Цифровой фазометр-частотомер

(7 о 979.СР1983. я ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ А ВТСРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 2) В.В.Хворенков, А.Г.Пр и С.В.Лощенов(57) Изобретение служит для повышенбыстродействия и точности измеренияфазового сдвига, Фазометр-частотомеработает по принципу преобразованиясдвига фаз (или периода) в интервалвремени с помощью формирователей 17 импульсов и триггера 8. Далее интервал времени преобразуется с помощью двоичных счетчиков 3 и 10 игенератора 4 фиксированной частотыв код. Последний затем преобразуетсв сопротивление цифроаналоговыми преобразователями (1 АП) 6 и 12. Полученные на выходе ЦАП 6 и 12 сопротивпения входят в состав мостовой измерительной схемы, в которую входят также весовые резисторы 13, 14, 16 и входное сопротивление аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 19. Весовые резисторы 13, 14 и 16 подключаются в разной комбинации в зависимости от измеряемого параметра (фаза, частота). В диагоналях моста включены источник 15 опорного напряжения и компаратор 17, Выходной сигнал последнего управляет состоянием АЦП 19. В результате автоматической балансировки моста выходной код АЦП 19 дает значение фазы или частоты. Введенные линия 2 задержки, коммутаторы 5 и 11 и двоичный счетчик 10 обеспечивают одновременное измерение как периода, С так и фазового сдвига. Это,также упрощает схему коммутации.и, следовательно, уменьшает ошибку измерения, На чертеже показаны также элемент ИЛИ 9 и .аналоговые ключи 18 и 20. 1 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения сдвига фаз и частоты исследуемого сигнала в широком диапазоне частот.Цель изобретения - повышение быстродействия и точности устройства эа счет повышения частоты измерений исследуемого сигнала, 10На чертеже представлена функциональная схема устройства.Первый .канал содержит первый фор мирователь 1 импульсов, выходом соединенный с входом линии 2 задержки, 15 выход которой подключен к первому входу первого двоичного счетчика 3, вторым входом соединенного с первым выходом генератора 4 фиксированной частоты, а выходом - с кодовым входом 20 коммутатора 5, другой вход которого связан с выходом формирователя 1, а выход - с кодовым входом первого цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 6.Второй канал включает в себя вто рой формирователь 7 импульсов, триггер 8, нулевой вход которого соединен с выходом первого формирователя 1, а единич:ьщ вход - с выходом второго форирователя 7, элемент ИЛИ 9, к 30 первому входу которого подключен выход линии 2 задержки, а к второму входу - выход григгера 8. Выход элемента ИЛИ 9 соединен с первым входомвторого двоичного счетчика 10 кодо" вый вход которого соединен с вторым выходом генератора 4 фиксированной частоты. Кодовй выход второго двоичкого счетчика 10 подключен к кодовому входу коммутатора. 11, другой вход которого соединен с выходом форьщрователя 7 а выход с кодовым входом второго ЦАП 12.Измерительная часть устройства содержит первый ЦАЛ 6, первьй выход ко торого соединен с первыми клеммами первого 13 и второго 14 весовых резисторов и первой клеммой источника 15 опорного напряжения, Второй выход первого РЛ 6 соединен с первым выходом второго ПЯ: 12, первой клеммой третьего весового резистора 16 и первым входом компаратора 17, Второй вход компаратора 17 подключен к выходу первого аналогового ключа 18 и первому входу декодирующей сетки ана 55 лого-цифрового преобразователя ЬЦП) 19. Первый и второй входы аналогового ключа 18 соединены с вторымн клеммами первого 13 и второго 14 весовыхрезисторов соответственно , управляющий вход соединен с выходом АЦП 19и управлякицим входом второго аналогового ключа 20, первый и второй входыкоторого подключены к второму выходувторого ЦАП 12 и второй клемме третьего весового резистора 16, а выход - к второму входу декодирующейсетки АЦП 19 и второй клемме источника 1 5 опорного напряжения. Второйвход АЦП 19 соединен с выходом первого формирователя 1, первый вход - свыходом компаратора 17, а кодовыйвыход является выходом устройства.