Цифровой фазометр для измерениясреднего значения сдвига фаз

Цифровой фазометр для измерениясреднего значения сдвига фаз

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

"" ™О«-ФЯЫт«ф и т с .ии «»-.,:" .

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

« «798625 (61 ) Лопол н и тел ь мое к а вт. с вид-ву (22) Заявлено 03.05.79 (21) 2760955/18-21

Ъ (51) М. Кл.

5 01 R 25/08 с присоединением заявки РЙ

Государстеениый комитет (23) Приоритет

Опубликовано 23.01.81. Бюллетень № 3 по делам изобретений и открытий (53) ДК 621.317.. 77 (088.8) Лата опубликования описания 26.01.81 (72) Авторы изобретения

В. В. Дюняшев, А.Д. Зеня и В. E. Тырса (7l) Заявитель

Харьковский автомобильно-дорожный институт (51) БИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

CPEELHEIO ЗНАЧЕНИЯ СДВИГА ФАЗ

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к области фазовых измерений, и может быть использовано для измерения средР него значения сдвига фаз между двумя периодическими сигналами.

Известен цифровой фазометр для измерения среднего значения сдвига фаз (цифровой фазометр с постоянным временем измерения), содержащий формирую. 10 щие устройства, триггеры, элементы И, генератор квантующих импульсов, счетчик импульсов и дел".тель частоты(1}.

Недостатком такого фазометра являет. ся пониженная точность, обусловленная

19 высокочастотной погрешностью дискретного преобразования и низкочастотной погрешностью дискретного преобразования.

Известен также цифровой фазометр для измерения среднего значения сдвига фаз, работающий на принципе совпадения регулярных импульсных последовательностей. Он содержит ключи, формирователь импульсов, триггер, коммутатор, элемент

И, линии задержки, схему. запрета, генерагор опорной частоты, счетчик периодов и счетчик квантующих импульсов (2), Недостатками данного фазометра являются пониженное быстродействие, обусловленноее необходимостью ож идан ия первого совпадения импульса генератора опорной частоты с импульсом, сформированным формирователем импульсов из входного сигнала, а также пониженная точность измерения, обусловленная неопределенностью выделения первого совпадения входного и опорного импульсов.

Цель изобретения — увеличение быстродействия и повышение точности измерения фазометра.

Указанная цель достигается тем, что в цифровой фазометр для измерения среднего значения сдвига фаз, содержащий входные ключи, управляющие входы которых соединены с выходами первого триггера, а выходы — с формирователеь импульсов, выход которого соединен с,798625 4 первым входом первого ключа, а вход первого триггера соединен с первым входом третьего ключа, выход:; которого, как и выходы первого и второго ключей соединены со счетчиками импульсов, генератор импульсов и линию задержки, введены каналов совпадений, второй триггер и три элемента ИЛИ, причем вход линии задержки соединен с выходом генератора импульсов и с первым входом первого канала совпадений, а выходы ee— с первыми входами последующих каналов совпадений, вторые и третьи входы всех каналов совпадений соединены соответственно с выходом второго триггера д и выходом формирователя импульсов, а первые, вторые и третьи выходы каналов совпадений соединены соответственно со входами первого, второго и третьего элементов ИЛИ, при этом выход первого элемента ИЛИ соединен с первым входом второго и вторым входом первого ключа, выход второго элемента ИЛИ соединен со входами первого и второго триггеров и с первым входом третьего ключа, выход третьего элемента ИЛИ соединен со вто- рыми входами второго и третьего ключей, достигается также тем, что каждый канал совпадений содержит первый и второй ключи, первые входы которых обьединены, а выходы через элемент ИЛИ соединены со вторым входом элемента И, выход когорого соединен с первым входом элект ронного коммутатора, соединенного своим вторым входом с первым входом электронного KOMMyraropa последующего канала совпадений, а выход электронного коммутатора каждого из каналов соединен со вторым входом второго ключа. . Ha. чертеже приведена структурная схема предлагаемого фазометра.

