Кумулятивный фазометр

(22) Заявле 7.04,74 (21) 2016098/21 асударственнын комитет авета Министров СССР 3) Приорит Опубл иков(72) Авторы изобретени смельцев, В. Н. Бурни В. С. Соболев ститут автоматики и Сибирского отделени ашов, В. В. Воробье 1) Заявитель ектрометриАН СССР(54) КУМУЛЯТИВНЫЙ ФАЗОМЕТР Для расширения частотного диапазона и измерения разности частот входных сигналов предлагаемый фазометр снабжен умножителем, логической схемой И, дискретным фильтром, делителем, причем вход умножителя соединен с выходом второго формирователя, а выход - со вторым входом первого хронизатора и через логическую схему И с одним из входов счетчика уточнения, один из выходов которого подключен к одному из входов дискретного фильтра и через делитель подключен к арифметическому устройству и к одному из входов второго хронизатора, второй вход второго хронизатора присоединен к выходу первого хронизатора и второму входу дискретного фильтра, второй выход подключен к вторым входам реверсивного счетчика уточнения и делителя, третий его выход соединен со вторым входом логической схемы И, выходы дискретного фильтра соединены с входами реверсивного счетчика.На фиг. 1 показана блок-схема описываемого фазометра; на фиг, 2 - временцые диаграммы напряжений в отдельных точках устройства.Входами устройства (фиг, 1) являются входы формирователя 1 опорного сигнала частоты , и информационного сигнала формирогателя 2 частоты 1. Выход формирователя 1 соединен через умножитель 3 и схему И 4 со 0 20 с присоединением заявк та опубликования описани Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в цифровых измерителях угловых или линейных перемещений и скоростей перемещений, использующих интерферометры ца двухчастотном лазере или ца одночастотном лазере с акустооптической модуляцией, поворотный или плоский индуктосин, вращающийся трансформатор и т. п.Известен кумулятивный фазометр, содержащий формирователи, выход одного из которых соединен с первым хронизатором, реверсивный счетчик, счетчик уточнения и схему задержки, выходы которых подключены к арифметическому устройству, и второй хронизатор, один из выходов которого подключен к входу схемы задержки. Недостатками известного устройства являются невозможность измерения разности частот входных сигналов (пропорциональной скорости перемещения в двухчастотных интерферометрах) из-за отсутствия задатчика времени; невозможность обеспечения синфазности входных напряжений в моменты перехода информационного сигнала через О, когда известна его фаза, т. е. получение нулевого показания прибора при любой разности фаз входных сигналов, и узкий частотный диапазон входных сигналов, ограниченный быстродействием реверсивного счетчика. 51) М. Кл. б 01 К 25/00по + Ьп - пиТо (по + Ьп) счетным входом счетчика уточнения 5, а выход формирователя 2 - с входом а первого хропизатора 6, выход которого соединен с входом в второго хронизатора 7 и входом и дискретного фильтра 8. Вход О дискретного фильтра 8 соединен со старшим разрядом счетчика уточнения 5 и счетным входом делителя 9. Выход информационного сигнала И дискретного фильтра 8 соединен с входом вычитания- реверсивного счетчика 10, а выход опорного сигнала О фильтра - с входом сложения +. Выходы разрядовреверсивного счетчика 10 и счетчика уточнения 5 соединены с входами арифметического устройства 11. Выход делителя 9 соединен с арифметическим устройством 11 и входом а второго хронизатора 7, выход а которого через схему задержки 12 соединен с входом разрешения записи арифметического устройства 11, выход в с входами установки О реверсивного счетчика 10, счетчика уточнения 5 и делителя 9 и выход с - со вторым входом схемы И 4.