Способ цифрового измерения фазового сдвига и устройство для его осуществления

Способ цифрового измерения фазового сдвига и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ м993151

Союз Советскнн

Социалистическим

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

{61)Дополнительное к авт. саид-ву{22) Заявлено 221280 {21) 3223203/18-21 р уц, g э

G 0i и 25/08 с присоединением заявки Нов

Государственный комнтет

СССР по делам нзобретеннй . н открытий

{23) Приоритет— (53) УДК 621. 317..77(088.8 ) Опубликовано 300183, Бюллетень М 4

Дата опубликования описания 3001.83 аявитель. (54 ) СПОСОБ ЦИФРОВОГО ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВОГО СДВИГА

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к радиоиз.мерительной технике, в частности к фазовым измерениям, и может быть использовано для повышения быстро-. действия в цифровых фазометрах, в частности в фаэометрах с постоянным измерительным временем;

Известен способ измерения сдвигафаз.между двумя колебаниями при по-мощи цифрового фазометра с постоянным измерительным временем, основанный на подсчете числа счетных импуль.сов. Частота этих импульсов находит-

-ся в целочисленном отношении с частотой измеряемых колебаний; они сгруп-1 пированы в пачки, длительность кото= рых пропорциональна фаэовому сдвигу между колебаниями и обратно пропорциональна -частоте колебаний и которые проходят на ход счетчика за измерительное время, кратное частоте счет-. ных импульсов. Однако такой способ, кроме пониженной точности измерения фазового сдвига,, характеризуется большим временем измерения (1 1.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ измерения разности фаз, основанный на подсчете числа счетных импульсон, сгруппированных в пачки, длительность которых пропорциональна фазовому сдвигу между колебания-. ми и обратно пропорциональна часто- .

;те Гк колебаний, за измерительный интервал, кратный периоду счетных импульсов, при одновременном равно-. мерном измерении фазы счетных импульсов. По указанному способу получают значение фазового сдвига в цифровой форме . 2 ).

Данный способ в силу специфики цифрового метода определения суммарной длительности заранее заданнЪго количества (>10 З} временных интервалов между моментами перехода исследуемых напряжений через нуль позволяет получить значение фазового сдвига только по окончании измерительно- . .го интервала, что снижает и ограничивает быстродействие.

Наиболее близкий к предлагаемому способ измерения фазового сдвига за постоянный измерительный интервал осуществляется цифровым фазометром, являющимся наиболее общим и близким к изобретению и содержащим генератор квантующих импульсов, счетчик и.два формирователя, выходы которых соединены с соответствующими входами элемента И, выходом соединенного с вто993151 рьм элементом И, который через вто-, рой триггер соединен с делителем частоты (3 1.

Недостаток известного устройства — достаточно большое время измерения. 5

Цель изобретения — повышение быстродействия.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу цифрового измерения фазового сдвига, заключающему-,10 ся в том, что подсчитывают число счет ных импульсов, сгруппированных в пачки, длительность которых пропорциональна фазовому сдвигу между колебаниями и обратно пропорциональна частоте колебаний, за измерительный интервал, кратный периоду счетных импульсов, при одновременном равномерном изменении фазы счетных импуль-. сов измеряют длительность периода Т исследуемых колебаний и полный измерительный интервал заменяют на ряд интервалов, привязанных началами к спадам последних импульсов очередных пачек, производят подсчеты чисел импульсов N „и чисел пачек за каждый 1-ый интервал, причем длительность первого интервала выбирают равной 10 "(n — целое число ) от длительности полного измерительного интервала, а длительность каждого из последующих временных интервалов берется равной, умноженной на 10, разности между длительностью предыдущего интервала и произведением результата предыдущего подсчета числаЗ5 пачек на длительность периода Т„, при этом общим резуль::татом измерений считают суммы Nñ 10A "+1..

