Аналого-цифровой преобразователь сдвига фаз

Аналого-цифровой преобразователь сдвига фаз

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С АЙ"И4 ИЗОБРЕТЕН ИЯ

МлК 1 788376

Союз Советских

Социалистических

Реслублнк

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 30.01.79 (21) 2722163/18-21 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет— (51) М. Кл.

Н 03 К 13/20

Гасударственный камитет

СССР

Опубликовано 15.12.80. Бюллетень М 46

Дата опубликования описания 25.12.80 (53) УДК 681.325 (088.8) па делам изабретений и аткрытий (72) Авторы изобретения

Ю. А. Смагин, H. П. Смирнова и Е. Ф. Трифонов

Пензенский завод ВТУЗ при заводе ВЭМ (филиал Пензенского политехнического института) (71) Заявитель (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

СДВИГА ФАЗ

Изобретение относится к аналого-цифровой технике и может быть использовано в устройствах преобразования сдвига фаз двух электрических сигналов в цифровой код.

Известно устройство, содержащее счетчик и два формирователя управляющих импульсов, входы которых соединены с входными клеммами, выходы их подключены ко входам устройства выбора режима, два ключа периода Тх и временного интервала,<, входы которых соединены с выходом генератора образцовой частоты, а управляющие входы последних соединены с выходами устройства выбора режима. В этом устройстве предварительно измеряют период исследуемого напряжения путем заполнения его импульсами постоянной частоты, а затем, изменяя коэффициент счета в соответствии с полученным значением, подсчитывают число импульсов постоянной частоты за интервал времени, пропорциональный преобразуемому сдвигу фаз 1р„(1).

Однако такое устройство обладает динамической погрешностью при измерении сдвига фаз изменяющихся во времени исследуемого и опорного сигналов за счет измерения периода Т, и временного интервала Т,< в разные периоды исследуемого сигнала.

Цель изобретения — уменьшение динамической погрешности преобразования за счет уменьшения времени преобразования до одного периода исследуемого сигнала.

Цель достигается тем, что в аналогоцифровой преобразователь сдвига фаз, содержащий первый и второй счетчики, два

10 формирователя, выходы которых подключены к входам блока выбора режима, два ключа периода и временного сдвига, входы которых соединены с выходом генератора образцовой частоты, управляющие входы которых соединены с первым и вторым выходами блока выбора режима, а выходы— соответственно с входами первого и второго счетчиков, введены элементы И, включенныс между выходами первого и входами второго счетчиков и управляющие входы которых

> соединены соответственно с третьим выходом блока выбора режима и выходом второго счетчика, и блок функционального преобразования частотного сигнала, вход которого соединен с выходом второго счетчика.

788376 е аз

ss

На фиг. 1 приведена структурная схема аналого-цифрового преобразователя сдвига фаз; на фиг. 2 — графики зависимости

cp„= 1(Тх) при различных значениях T„; на фиг. 3 — временные диаграммы работы преобразователя.

Преобразователь содержит генератор 1 стабильной частоты, ключ 2 временного сдвига, ключ 3 периода, формирователи 4 и 5 импульсов исследуемого и опорного сигналов, блок 6 выбора режима, двоичный делитель 7 частоты, состояший из счетчика 8 импульсов интервала, элементов И 9, счетчика 10, а также блок 11 функционального преобразования частотного сигнала, состоящий из двоичного умножителя 12 частоты, счетчика 13 результата и блока 14 задания начальных точек аппроксимации.

Работа предлагаемого преобразователя основана на цифровом измерении интервала времени t, пропорционального сдвигу фаз верхи, считая интервал tx известным в функцйи его величины, производят аппроксимацию гиперболической зависимости у, = —" экспоненциальными участками.

Например, (см. фиг. 2) вначале определяется У, и, считая его известным в функции его величины, аппроксимируют гиперболическую зависимость tp „= ". . В момент окончания периода Т„снимается код сдвига фаз р,.

В исходном состоянии ключи 2 и 3 закрыты (см. фиг. 3), счетчики 8 и 10 находятся в нулевом состоянии, в управляющий счетчик двоичного умножителя 12 записано некоторое число N, определяемое диапазоном и точностью аппроксимации, в счетчик

13 результата занесено число N „, соответствующее максимальному значению измеряемого сдвига фаз р„, Работа преобразователя осуществляется следуюшим образом.

На входы формирователей 4 и 5 поступают напряжения исследуемого и опорного сигналов (см. фиг. 3 а.) . На выходе этих формирователей вырабатываются управляющие импульсы напряжения, время появления которых синфазно с моментами переходов этих напряжений через нуль.

В первом цикле работы преобразователя при поступлении на вход блока 6 импульсов с выходов формирователей 4 и 5 на выходе этого устройства появляется импульс, который открывает ключ 2 на интервал времени кх, пропорциональный измеряемому сдвигу фаз y„. За время открытого состояния ключа 2 на вход счетчика 8 поступает число импульсов М„ (см. фиг. 3 б), пропорциональное интервалу времени . .