Принцип работы устройства основанна преобразовании измеряемой разностифаз ь и частоты исследуемого сигналла во временные интервалы . и Т,которые заполняются импульсами генератора фиксированной частоты, а полученные коды чисел и и И цифроаналоговыми преобразователями преобразуются в величины сопротивлений плеч мостовой схемы. Выбор весовых резисторов(КЬ и К = Кб ) и коэффициентовградусной и частотной шкал АЦП производится из следующих соотношений,Первый цикл измерений - измерениесдвига фаз. Баланс моста имеет вид:Кдцд 9 К цдд Г Кэ Вцдб еКОд б = Кэ ИэК цд 2 = К э 1 пэКдцп 9 К э шгде К- величина сопротивлениямпадшего разряда АЦП и ЦАП,ш - код числа АЦП при измерении,и - код импульсов за интервалэИ - код импульсов за интерТ фК э п К ь иК ш = = - Кэ К , И И ь фЭЧ- " 360Если сдвиг фаз равен 0 или 360,т.е, ц= 360, то н = 1, тогдао пК, и = К , причем ш 360, К,К э 1 360.Второй этап измерений - измерениечастоты. Уравнение баланса имеет вид:2Ки Кб Кнф щфКцдд б К э ИУчитывая, что И = Т, где Т- период измеряемого сигнала, уравнение имеет вид:И = К В= - - Г4 Т "Ф 5 где М - код числа АЦП при измерениичастотй,С - период следования импульсовгенератора фиксированнойчастоты.К31Приняв К = , получают14К 2К, КрКть т е ет 1514 КЙ 4 ГКогда К = 1, 10, получают значения К, для различных масштабов измерения частоты.Устройство работает следующим образом.При включении питания двоичные счетчики 3 и 1 О, ЦАП 6 и 12, декодирующая сетка АЦП 19 и триггер 8 устанавливаются в нулевое состояние. Импульсы, вырабатываемые генератором фиксированной частоты, двоичными счетчикамине считаются, так как нет разрешающего импульса с формировате ля 1. Аналоговые ключи 18 и 20 включены так, что в плечи мостовой измерительной цепи включены АЦП 19, ЦАП 12 и 6, весовой резистор 13. Исследуемые сигналы характеризуются одинаковой частотой Й и некоторым сдвигом фаз . Они одновременно поступают на входы формирователей 1 и 7, Оба формирователя вырабатывают каждый по одному короткому импульсу при переходе исследуемого сигнала из отрицательной области в положительную. С выхода формирователя 1 импульс пос-. тупает на второй вход АЦП 19 и запускает его, но ЦАП 6 и 12 находятся в нулевом состоянии, поэтому на выходе АЦП 19 тоже нулевой уровень. Одновременно импульс поступает на нулевой вход триггера 8, на выходе которого устанавливается "0". Этот же импульс с выхода формирователя 1 поступает на вход линии 2 задержки, с выхода которой идет на вход установки в "0" двоичного счетчика 3 и на первый вход элемента ИЛИ 9, а затем на вход установки в "0" двоичного счетчика 10, Оба счетчика 3 и 10 обнуля ются и начинают считать импульсы, поступающие на них с генератора 4 фиксированной частоты, Импульс с выхода формирователя 1, минуя линию 2 задержки, поступает на вход коммутатора 5, открывает его, но двоичный счетчик 3 к этому времени еще не открыт, т.е. на его выходе присутствует нулевой код, который переписывается через коммутатор 5 на ЦАП 6.При переходе исследуемого сигнала, подаваемого на вход формирователя 7, из отрицательной области в положительную формирователь 7 вырабатывает импульс, Этот импулвс поступает на первый вход коммутатора 11, открываетс его, и код импульсов и со счетчика 1 О, пропорциональный сдвигу фаз, переписывается в ЦАП 12, где преобразуется в соответствующее сопротивление. Одновременно импульс с выхода формирователя 7 поступает на единичный вход триггера 8, на выходе которого устанавливается уровень "1". Этот уровень через элемент ИЛИ 9 поступает на вход счетчика 10, обнуляет его и поддерживает такое состояние до тех пор, пока на нулевой вход триггера 8 не поступает импульс с формирователя 1, который означает конец первого и начало второго периодов исследуемого сигнала. Этот импульс открывает коммутатор 5, код импульсов М; пропорциональный периоду исследуемого сигнала, переписывается из счетчика 3 в ПАП 6, где преобразуется в пропорщюнальное ему сопротивление. Этот же импульс обнуляет счетчики 3 и 1 О, и их к новому