Адаптивный цифровой фазометр

Вз Союз Совет кихС оц их иалистическРеспублик ИДЕУЕЛЬСТВ к авт. свид-ву С 01 8 25/О ки Мо Государствеииый коми СССР до делам изобретеии и открытий(54 ИВНЫЙ ЦИФРОВОЙ ФАЗОИЕТ Изобретение от ной технике и мож для измерения с п и быстродействием между двумя перио при наличии аддит мехи. ходом генератора высокой частоты и с выходом триггера. Фазометр автоматически производит заранее заданное число замеров Фазового сдвига (в течение заданного числа периодов входных сигналов), выполняя одновременно деление результата каждого замера на их число и накапливая, сумму частных Г 23Недостатки устройства состоят в евысоких точности и быстродействии, то обусловлено сильной зависимостью тносительной погрешности измерения от измеряемой величины, причем эта огрешность резко возрастает с уменьением измеряемого сдвига фаз.Цель изобретения - повышение точности и быстродействия.Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее счетчик, преобразователь Фазового сдвига в цлительность импульсов, выход которого соединен со входом блока выделения заднего Фронта и с первым входом первого элемента И, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходом генератора и с первым выходом первого триггера, введены второй триггер, второй и третий элементы И, ключ, элемент задержки, цифроп Ш оч Харьковский инженерноинститут росится к измерительт быть использовановышенной точностьюфазового сдвигаическими сигналами 5вной случайной поИзвестно устройство, в котором измерение сдвига фаз производится многократно (в каждом из нескольких пе риодов входных сигналов) с последующим определением среднего арифметического результатов замеров, содержащее два Формирователя, выходы которых соединены со входами триггера, 15 подключенного нулевым входом к управляющему входу ключа, импульсный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход - со входом счетчика 11, 20Недостатком его является недостат ная точность измерения.Известен также цифровой фазометр, содержащий счетчик и преобразователь фазового сдвига между двумя входными 25 сигналами, выход которого соединен со входом схемы выделения заданного фронта сигнала и с первым входом элемента И, второй и третий входы кото.рого соединены соответственно с вы О 1) 2697356/18-21 (51) М роительный институт и Харьковскийисэлектраники788031 10 вой компаратор, логический узел, реверсивный счетчик и регистр, выходыкоторого являются, выходами устройства, причем выход первого элемента Исоединен со счетным входом счетчика,выход генератора подключен к первомувходу второго .элемента И, второй вход которого объединен с первым входомтретьего элемента И и подсоединен квыходу второго триггера, а третийвход объединен с первым входом ключаи соедииен со вторым выходом первоготриггера, при этом его выход соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика, суммирующий вход которого подключен к выходу блока выделения заднего Фронта, подключенного через эле мент задержки ко второму входу третьего элемента И, а выходы - к входамлогического узла, первый выход которого соединен с третьим входом третьего элемента И, подключенного выходомко второму входу первого триггера ик первому входу регистра, второй выход соединен со вторым входом ключа,подключенного выходом ко второму входу регистра, а третий выход логического узла соединен с первым входом второго триггера и сбросовым входом счетчика, выходы которого соединены с раэрядными входами регистра и входами цифрового компаратора, соединенноговыходом со вторьм входом второгот иггера,На чертеже приведена блок-схема устройства.Устройство содержит преобразователь базового сдвига в длительностьимпульсов 1, генератор квантующих импульсов 2, счетчик Зф, первый, второйи третий элементы И 4, 5, б, первыйи второй триггеры 7, 8, блок 9 выделения заднего Фронта, элемент задержки 10, ключ 11, реверсивный счетчик12, цифровой компаратор 13, логический узел 14 (буквами А, В, С обозначены ее первый, второй и третий выходысоответственно) и регистр 15 (буква 45ми Е и Д обозначены его первый и второй входы соответственно).Фазометр работает следующим образом.В исходном состоянии триггер 7 установлен в единицу, а триггер 8 - внуль, при этом на первых входах элементов И 5 и И б и на третьем входеэлемента И 4 единичный сигнал отсутствует; счетчик 3 и реверсивный счет-чик 12 установлены в нуль; цифровой 55компаратор 13 настроен на срабатывание (выработку выходного импульса)при выбранном числе М ,Принцип работы устройства состоитв том, что пачки импульсов стабиль Оной частоты, формируемые на выходеэлемента И 4 в интервалах времени,соответствующих сдвигу фаз в каждомиз периодов входных сигналов (т. е.во время выходных прямоугольных им пульсов преобразователя 1), поступают на счетчик 3 до тех пор, пока не выполнятся два условия; неравенство ММф (1) (т, е,суммарное число импульсов пачек не меньше заранее заданного числа), число просуммированных пачек импульсов (ииаче число отдельных замеров разности фаз или число периодов входных сигналов, в течение которых ведется измерение) представляет собой целую степень числа 2.Фаэометр может находиться в одном иэ трех режимов, второй из которых имеет два подрежима. Режим работы определяется состояниями триггеров 7 и 8, Обозначим эти состояния через Т и ТВ соответственно. 1, Исхоное состояние Т = 1,тТВ=О2,1. Режим накопления Т = О,И2.2. Режим накопления Т = О,Т = 1,Я3. Режим деления Тт = 1, Т = 1,Режимы работы схемы сменяют другдруга в указанной последовательности,после режима деления схема переходитв исходное состояние.