В устройство для осуществления способа цифрового измерения фазово- 40 го сдвига, содержащее генератор счетных импульсов с фазовращателем, первый счетчик, формирователь временных интервалов и два формирователя, выходы которых соединены с соответствующими входами триггера, выход которого соединен с одним из входов первого элемента И, другой вход которого через фазовращатель соединен с выходом генератора счетных импульсов, о а выход подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом формирователя временных интервалов, введены второй счетчик и третий элемент И, коммутатор, блок управления и преобразователь периода в код, первый вход которого соединен с одним из формирователей, второй вход объединен с первым входом блока управления и выходом генератора счетных импульсов, а третий вход - c первым выходом блока управления, второй вход которого соединен с выходом преобразователя, а третий вход †. с выходом разрядов второго счетчика, первый вход кото- 65 рого соединен с вторым выходом блока управления, четвертый вход блока управления объединен с выходом перво.

ro триггера и первым входом третьего элемента И, выходом соединенного с вторым входом второго счетчика, а вторым входом подключенного к выходу формирователя временных интервалов, вход которого соединен с третьим выходом блока управления, четвертый выход которого соединен с одним из входов коммутатора, выходами соединенного с первым счетчиком, а вторым входом соединенным с выходом второго элемента И.

На чертеже йредставлена структурная схема устройства для цифрового измерения фазового сдвига.

Устройство содержит формирователи 1 и 2 импульсов, триггер 3, элементы И 4-6, генератор 7 счетных импульсов, фазовращатель 8, преобразователь 9 периода в код, блок 10 управления, формирователь 11 временных интервалов, второй счетчик 12, коммутатор 13 и первый счетчик 14 с индикаторами.. Формирователь 2 соединен с объединенными входами преобразователя 9 и триггера 3, выход которого соединен с входами элементов И 4 и б и блоком 10 управления, имеющего взаимные обратные связи как с преобразователем 9, так и с вторым счетчиком 12. Выход генератора 7 счетных импульсов соединен с одной стороны через фазовращатель 8 с вторым входом элемента И 4, а с другой — с входом преобразователя 9 и блока 10 управления, выходы которого соединены с коммутатором 13 и формирователем 11 временных интервалов, выход которого соединен с элементами

И 6 и . Коммутатор 13 соединен с выходом элемента И 5, а своими выходами — с первым счетчиком 14. Кроме того, выход элемента И б соединен с входом второго счетчика 12.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Для определения величины фазового сдвига прежде всего производят измерение длительности периода Тх исследуемых сигналов. Поскольку квантование периода производится сигналами от генератора счетных импульсов с периодом To -= 0,1 мкс, то результат измерения длительности периода.

T,, = 713 10 мкс.

Первый временной измерительный интервал формируется длительностью

Тй =0,36 10 =360 вас. Если привязать, начало этого интервала к спаду последнего импульса предшествующей пачки импульсов, то в этот интервал Т„„уложится йп„=-360:71,301247=5,049 периодов входйой исследуемой последовательности. Поскольку каждая пачка представляет собой целый период, то

993151 подсчитанное число пачек Йд„ будет равво 5.

Второй временной измерительный интервал Т4 формируется как умноженная на 10 разность между предыдущим временным интервалов и произведенйем, числа -точек, измеренных за предыдущий временной интервал, Иа длительность периода исследуемых сигналов.

Согласно сказанному, Т„2=(3,6 10

2»

-71,3. 5 )10=(360-356,6 ) 10 =.3,5 10 =

35 мкс.

Формирование кода этого временно-. го интервала не займет существенного времени, так как на определение

T можно использовать первый нэ чйсла подсчитываемых периодов.