счету. Одновременно импульс поступает на АЦП 19 и запускает его. АЦП 19 начинает уравновешивать плечи мостовой схемы. По окончании уравновешивания компаратор 17 вырабатывает на выходе импульс, который поступает на первый вход АЦП 19, фиксирующий на своем кодовом выходе код числа, соответствующий сдвигу фаз. Затем АЦП 19 на другом своем выходе вырабатывает импульс, который перебрасывает аналоговые ключи 18 и 20 во второе состояние, когда в плечи мостовой схемы включены АЦП 19, весовой резистор 1 Ь, ЦАП Ь и весовой резистор 14. Такая цепь позволяет измерять частоту исследуемого сигнала. После того, как схема уравновешена, компаратор 17 вырабатывает импульс, поступающий на вход АЦП 19, который фиксирует на своем кодовом выходе код числа, соответствующий частоте1430907 в исходное состояние,Повышение чястоть: измеоеннй иссчеСоставитель кр,МакаревичТехред И.Дидык Корректор С,Черни Редактор Л.Пчолинскяя Заказ Я 9,р 4 ь тир ак ПодписноеГЬ".ИГИ 1 Осдарственного комитета СССРпо делЯм изобретений и ОткпытийчДГ Цр квя Р с Ряушскяя няб д 4/ Ироиэводственно-полиграфическое предприятие, г, ужгород, ул. Проев Рная, 4 исследремого сигнала, Я на дРУгом выход с формир уз т импульс., который пер Рбрасывает аналоговые ключи 18 и 2 О дуемого сигнала., приводит к повышениюбыстродействия и точности. 10Формула изобретения Цифровой Фазометр-частотомер, содержащий певвый и Второй Формирователи импульсов . триггер , В 2 Од к Отор огоя соединен с вьгходом первого Формирователя импульсов, двоичный счетчик, счетный вход которого соединен с выхоцом генератора фиксированной частоты, первый резистивный цифроаналого".;рРс Вый преобразователь,. пер вь й выход ко торого соединен с первыми клеммами ПРрвого и Второго ВРсовых резисторов и первой клеммой источника опорного НЯПРЯЖЕНИЯ Я ВТОРОЙ ВЬГХОД СОЕДИНЕП с первым выходом второго резистивногс цифроаналогового преобразователя, первой клеммой третьего весового резистора и первым входом компярятора первый янялсгспый ключ ПРрвый и в .б второй входь которого соединены соотВетственно с вторыми клеммами певвого и второго Весовых резисторов я Вы-. ход соедппРН с .Яторь 1 м входом еомпява " торя и первым вхоцом резистивной декодирующей сетки аналого -цифрового преобразователя, Я управляющий Вход первого аналогового ключа соединен с управляющим входом я.налого-цифрового преобразователя и управляющим входомлО Второго аналогового ключа, первый и второй входы второго аналогового клю чя соединРны соо,ветственпо с вторым выходом второго р зистивного цифро" аналогового преобразователя и с второй. клеммой третьего весового резистора я выход ключа соединен с вторымвходом декодирующей сетки аналогоцифрового преобразователя и второйклеммой источника опорного напряжения,первый вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом компаратора, а кодовый выход аналого-цифрового преобразователя является выходом фязометра-частотомера, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения быстродействия и точностиизмерений, в него введен второй двоичный счетчик, два коммутатора, элемент ИЛИ и линия задержки, вход которой соединен с выходом первого формирователя импульсов, я выход - с первьц входом гервого двоичного счетчика и первым входом элемента ИЛИ, единичный вход триггера соединен с выходом второго формирователя импульсов,я выход - с вторым входам элементаЮй., выход которого подключен к первому входу второго двоичного счетчика, счетный вход которогс соединен свыходом г"нератора Фиксированной частоты, а выход - с кодовым входом второго коммутяторар первый вход которого соединсн с выходом второго формирователя импульсов я выход - свходом второго резистивного цифроаналогового преоора.;йвятеля, кодовыйВход первого ко."мутатора соединен свыходом первого двоичногс счетчика,первый вход первого коммутатора соединен с вьг,одом первого Формирователяимпульсов,а вю,д - с входом первогорезистивного .Яфроаналогового преобразователя, причем вьгкод первого формирователя т."ппт:-.Сов подключен к вторамч Входу аналого-цифрового преобразователя