Работа устройства в качестве измерителя разности частоты входных сигналов основана на измерении разности фаз этих сигналов, определяемой как в целых периодах, так и в долях периода, за время измерения, состоящее из двух частей: одна часть есть начальное заранее выбранное число периодов опорной частоты п,(в случае использования в качестве делителя 9 т - разрядного двоичного счетчика целесообразно положить пой: поогде и2 а поо - 2Уохимии среднее число периодов опорной частоты за время измерения, если минимальная инфорУомационная частота 1 стмии= - , то 1=1),2вторая часть (Хп) - меняется от измерения2/гк измерению в пределахТо 21=- -- , (т. е. приЛ1=1 в пределах 2 То). Для повышения точности измерения псобходимо выбирать по 2 й. Для точного измерения фазы, измерение должно начинаться одновременно с начальным информационным импульсом и заканчиваться одновременно с конечным информационным импульсом, что легко обеспечивается только при синфазности опорного и информационного сигналов в момент времени, соответствующий начальному информационному импульсу.Таким образом измеряемая величина получается согласно формуле:Ьро - Ь;и Ь 9 о - ЬУи 2"деизм 2"То (по + Ьл) где пп - число целых периодов информационного и опорного сигналов за время измерения; 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 51 55 00 65 Лп - доля периода опорного сигнала кконцу измерения,Поскольку знаменатель в формуле (1) неявляется постоянной величиной, то делениена него осуществляется с помощью разложе 1ния дроби в ряд Тэйлора. Взяв дваТо(по + Ьп)первых члена разложения, формулу (1) можно переписать:и, - пи+ Ьл / Ьп- - - ) =1 по - и + Ьп / Ьл1 - (2)Т 2"2" )огде и, - и - содержимое реверсивного счетчика 10, Лп - содержимое счетчика уточнения5, поделенное на 2, где У - число разрядовэтого счетчика; гп - число разрядов делителя 9.В случае использования фазометра в качестве измерителя скорости, например, с двухчастотным лазерным интерферометром, измеряемая скорость =1, где Й - коэффициент пропорциональности. Выбирая отношениеА=10 о, где р - целое число, можно поТо 2"лучить отсчет измеряемой скорости в метрических единицах.Работа устройства в качестве измерителяразности частот происходит следующим образом.Опорный /о и информационный Усигналы (фиг, 2) поступают на формирователи 1и 2, которые в моменты перехода напряжений Уо и Учерез нуль формируют импульсы Ь, и Ь. Опорные импульсы поступают наумножитель 3, которыи умножает опорнуючастоту 1 о и 2" раз и выдает меандр lз. Дляобеспечения нормальной работы дискретногофильтра 8 в фазометре используется привязка опорных и информационных импульсов кразным фронтам импульсов умноженнойопорной частоты. Хронизатор 6 привязываетинформационный импульс к заднему фронтуумноженной опорной частоты и полученнуюпоследовательность О, подает на вход идискретного фильтра 8. Счетчик 5 срабатыва.ет от положительного фронта импульса, поступающего с умножителя 3, следовательно,опорные импульсы (с/о) привязаны к переднимфронтам выходных импульсов умножителя 3.коэффициент деления счетчика уточнения 5равен коэффициенту умножения умножителя, т. е. частота сигнала Уо на выходе старшего разряда счетчика уточнения равна частоте1 о входного опоРного сигнала.С выходов дискретного фильтра 8 на реверсивный счетчик 10 поступают импульсыЬ 8 о и У 8, имеющие частоту, равную разности частот сигналов, поступающих на его входы, пРичем пРи 1 )о частота У 8 Равна авив1 о, а частота У 8, - нулю, при 1,(, частотаУ 8, равна 1 о - 1 а частота в - нулю. Таким5 10 15 20 25 Зо 35 40 45 50 оо 5образом, при использовании дискретного фильтра п а реверсивпый счетчик поступают сигналы с частотой (1 о - ,), а в слУчае отсутствия фильтра они поступают с частотой (о+1 ),Отметим, что диаграммы на фиг. 2 построены для случая, когда У=т=2, к=1, Начало измерения связано с приходом импульсов последовательности От, которые устанавли. вают О в реверсивном счетчике 10, счетчике уточнения 5 и делителе 9. Установка О счетчика уточнения обеспечивает синфазность в этот момент времени информационного сигнала У, и вспомогательного опорного сигнала /5. С этого момента в реверсивном счетчике 10 надапливается разность ао - п 4 После поступления со счетчика уточнения 5 на делитель 9 24" - 1 импульсов во Всех разрядах делителя 9 будут 1 и па выходе делителя появляется сигнал Ь 9, который поступает на вход а второго хронизатора 7 и дает ему команду выделить из информационной последовательности 1.,1, два рядом стоящих импульса, первый из которых является конечным для текущего цикла измерения, а второй - начальным для следующего цикла измерения.