Цифровой фазометр

(21) (22) (46) (72) В. И и Д. (53) (56) Р 18 де видетельство СССй 25/00, 1967.идетельство СССРй 25/00, 1970 т- ам ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБР 3436526/18-2107.05, 8230.09.83. Бюл. Р 36С. В, Алексеев, С. Н, ЛуховскойПотапов, Н, Л, ТерешкинД. Юдин621,317,7(088,8)1. Авторское с Р9485, кл, С 012. Авторское св9 265278, кл. С 01(54)(57) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР, содержащий регистрирующий блок, два счетчика, два электронных ключа, блок управления, генератор счетных импульсов, формирователь, первый и второйвходы которого соединены соответственно с первой и второй входными шинами устройства, а первый и второйвыходы формирователя подключены сооветственно к первому и второму входблока управления, первый и второйвыходы которого соединены с управляющими входами соответственно первогои второго электронных ключей, входыкоторого подключены к выходу генератора счетных импульсов, выход первого электронного ключа соединен свходом первого счетчика импульсов,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности и быстройствия, в него введены два регистра сдвига, регистр, два блока вентилей, блок объединения и сумматор, причем выходы первого счетчика импульсов соединены с входами первого блока вентилей, управляющий вход которого подключен к третьему выходу блока управления, а выходы первого блока вентилей соединены с первыми входами блока объединения, вторые входы которого соединены с выходами второго блока вентилей,. а выходы блока объединения соединены с входами регистра, выходы которого подключены к первым входам сумматора, вторые входы которого соединены с выходами первого регистра сдвига, выход знакового а разряда сумматора соединен с третьим входом блока управления и с входом второго регистра сдвига, а выходы сумматора подключены к входам второго С блока вентилей, управляющий вход которого соединен с четвертым выходом Я блока управления, пятый выход которого соединен с управляющими входами первого и второго регистров сдвига, выход второго электронного ключа подключен к входу второго счетчика импульсов, выходы которого соединены с входами первого регистра сдвига, выход второго регистра сдвига подклю,чен к входу регистрирующего блока, 1045155дрой выходы которого соединень. с управляющими входами соответственнопервого и второго электронных ключей, входы которых подключены к ныходу генераТора счетных импульсов,выход первого электронного ключа соИзобретение относится к областиизмерительной техники, в частностик фазометрии, и может быть использовано для прецизионного измерения Фазовых сдвигов н широком диапазонеФ 5частот исследуемых сигналов.Известен,фазометр, содержащийэлектронные ключи, генератор импульсов, вычитающий счетчик, ренерсивныйсчетчик, триггер, распределительимпульсов регистрирующий счетчик(,1), 1 ООднако фазометр имеет низкое быстродействие и граничную частоту порядка 10-20 Гц.Наиболее близким к предлагаемомуявляется фазометр, содержащий два 15счетчика, генератор, счетных импульсов, формирователь, входы которыхсоединены с входными шинами устройства, делитель частоты, дза электронных ключа, блок управления, выходыкоторого соединены с управляющимивходами двух электронных ключей, регистрирующий блок 2).Однако фазометр имеет низкоебыстродействие, так как период счетных импульсов должен быть больше времени распространения единицы переноса из перного (младшего) разряда декадного нычитающего счетчика до стаРшего разряда декадного реверсивногосчетчика. Фазометр имеет также низкуюточность измерения, так как операцияделения производится многократнымнычитанием из числа, пропорционального измеряемому фазовому сднигу Ц,числа эквивалентного величине 360/, З 5При этом для увеличения точности измерений необходимо увеличивать значение коэффициента деления ц. Но это,.в свою очередь, приводит к увеличению времени измерения. 4 сВ фазометре имеет место случайнаяпогрешность измерения, обусловленнаянекратностью отношения числа импульсов пропорционального текущему значению периода исследуемого сигнала квеличине ц,Целью изобретения является увеличение точности и быстродейстния.Поставленная цель достигаетсятем, что в цифровой Фазометр, сойеРжащий регистрирующий блок, дна счетчика, два электронных ключа, блокуправления, генератор счетных импульсов, формирователь, первый и нторойвходы которого соединены соответственно с первой и второй входными шинами устройства, а перный и второйвыходы формирователя подключены соединен с входом первого счетчикаимпульсов, введены два регистра сдвига, регистр, два блока нентилей, блокобъединения и сумматор, причем выходыпервого счетчика импульсон соедине-ны с входами первого блока вентилей,управляющий вход которого подключенк третьему выходу блока управления,а выходы первого блока вентилей соединены с первыми входами блока объединения, вторые входы которого,подключены к выходам второго блока вентилей, а выходы блока объединениясоединены с входами регистра, выходыкоторого подключены к первым входамсумматора, вторые входы которого соединены с выходами первого регистрасдвига выход знакового разряда сумиатора соединен с третьим входомблока управления и с входом второгорегистра сдвига, а выходы сумматораподключены к входам второго блокавентилей, управляющий вход которогосоединен с четвертым выходом блокауправления, пятый выход которого соединен с управляющими входами первого и второго регистров сдвига, выход второго электронного ключа подключен к зходу второго счетчика импульсов, выходы которого соединеныс входами первого регистра сдвига,ныход второго регистра сдвига подключен к входу регистрирующего блока,На чертеже приведена блок-схемаФазометра,фазометр состоит из формирозате=ля 1, первый и второй входы которогосоединены с первой и второй нходны=ми шинами, блока 2 управления, первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами электронных ключей, первого электронногоключа 3, первого счетчика 4 импульсоз первого блока 5 вентилей, бло ка 6 объединения регистра 7, сумматора 8, второго блока 9 вентилей,.