Пуск схемы осуществляется подачейимпульса на первый (нулевой) входтриггера. После опрокидывания этоготриггера импульсы с выхода генератораквантующих импульсов 2 начинают проходить.на счетный вход счетчика 3 винтервалах времени, когда на выходепреобразователя 1 поддерживается высокий потенциал. В конце каждого такого интервала (в моменты снятия высокого потенциала с выхода преобразо.вателя 1) возникает импульс на выходе блока 9. Эти импульсы суммируютсяреверсивным счетчиком 12, через элемент И б они не проходят, пока отсутствует единичный сигнал хотя бы наодном из остальных его входов, Таким образом, счетчик 3 накапливаетсумму Й Ч, а реверсивный счетчик12 фиксирует соответствующую величину и.В момент, когда достигается равенство М = М, возникает импульс на выходе цифрового компаратора 13, опрокидывающий триггер 8. Отметим, что номер пачки импульсов, при обработкекоторой это произойдет, будет обратнопропорционален измеряемому сдвигу фази прямо пропорционален величине М.Таким образом, точность измерений растет с ростом М , эта величина можетбыть выбрана так, чтобы при любомзначении измеряемой величины относительная погрешность измерения. не превышала допустимой. При конкретномвыборе числа М+ следует учитывать,зависимость абсолютной ошибки отизмеряемой величины,Если оказывается, что номер пачки,приподсчете импульсов которой былодостигнуто указанное равенство, отвечает условию и = 2 при М = О, 1, 2Кто после окончания подсчета импульсовэтой пачки счетчиком 3 на выходе Алогического узла 14 устанавливаетсяединичный сигнал и импульс с выходаблока 9, задержанный элементом 10,пройдет через открытый теперь элементИ б, устанавливая триггер 7 и передавая содержимое счетчика 3 в регистр15. Поступление импульсов на входсчетчика 3 прекращается. ОЕсли же отмеченное условие не выполняется, суммирование новых пачекимпульсов будет продолжаться последостижения равенства, т. е. послеопрокидывания триггера 8 до тех пор, 15пока на выходе А логического узла 14не появится единичный сигнал, открывающий путь импульсу с выхода блока9 через элемент 10 и элемент И б наединичный вход триггера 9 и, вход Е 20регистра 15,В момент возврата триггера 7 в исходное единичное состояние режим накопления заканчивается, и начинаетсярежим деления содержимого регистра 15на содержимое реверсивного счетчика12. Этот режим оканчивается в моментвозврата в исходное нулевое состояниетриггера 8.В режиме деления, когда Т 7 = 1,,Т 8 -- 1, импульсы с выхода гейератора2 поступают через элемент И 5 на вычитающий вход реверсивного счетчика12. При этом каждый раз, когда насчетчике 12 будет фиксироваться число,отвечающее отмеченному условию, будетформироваться импульс на выходе В логического узла 14, поступающий черезоткрытый теперь (т. е. после опрокидывания триггера 7) ключ 11 на сдвиговый вход Д регистра 15, а в момент 40перехода счетчика 12 в исходное нулевое состояние формируется импульс навыходе С узла 14, устанавливающий висходное состояние счетчик 3 и триггер 8, после этого в исходном состоянии оказываются все элементы схемы заисключением регистра 15, фиксирующегорезультат измерения, вычисленный поФормуле 9 =Ч причем значение иопределяется устройством автоматически как минимальное целое положительное число, т, е, растущее при уменьшении измеряемой величины.Повышение точности и сокращениевремени измерения, достигаемые прииспользовании предложенного устройства, позволит повысить эффективность метрологических служб и эфЬект явность систем управления, использующих фазоимпульсное представление вели пи.ы.Формула изобретенияАдаптивный цифровой фазометр, содержащий счетчик, преобразователь фазового .сдвига в длительность импульсов, выход которого соединен со входом блока выделения заднего Фронта и с первым входом первого элемента И, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходом генератора и с первым выходом первого триггера, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него дополнительно введены второй триггер, второй и третий элементы И, ключ, элемент задержки, цифровой компаратор, логический узел, реверсивный счетчик и регистр, выходы которого являются выходами устройства, причем выход первого элемента И соединен со счетным входом счетчика, выход генератора подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого объединен с первым входом третьего элемента И и подсоединен к выходу второго триггера, а третий вход объединен с первым входом ключа и соединен со вторым выходом первого триггера, при этом его выход соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика, суммирующий вход которого подключен к выходу блока выделения заднего фронта, подключенного через элемент задержки ко второму входу третьего элементаИ, а выходы - к входам логическогоузла, первый выход которого соединенс третьим входом третьего элемента И,подключенного выходом ко входу первого триггера и к первому входу регистра, второй выход соединен со вторымвходом ключа, подключенного выходомко второму входу регистра, а третийвыход логического узла соединен с первым входом второго триггера и сбросовым входом счетчика, выходы которогосоединены с разрядными входами регистра и входами цифрового компаратора,соединенного выходом со вторым входом второго триггера.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 402827, кл. С 01 В 25/00, 1977.2, Авторское свидетельство СССРР 216841, кл. С 01 й 25/00, 1966.7880.31. Выхог рректор Н, Швцдка Реда Заказ 8344/5 лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Составитель М, Клыкр Н. Кешеля Техред Н.Бабурка Тираж 1019 ВНИИПИ Государственного по делам иэобретени 3035, Москва, Ж, РаушПодписное комитета СССР и открытий окая наб., д. 4/5