Ny = х (1) где tg — период сигнала генератора 1 образцовой частоты.

Одновременно с закрытием ключа 2 блок

6 вырабатывает сигнал на открытие ключа 3 периода исследуемого сигнала и сигнал на

<о

ss яо

2s зю

3s элемент И 9, по которому число N< из счетчика 8 переписывается в обратном коде в счетчик 10. С появлением следующего импульса U на выходе формирователя 4 ключ

3 закрывается, а ключ 2 открывается и цикл пре бразования повторится. За время открытого состояния ключа 3, равного (T = Ñ„) (см. фиг. Зь), на вход счетчика 10 двоичного делителя 7 будут поступать импульсы с генератора 1 с периодом t . При поступлении в счетчик 10 числа импульсов с периодом te, равного Q, на его выходе формируется импульс частоты fi, который поступает на двоичный умножитель 12 частоты.

Одновременно по этому импульсу через элементы И 9 число Х из счетчика 8 в обратном коде переписывается в счетчик 10, т.е. в счетчик 10 заносится число No — N, где — числовая емкость каждого из счетчиков 8 и 10.

Таким образом, на выходе двоичного делителя 7 формируются импульсы с частотой

fi =—

Hsto

С учетом выражения (1) частота

4 =1/с„(.)

Импульсы частоты f< поступают на вход блока ll функционального преобразования частотного сигнала. В качестве узла, воспроизводящего экспоненциальную зависимость частоты в функции времени t, используется двоичный умножитель 12 частоты, охваченный отрицательной обратной связью.

Как известно, двоичный умножитель частоты включает в себя управляюший счетчик, пересчетную схему, набор импульсно-потенциальных ключей по числу разрядов счетчика и элемент ИЛИ.

Если в данном разряде управляющего счетчика записана «1», то управляемый им ключ 2 открыт и на элемент ИЛИ проходит соответствующая серия импульсов с пересчетной схемы. Таким образом, частота 1(() импульсов на выходе схемы ИЛИ в каждый момент времени определяется кодом управляюшего счетчика. Закон изменения частоты на выходе двоичного умножителя 12, охваченного отрицательной обратной связью, представляется следующим образом: й) — „%, Е- м,.„, Йм (3) где Хсч — числовая емкость управляюшего счетчика двоичного умножителя;

t — текущее время.

В данном случае принимаем значение fi в течение времени (T» — t ) постоянной.

Импульсы частоты f(t) поступают (см. фиг. 3 г) на вычитаюшие входы управляющего счетчика двоичного умножителя 12 и счетчика 13 результата в течение интервала (Т вЂ” Тх). исло импульсов, зафиксиро788376

Формула изобретения ванное счетчиком 13 результата к концу измерения определяется как х (них = N а -3 1()сй х

Подставив в это выражение значение частоты 1(1) из (3), получим

Ngbsg= 1 1 акс+ N ((Wq — f 1 (4) î

При накоплении в счетчике 13 результата заранее заданного числа импульсов, соответствующего одной из начальных точек аппроксимации, блок 14 задания начальных точек аппроксимации переводит управляющий счетчик двоичного умножителя 12 в

1 новое состояние Мн, соответствующее началу аппроксимирования нового участка гиперболической функции С ло

Из соотношения (4) видно, что выбирая соответствующим образом значения и N можно получать код сдвига фаз непосредственно в градусах или радианах.

Предлагаемое устройство может использоваться в качестве лабораторного измерительного прибора, а также в качестве блока в цифровых системах обработки информации и автоматического контроля. При использовании предлагаемого преобразователя уменьшается динамическая погрешность за счет Зо сокращения времени преобразования до одного периода исследуемого сигнала.

Аналого-цифровой преобразователь сдвига фаз, содержащий первый и второй счетчики, два формирователя, выходы которых подключены к входам- блока выбора режима, два ключа периода и временного сдвига, входы которых соединены с выходом генератора образцовой частоты, управляющие входы которых соединены с первым и вторым выходами блока выбора режима, а выходы — соответственно с входами первого и второго счетчиков, отличающийся тем, что с целью уменьшения динамической погрешности преобразования за счет уменьшения времени преобразования до одного периода исследуемого сигнала, в него введены элементы И, включенные между выходами первого и входами второго счетчиков и управляющие входы которых соединены соответственно с третьим выходом блока выбора режима и выходом второго счетчика, и блок функционального преобразования частотного сигнала, вход которого соединен с выходом второго счетчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 223474, кл. Н 03 К 13/20, 1968 (прототип) .

Ф

788376

Ур

Лыха

Составитель В. Солодова

Редактор М. Ткач Техред А. Бойкас Корректор М. Коста

Заказ 8380/70 Тираж 995 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4