Фазометр содержит входные ключи 1 и 2, триггеры 3 и 4, формирователь 5 импульсов, генератор 6 импульсов, линию 7 задержки, каналы 8 -8„совпадений, состоящие из первых ключей

9 -9N, вторых ключей 10„-10 т, элементов ИЛИ 11 -11, элементов И 12,—

12 (, и электронных коммутаторов 13 13,т, элементы ИЛИ 14-16, первый 17. второй 18 и третий 19 ключи и счетчики импульсов 20-22.

Фазометр работает следующим образом.

И

Входные напряжения периода Т(,, сдвиг фаз между которыми необходимо измерить, подают на входные ключи 1 и

2. Первый триггер 3 находится в первом устойчивом состоянии и удерживает входной ключ 1 открытым, а входной ключ 2 закрытым.. Одно из входных напряжений через входной ключ 1 поступает на формирователь 5 импульсов, который в моменты перехода входного напряжения через нуль в положительном направлении формирует. прямоугольные импульсы длительность ;, поступающие на первые входы элементов И 12< -12 каналов

Н

8(-8,т совпадений и на первый ключ 17.

Опорная последовательность прямоугольных импульсов длительностью Г и с пе-1 риодом следования То с выхода генератора 6. импульсов поступает через нормально открытый первый ключ 9(и элемент ИЛИ 11„на второй вход элемента

И 12(и первый вход элемента ИЛИ 16.

Кроме того, опорная последовательность импульсов поступает на вход линии 7 задержки, с выходов которой опорные последовательности импульсов, сдвинутые относительно друг друга на время задержки между выходами с >>, поступают через нормально открытые ключи 9>-9(т и, соответственно, элементы ИЛИ 1 1 - 1 1 т на вторые входы элементов И 12 -12> и на входы 2 ... элемента ИЛИ 16.

Количество р параллельных каналов совпадений определяется из выражения — — ъ ьад

И =ей —. (1)

rae ВИЛ вЂ” округленйое цо большого целого значение отношения Tg/Q, д (в данном случае принято .- Ст Т ).

При совпадении во времени входноro импульса с одним из опорных импульсов срабатывает соответствующий элемент И ряда 12А-12 „, и на вход соответствующего коммутатора ряда 13 -13>

Л поступает импульс совпадения.

В общем случае возможно последовательное совпадение в двух элементах И соседних каналов совпадений. Устранение неоднозначности в этом случае достигается благодаря наличию внутренней задержки коммутатора h >p „, для импульса совпадения, поступающего с выхода элемента И своего канала, и соединению управттяющего входа коммутатора с выходом элемента И предыдущего канала.

Тогда импульс совпадения j -го канала совпадений поступает на вход электронного коммутатора 13(своего канала и, кроме того, на управляющий вход электронного коммутатора 13+,1 следующего по номеру (1+1)-го канала совпадений. Им пульс совпадения 1 -го канала через вре798625

6 (5) мя Ь с д корд заставляет срабатывать электронный коммутатор 13,, на обоих выходах которого появляется единичный уровень напряжения. Импульс же совпадения (-1+1)-го канала не приводит к срабатыванию через время,>д элект ронного коммутатора 13 „., так как импульс совпадения с 1 -го канала, .нос\ тупая ранее на управляющий вход электронного коммутатора 13 „, блокиру1+1

er последний. Таким образом, импульс совпадения, появившийся последователь- но в двух каналах совпадений, приводит к срабатыванию электронного коммутатора в одном канале, что и необходимо для устранения неоднозначности. Внутренняя . задержка коммутатора выбирается из условия т. о д. ко щ. "