второго электронного ключа 10,. второго счетчика 11 импульсоз, первогои второго регистров 12 и 13 сдвигарегистрирующего блока 14,фазометр работает следующим образом.На вход Формирователя 1 поступают синусоидальные сигналы Ц, и Н,Фазовый сдниг которых надо измерить.Формирователь 1 преобразует входныесигналы н прямоугольные импульсы,передний Фронт которых соответствует переходам через нуль входных сигналоз. Эти импульсы поступают наблок 2 управления, который Формируетодновременно дза прямоугольных импульса, имеющих длительностью и Т, Длительность первого импульса Гл соответствует измеряемому Фазовому сдвигу (при определенном значении часто,ты исследуемыхсигналоз), длительность второго импульса Г соотнет 1045155ствует периоду исследуемого сигнала 1/Г. С помощью первого и второго электронных ключей 3, 10 длительности импульсов Г 1 и Г преобразуются н числоимпульсные коды й и й соот.нетстненно, В первом счетчике 4 импульсов Фиксируется код числа М, значение которого соответстнует измеряемому Фазовому сдвигу. Из первого счетчика 4 этот код с помощью первого блока 5 вентилей и блока б 10 объединения переписывается в регистр 7. С выходов регистра 7 код числа й поступает на первые входы сумматора 8.Во втором счетчике 11,импульсов 15 Формируется код числа М , значение которого соответствует одному периоду исследуемого. сигнала. В свою очередь это.число соответствует фазовому сдвигу 360 исследуемого сигнала 2 О (с учетом - текущего значения частоты), т,е, является текущей цифровой мерой фазового сдвига 360, Из второго счетчика 11 этот код записывается в первый регистр 12 сдвига. При каждом 1-м сдвиге, где 1 = 1, ,и, где и - число разрядов фазометра, в этом регистре формируется цифровая эталонная мера, фазового сдвига М/2(360/2 ). После и сдвигов в первом регистре 12 сдвига (при проведении каждого измерения) Фиксируется наименьшая цифровая мера фазового сдвига М /2 (360 /2 ), которая определяет цену единицы младшего разряда выходного кода фазометра,При сдвиге кода числа й на один разряд вправо (старшие разряды в первом регистре 12 сдвига расположены слева) фиксируется в первом регистре 12 код числа М 2 /2, соответствующий 4 О эталонной мере фазового сдвига 180 Этот код поступает на вторые входы сумматора 8. В сумматоре 8 Формируется код разности чисел й,-й/2. Если величина М -й /2 ъ О, то это логическое отношение Фиксируется в знаковом разряде сумматора 8. При этом код разности чисел й - М/2 записывается в регистр 7, а в первый (младший) разряд второго регистра 13 сдвига записывается единица, Если код разности чисел й., - й /2О, то в регистре 7 остается код числа М и заись единицы н младший разряд второо регистра 13 сдвига не производитя. Пусть величина й - й/2 7; О,этом случае измеряемый фазовый сдвиг больше 180", затем, вычитая из него текущую цифровую меру 180 фиксируем остаток й - й/2. При этбм в первом разряде второго регистра 13 60 сдвига зафиксировалась единица и-го (старшего) разряда кода измеряемого фазового сдвига вес которой составо ляет 180 . После проведения последу- ющих и- сдвигов эта единица переме щается в и-й (старший) разряд второгорегистра 13.После окончания первого цикла присдвиге кода числа й/2 на один разряд вправо фиксируется в первом регистре 12 код числа й /4, соответст,вующий эталонной мере фазового сдвига 90 , Как и в первом цикле этоткод поступает на вторые входы сумматора 8. В сумматоре 8 формируетсякод разности чисел (М 1 - М /2) - й /4,Если величина (М 1- М /2) - й/4О,то это логическое отношение фиксируется в знаковом разряде сумматора8, а код разности чисел (М - М/2)й/4 записывается в регистр 7. Приэтом во втором регистре 13 единицаи-го разряда выходного кода Фазометра переписывается иэ первого разряда во второй, а в первый разряд второго регистра 13 записывается единица (и-)-го разряда измеренного фазового сдвига, вес которого соответствует 90, Если код разности чисел(й - й/2) - й /4, то в регистре 7остается код чйсла й- й /2 и записьединицы в первый разряд второго регистра 13 не производится, При этомкод,. хранящийся но втором регистре13, который сформирован в предыду"щем цикле сдвигается на один разряд .нправо. В каждом -м цикле циФроваячасть Фазометра Функционирует также,как описано выше. После проведенияи циклон но втором регистре 13 Фиксируется и-разрядный двоичный код из -меренного Фазового сдвига, который поступает на вход регистрирующего устройства. Вес-го разряда этого кода соответствует 360/2(1 - 1, 2, , ) .Таким образом, применение предлагаемого фазометра позволяет исключить погрешность, обусловленную некратностью периода изменяемого сигнала времени изменения, что н несколько раз повысит точность измеренияпри сохранении того же быстродействия,снизит требонания к точности установки и стабильности (н процессе эксплуатации) частоты исследуемых сигналови частоты счетных импульсов без потери точности измерений, что существенно упростит аналоговую часть Фазометра и снизит требования к параметраманалоговых элементов; оперативно обменять точность измерений на быстродействие, При частоте счетных импульсов= 10 МГц практически гстижима точность цифровой части и,.:едлагаемого фазометра + 0,01 при быстродействии Фазометра. порядка 100 мс.При времени измерения порядка 100 мкспогрешность цифровой части фазометрасоставляет не:ичину 1, Любые значения точности и соответствующего быстродействия,. лежащие н указанных пределах, могут быть назначены операторол, пееед началом измерений,1045155 4 б/47 Тираж 710КИПИ Государственного комитета С по делам изобретений и открытий 35, Москва, Ж, Раушская наб;,Заказ дписное