Определение произведения Т„изм. Й

1 осуществимо в самом процессе подсчета числа периодов при использовании последовательного суммирования-кода

Т - изм. каждым подсчитываемым сигналом из числа Nn . Таким образом, код произведения Т„ изм..Nn1 может быть получен уже в момент завершения интервала Т4„. В этот же момент,может быть получен и код разности (Т4 -Tz изм. N ), если для формирова41 Х ния разности использовать параллельное суммирование при вводе в сумматор вычитаемого в обратном коде. И, наконец, умножение кода разности на

10 не требует дополнительного времени, ибо достаточно формировать код разности со сдвигом на один десятичный разряд, Таким образом, код второго временного измерительного интервала может быть получен уже в конце первого. .временного измерительного интервала.

Поскольку длительность Т4 равна

35 мкс и в этот интервал укладывает-, ся Йп 35:71,301247=0,490875 пачек, то начало интервала совмещено со спадом последнего импульса предыдущей пачки, поэтому результатом измерения числа пачек за Т„2булет нуль.

Длительность третьего временного измерительного интервала Т4 =Ти —

Йп Т изм. ) 10=(35-0-Т„изм. )10=350 мкс.

В этот интервал укладывается

Ng =350:71,301247=4,90875 ,периодов исследуемых сигналов; По-. п3 скольку начало временного интервала сфазировано с пачками импульсов, то результатом подсчета числа пачек за интервал Т„ будет Nn>=4, Длительность четвертого временного измерительного интервала Т4 =(Т@, —

-N,n "Теизм. ) 10 = (350-4 71, 3) 10 = . (35Ъ-285,2 ) 10 = 64,8 ° 10 = 648 мкс;

В этот интервал укладывается.

Й =648:71,301247=9 ° 0882 периодов

4 исследуемых сигналов. Поскольку на-, чало временного интервала сфазировано с ппааччккаамми и ииммппууллььссоовв, то результат подсчета числа пачек эа интервал

Т 4 будет Йп =9.

На этом процесс измерения можно ,закончить.

Результат измерения формируется следующим образом.

Количество счетных импульсов Nq„, подсчитанных за T4 „, равно числу импульсов в пачке йи„, умноженному на количество пачек Nn.„. Аналогично подсчитывается число счетных импульсов Йсч, Йгц и Йсч за каждый из

10интеРвалов Т42, Т4З И Т" 4 Общий результат измерений формируется как сумма N 10 п 1+1. c 4 п в притч веденном примере равно 3, а общее число пачек Nn +Nnз+Йп4=18 > 10, то

f5 можно считать, что среднее число импульсов в пачке Й„„ в результате усреднения до 18 пачек может быть .принято равным Й,4=19,8. Тогда

20 Nn1Йио 103-4 1 5.19,8-10 +4 19,8к

<0+9 19,8=99000+792+178,2=999.70,2=

99970 импульсов. устройство для реализации способа работает следующим образом.

В исходном состоянии счетчики 12 и 14 обнулены, формирователь 11 вре менных интервалов подает запирающие сигналы на элементы И 5 и 6, генератор 7 счетных импульсов через рабо30 тающий фазовращатель 3 подает на элемент И 4 счетные импульсы, преобразователь 9 периода в код готов к работе (связи, приводящие устройство в исходное состояние, не показаны ).

Процесс измерения начинается с поступления на блок 10 управления сигнала запуска. Под действием этого сигнала блок 10 управления в момент поступления на его четвертый вход спада импульсов с триггера 3 сигналами со своего третьего выхода запускает формирователь 11 временных интервалов на формирование кода

T . Одновременно сигналом на своем -.

41 ° первом выходе включает преобразова- .

45 тель 9 на выработку кода Т„ и сигналом на своем четвертом выходе

I переводит коммутатор 13 в состояние, при котором сигнал с выхода элемента И 5 поступает на вход n+1-го

50 десятичного разряда счетчика 14.