Единичный уровень напряжения с первого выхода электронного коммутатора уй

131 канала 8(, в котором произошло первое совпадение. опорного импульса с входным импульсом, поступая на нормально закрытый ключ 10 своего канала, открывает его, Тем самым опрецеляется канал совпацений (рабочий канал, а составляющие его элементы обозначаем индексом р), по которому ожидаются последующие совпацения входного и опорного импульсов. С первого выхода этого же щ электронного коммутатора 13р единич- ный уровень напряжения, пройця через. элемент ИЛИ 15, перебрасывает триггер 4, закрывая нормально открытые ключи 9, -9 И всех каналов совпадений, перебрасывает первый триггер 3, подключая к формирователю 5 импульсов другое входное напряжение, и открывает третий клкьч 19., Единичный уровень напряжения со второго выхода этого же электронно- © го коммутатора 13р,пройдя через элемент ИЛИ 14, открывает первый .17 и второй 18 ключи. Через открьпые ключи

18 и 19 на счетчики. 21 и 22 импульсов соответственно с выхода генератора 6 импульсов. или одного из выходов линии

7 задержки через открытый ключ 10о элемент ИЛИ 11р и элемент ИЛИ 16 поступают опорные импульсы периода Т .

Через открытый ключ 17 на счетчик 20 поступают входные импульсы с формирователя 5 импульсов.

В момент совпацения импульса, сформированного формирователем 5 импульсов из второго входного напряжения, с опорным импульсом в элементе И 12у рабочего канала с выхода элемента И

12р снимается второй импульс, который поступает на вход электронного коммуraropa 13р и снимает единичный уровень напряжения с его первого выхода.

Тем самым первый триггер 3 перебрасывается в первоначальное состояние, что приводит к закрытию входного ключа

2 и открытию входного ключа 1, через который первое из входных напряжений через формирователь 5 импульсов начи- нает поступать, к элементу И 12о рабоГ .а чего канала. КроФе того, закрывается ключ 18, управляемый первыми выходами электронных коммутаторов через элемент ИЛИ 15, прекращается поступление опорных импульсов в счетчик 22,опорных импульсов и в последнем формируется код И1, соответствующий нескольким периодам Т«, входного сигнала и искомому сдвигу фаз. 1

Когда один из,опорных импульсов совпадает с одним сформированным из входного напряжения импульсом, с выхода элемента И 12р снимается третий импульс, который, поступая на вход электронного коммутатора 13о: рабочего канала, сни- . мает единичный уровень напряжения его второго выхода. Тем самым закрываются ключи 17 и 18 и прекращается цоступ опорных импульсов в счетчик 21 опорных импульсов и входных импульсов в счетчик

20 периодов. Таким образом, в счетчике

20 формируется код А, а в счетчике 21код g.

Далее информация из счетчиков 20—

22 и значение То подводятся к ЭЦВМ.

Из временной, диаграммы работы фазометра можно записать следующее

< = Т -Т К, (г) .Ю<)T =èÒ,, (3) где К вЂ” число целых периодов входного напряжения от первого до второго совпадения импульсов.

Из выражения (3) имеем "- (4)

А-1

Подставляя значение Т,(из (4) в (2) имеем

Ь„=вТ вЂ” „. К,.

Ито

Где . rl

А- К""

Код Ь q получают последовательно

«ычитая из кода И1 числоVI/А-1 пока ос.аток не становится меньше И/А-1.

А искомый сдвиг фаз определяется в

ЭЦВМ из выражения

+ Ч гГ, (6)

«Ь учитывая выражение (4) и (5i. первыми входами последующих каналов совпадений, вторые и третьи входы всех каналов совпадений соединены соответственно с выходом второго триггера и выхолом формирователя импульсов, а первые вторые и третьи выходы каналов совпадений соецинены соответственно с входами первого, второго и третьего элеO ментов ИЛИ, при этом выход первого элемента ИЛИ соединен с первым входом второго и вторым входом первого ключа, выход второго элемента ИЛИ соединен со

40 входами первого и второго триггеров и с первым входом третьего ключа, выход третьего элемента ИЛИ соецинен со агорыми входами второго и третьего ключей.