Если в момент прихода конечного импульса цикла измерения выходной сигнал делителя 9 равен 1, то время этого цикла изме. рения меньше Т, 2" и Ьп=Ап - 1; если же в этот момент сигнал равен О, то время измерения больше Т, 2 и Ип=Ьп, Первый выделенный хронизатором 7 информационный импульс У 7 через задержку, равную времени установления показания в реверсивном счетчике 10 и счетчике уточнения 5, поступает на вход записи содержимого обоих счстчиков в регистр арифметического устройства 11. При этом с момента прихода конечного импульса и до прихода начального импульса с выхода с хронизатора 7 на вход схемы И 4 поступает сигнал, запрещающий прохождение импульсов с умножителя 3 на счетчик утоненпя 5. Как показано на фиг. 2, после прихода конецкого импульса 2 (0) в сстчике уточнения содержится число 0 (см. последовательность У 4), а после прихода конечного импульса 4 в счетчике уточнения содержптся чпсло 2. В первый цикл измерения (от импульса 1 (/7 до импульса 2 У;на реверсивный счетчик поступило два опорных импульса Ь таким образом за ВрЕМя То (3+1) раЗНОСтЬ ПрИрацЕНИй фаэ опорного и информационного сигналов составила 2 п (2+0). Во второй цикл измерения 6(от импульса 3 У 7 до импульса 4 07, на вход вычитания реверсивного счетчика 10 поступило три информационных импульса, следовательно, в старшем знаковом разряде этого счетчика содержится 1, которая дает команду переписать показания реверсивного счетчика и счетчика уточнения в обратном коде и считать их со знаком минус, таким образом за время Т, (3+0,5) разность приращений фаз составила - 2 л (2+0,25).Для работы устройства в режиме измерения разности фаз нужно установить в начальной точке измерения нулевое показание прибора, для этого необходимо дать возможность устройству совершить в этой точке хотя бы один цикл измеренпя частоты. При этом вспомогательная опорная последовательность ./5 окажется синфазной с информационной последовательностью 4.,6. После этого необходимо отключить все выходы хронизатора 7, а вход схемы задержки 12 соединить с выходом хронизатора 6, тем самым содерймое счетчиков 5 и 10 будет записываться в регистр арифметического устройства с каждым ппформационным импульсом. Формула изобретения Кумулятивный фазометр, содержащий формирователи, выход одного из которых соедипон с срвым хронизатором, реверсивный счетчик, счетчик уточнения и схему задержки, выходы которых подключены к арифметическому устройству, и второй хронизатор, один из выходов которого подключен к входу схемы задержки, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона и измерения разности частот входных сигналов, Он снабжен умножиелем, логической схемой И, дискреным фильтром, делиеле, пр 1 чем вход умножителя соединен с выходом второго формирователя, а выход - со вторым входом первого хропизатора и через логическую схему 11 с одним из входов счетчика уточнения, один пз ьыходов которого подк.почен к одному из входов дискрегного фильтра и через делиподклочепарифметическому устройству и к одному из входов второго хронпзатора, второй вход второго хронизаторг присоединен к выходу первого хропизатора и ВОрОМу ВХОду днспрЕтНОГО фИЛЬтра, ВтОрОЙ ВЬХОД ПОДКЛ 1 ОЧСН К ВтоРЫЫ ВХОДаМ РЕВЕРСИВ- наго счетчика уточнения и делителя, третий сго выход соединен со вторым входом логической схемы И, выходы дискретного фильтра соединены с Входами реверсивного счет-1 к а.500 Тираж 1029ого когиитета Совета Министроизойретений и открытийЖ, Раушская наб., д. 45