, цифровой компаратор 13, логический узел 14 (буквами А, В, С обозначены ее первый, второй и третий выходы соотнетственно) и регистр 15 (буква45 ми Е и Д обозначены его первый и второй входы соответственно).

Фазометр работает следующим образом.

B исходном состоянии триггер 7 установлен в единицу, а триггер 8 — н нуль, при этом на первых входах элементов И 5 и И б и на третьем входе элемента И 4 единичный сигнал отсутствует; счетчик 3 и реверсивный счет- чик 12 установлены в нуль; цифровой компаратор 13 настроен на срабатывание (ныработку выходного импульса) при выбранном числе N ", Принцип работы устройства состоит в том, что пачки импульсов стабиль- 60 ной частоты, формируемые на выходе элемента И 4 в интервалах времени, соответствующих сдвигу фаэ в каждом из периодов входных сигналов (т. е. во время выходных прямоугольных и пульсов преобразователя 1), поступают на счетчик 3 до тех пор, пока не ныполнятся два условия: неравенство

N N+ (1) (т, е,суммарное число импульсов пачек не меньше заранее заданного числа), число просуммиронанных пачек импульсов (ииаче число отдельных замеров разности фаз или число периодон входных сигналов, в течение которых ведется измерение) представляет собой целую степень числа 2.

Фазометр может находиться в одном иэ трех режимов, второй из которых имеет два подрежима. Режим работы определяется состояниями триггеров 7 и

8. Обозначим эти состояния через Т и ТН соответственно.

1. Исходное состояние Т = 1, 1

ТВ=О

2.1. Режим накопления Т = О, 8

2.2. Режим накопления Т = О, Т = 1. . 1

Я

3. Режим деления Т., = 1, Т8 = 1, Режимы работы схемы сменяют друг друга в указанной последовательности, после режима деления схема переходит в исходное состояние.

Пуск схемы осуществляется подачей импульса на первый (нулевой) вход триггера. После опрокидывания этого триггера импульсы с выхода генератора кнантующих импульсов 2 начинают проходить.на счетный вход счетчика 3 в интервалах времени, когда на выходе преобразователя 1 поддерживается высокий потенциал. В конце каждого такого интернала (в моменты снятия высокого потенциала с выхода преобразователя 1) возникает импульс на выходе блока 9. Эти импульсы суммируются реверсивным счетчиком 12, через элемент И б они не проходят, пока отсутствует единичный сигнал хотя бы на одном из остальных его входов. Таким образом, счетчик 3 накапливает сумму Й Ч„, а реверсинный счетчик

12 фиксирует соответствующую величину и.

B момент, когда достигается равенство и = N, возникает импульс на выходе цифрового компаратора 13, опроки. дывающий триггер 8. Отметим, что номер пачки импульсов, при обработке которой это произойдет, будет обратно пропорционален измеряемому сдвигу фаз и прямо пропорционален величине N .

Таким образом, точность измерений растет с ростом и, эта величина может быть выбрана так, чтобы при любом значении измеряемой величины относительная погрешность измерения- не превышала допустимой. При конкретном выборе числа N+ следует учитывать, зависимость абсолютной ошибки от измеряемой величины.

Если оказывается, что номер пачки, при подсчете импульсов которой было

788031 достигнуто указанное равенство, отвечает условию n = 2 при k = О, 1, 2..

К то после окончания подсчета импульсов этой пачки счетчиком 3 на выходе A логического узла 14 устанавливается единичный сигнал и импульс с выхода блока 9, задержанный элементом 10, пройдет через открытый теперь элемент

И б, устанавливая триггер 7 и передавая содержимое счетчика 3 в регистр

15. Поступление импульсов на вход счетчика 3 прекращается. 10

Если же отмеченное условие не выполняется, суммирование новых пачек импульсов будет продолжаться после достижения равенства, т. е. после опрокидывания триггера 8 до тех пор, пока на выходе А логического узла 14 не появится единичный сигнал, открывающий путь импульсу с выхода блока

9 через элемент 10 и элемент И б на единичный вход триггера 9 и, вход E 2Q регистра 15.

В момент возврата триггера 7 в исходное единичное состояние режим накопления заканчивается, и начинается режим деления содержимого регистра 15 на содержимое реверсивного счетчика

12. Этот режим оканчивается в момент возврата в исходное нулевое состояние триггера 8.

В режиме деления, когда T7 = 1,,T8 — — 1, импульсы с выхода гейератора

2 поступают через элемент И 5 на вычитающий вход реверсивного счетчика

12. При этом каждый раз, когда на счетчике 12 будет фиксироваться число, отвечающее отмеченному условию, будет формироваться импульс на выходе В логического узла 14, поступающий через открытый теперь (т. е. после опроки.— дывания триггера 7) ключ 11 на сдвиговый вход g р е г и с т р а 1155, а в момент gQ перехода счетчика 12 в исходное нулевое состояние формируется импульс на выходе С узла 14, устанавливающий в исходное состояние счетчик 3 и триггер 8, после этого в исходном состоя- 45 нии оказываются все элементы схемы за исключением регистра 15, фиксирующего результат измерения, вычисленный по формуле г = 9,, причем значение и определяется устройством автоматически как минимальное целое положительное число, т. е. растущее при уменьшении измеряемой величины.

Повышение точности и сокращение времени измерения, достигаемые при использовании предложенного устройства, позволит повысить эффективность метрологических служб и эфлектннность систем управления, использующих фазоимпульсное представление волин I!hl

Формула изобретения

Адаптивный цифровой фазометр, содержащий счетчик, преобразователь фазового сдвига в длительность импульсов, выход которого соединен со входом блока выделения заднего Фронта и с первым входом первого элемента И, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходом генератора и с первым выходом первого триггера, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него дополнительно введены второй триггер, второй и третий элементы И, (люч, элемент задержки, цифровой компаратор, логический узел, реверсивный счетчик и регистр, выходы которого являются выходами устройства, причем выход первого элемента И соединен со счетным входом счетчика, выход генератора подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого объединен с первым входом третьего элемента И и подсоединен к выходу второго триггера, а третий вход объединен с первым входом ключа и соединен со вторым выходом первого триггера, при этом его выход соединен r. вычитающим входом реверсивного счетчика, суммирующий вход которого подключен к выходу блока выделения заднего фронта, подключенного через элемент задержки ко второму входу третьего элемента

И, а выходы — к входам логического узла, первый выход которого соединен с третьим входом третьего элемента И, подключенного выходом «о входу первого триггера и к первому входу регистра, второй выход соединен со вторым входом ключа, подключенного выходом ко второму входу регистра, а третий выход логического узла соединен с первым входом второго триггера и сбросовым входом счетчика, выходы которого соединены с разрядными входами регистра и входами цифрового компаратора, соединенного выходом со вторым входом второго триггера.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 402827, кл. G 01 R 25/00, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 216841, кл. G 01 R 25/00, 1966.

7880.31.

Выжиг х, Тираж 1019 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

rio делам изобретений и открытий

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

Заказ 8344/52

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

Составитель М. Клыков

Редактор Н. Кешеля Техред Н.Бабурка Корре к тор Н . Швыдкая