2.Фазометрпоп. 1, îrличаю— шийся тем, что каждый канал совпацений содержит первый и второй ключи, первые входы которых объединены, а выходы через элемент ИЛИ соединены со вторым входом элемента И, выход котерого соединен с первым входом электрон ного коммутатора, соециненного своим вторым-входом с первым входом электронного коммутатора послецующего канала совпадений, а выход электронного коммутатора каждого из каналов соецинен со вторым входом второго ключа.

7 79862

Таким образом, преалагаемый фазометр позволяет задержку между моментом пуска и моментом начала счета (измерения), что и приводит к увеличению быстродействия. Кроме того, в прецлагаемом фазометре повышается точность измерения за счет уменьшения неопределенности выделения первого совпадения входного и опорного импульса с величины 2(,, до величины 1 с(д (в данном случае „д = С ), Уменьшение неопределенности вьщеления первого совпадения происходит благодаря тому, что а фазометре цля измерения вьщеляется канал (1 -ый канал) по совпадению опорного импульса с передним фронтом входного импульса. При работе известного фазометра не известно, каким фронтом (перецним или зацним) совпацает входной импульс с опорным, что обуславливает неопределенность вьщеления перво- -О го совпадения 2 С .

В прецлагаемом фазометре время задержки с Д между выходами линии зацержки 7 принято приблизительно равным длительности C входных и опорных импульсов цля того, чтобы в любой момент времени на любом из выходов линии 7 задержки присутствовал опорный импульс.

При увеличении Ь с д цо значения

4)OQ 2 Г, опорного импульса нет ни на одном из выходов линии задержки 7, что привоцит к увеличению времени измерения. При уменьшении же 4ygg с некоторого его значения возможны совпадения опорных импульсов с . входным импульсом в нескольких каналах совпадений (их количество определяется соотношением между (, и „ ). И в этом случае работа фазометра протекает аналогично описанному выше.

Следовательно, точность изготовления линии задержки не влияет на точность описываемого фазометра. Точность фазометра зависит or точности, выцеления временных интервалов, ограниченных совпадениями. входных и опорных импульсов коды А, и и g которых определяются в фазометре. То есть, в отличие от устройств для измерения временных интервалов IN в которых испопьзуются задержанные совпадения, здесь задержка импульсов с периодом Тр необходима лишь для вьщеления рабочего канала. В этом случае даже нет необходимости в точном знании величины1щ ). Естественно, речь здесь идет о пЬстоянных 8о времени погрешностях изготовления секционированной линии задержки.

5 8

Ожидаемый эффект or использования предлагаемого изобретения выражается в увеличении. быстродействия и повышения точности измерения фазометра.

Формула изобретения

1. (цифровой фазометр цля измерения среднего значения сдвига фаз, содержащий входные ключи, управляющие входы котсрых соединены с выходами первого триггера, а выходы — с формирователем импульсов, выход которого соединен с первым входом первого ключа, а вход первого триггера соединен с первым входом третьего ключа, выход которого, как и выходы первого и второго ключей, соединены со счетчиками импульсов. генератор импульсов и линию задержки, о т л и— чающий с яreM, что, с целью повышения точности, в него введены И ка— налов совпадений, второй триггер и три элемента ИЛИ, причем, вход линии задержки соецинен с выходом генератора импульсов и с первым входом первого канала совпадений, а ее выходы — с

Источники информации, принятые во вн иман ие пр и эк спер т изе

1. Авторское свидетельство СССР

% 231665, кл. Q 01 R 25/08, 1967.

7986 25

2. Авторское свидетельство СССР

N Э81038, кл. 9 01 R 25/08, 26.02.71 (прототип).

Составитель H. Медведева

Редактор Т. Киселева,Техред T.Mamma Корректор 0. Швыдкая

Заказ 10018/55, Тираж 743 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и -открытий

11З035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д. 4/S

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