За время измерительного интервала Т„1 счетчик 14 подсчитывает число. импульсов Йр1, счетчик 12 подсчиты-, вает количество пачек Й и„ в интервале Т>1, а блок 10 управления вычис, ляет йод (Т41-Йп„. Т„изм.) .10. В мо-. мент окончанйя Т41 блок 10 управления передает код Т„ и формирователь 11 временных ийтервалов обеспечивает сброс на нуль счетчика 12, воздействует на коммутатор . 13, пере. водя его в положение, при котором счетные импульсы с выхода элемента И 5 поступают на вход п-го

65 десятичного разряда счетчика 14. В

993151 момент поступления на четвертый вход блока 10 управления спада выходного импульса триггера 3 блок 10 управления дает команду в формирователь временных интервалов на начало выработки временного интервала Т„

В дальнейшем устройство работает .аналогично до тех пор, пока не будут заполнены все младшие разряды счетчика.

Предлагаемый способ выгодно отличается от известного тем, что весь процесс от начала измерения до момента получения результата можно осу ществить за время, существенно меньшее T м, где Тц - длительность.полного йзмерительного интервала времени. Точность при этом остается такой же, как в известном методе при измерении за время Ти .

Предлагаемый способ позволяет существенно повысить быстродействие цифрового.фазометра.

Формула изобретения

1. Способ цифрового измерения фазового сдвига, заключается в том, что подсчитывают число счетных импульсов, сгруппированных в пачки, длительность которых пропорциональна фазовому сдвигу между колебаниями и обратно пропорциональна частоте колебаний, за измерительный интервал, кратный периоду счетных импульсов, при одновременном равномерном изменении фазы счетных импульсов, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия, измеряют длительность периода Т„ ис-. следуемых колебаний и полный измерительный интервал заменяют на ряд интервалов, привязанных началами к спадам последних импульсов очередных пачек, и производят подсчеты чисел импульсов Nqц„ и чисел пачек за каждый i-ый интервал, причем длительност первого интервала выбирают равной 10 " (n — целое число ) от длительности полного измерительного интервала, а длительность каждого из последующих временных интервалов берется равной, умноженной на 10, разнбсти между длительностью предыдущего интервала и произведением результата предыдущего подсчета числа пачек на длительность периода Т„, при этом обции результатом измерений считают сумму Nc ; 10"

2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее генератор счетных импульсов с фазовращателем, первый счетчик, формирователь временных интервалов и два формирователя, выходы которых соединены с соответ1О ствующими входами триггера, выход которого соединен с одним из входов первого элемента И, другой вход которого соединен через фазовращатель с генератором счетных импульсов, а выход 15 подключен к .первому входу второго элемента И, второй вход которого сое.динен с выходом формирователя времен ных интервалов, о т л и ч а ю щ е— е с я тем, что, с целью повышения

2О быстродействия, в него введены второй счетчик и третий элемент И, коммутатор, блок управления и преобразователь периода в код, первый вход которого соединен с одним из формирова 5 телей, второй вход объединен с первым входом блока управления и выходом генератора счетных импульсов, а третий вход - с первым выходом блока управления, второй вход которого сое-, 30 динен с выходом преобразователя, а третий вход — с выходом разрядов второго счетчика, первый вход которого соединен с вторым выходом блока управления, четвертый вход блока управления объединен с выходом первого триггера и первым входом третьего элемента И, выходом соединенного с вторым входом второго счетчика, а вторым входом подключенного к выходу формирователя временных интервалов, 4О вход которого соединен с третьим выходом блока управления, четвертый выход которого соединен с одним из входов коммутатора, выходами соединенного с первым счетчиком, а вто45 рым входом соединенным с выходом второго элемента И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

SO Р 231664, кл. G 01 R 25/04, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 409151, кл. G 01 R 25/04, 1971.

3 ° Смирнов П.T. Цифровые фазомеры.

Л., "Энергия", 1974, с. 33, рис. 13.

Составитель Н. Агеева

Редактор A. Фролова Техред E.баритончик Корректор B. Прохненко

Заказ 448/60 Тираж . 708 Подписное

ВНИИПИ 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