Аналого-цифровой преобразователь сдвига фаз

ОП ИСАЙМ ИЗОБРЕТЕН ИЯюллетень 2 Чо 46ания 25.12.80 УДК 681.325088.8) убликовано 15.12.8 по делам изобретени рытии а опубликования оп(72) Авторы изобретени А. Смагин, Н. П. Смирнова и Е. Ф. Трифоно енский завод ВТУЗ при заводе ВЭМ (филиал Пензенско политехнического института) 71) Заявите ЗОВАТЕЛЬриода Т, и време зные периоды иссл Цель изобретенияической погреш иост ет уменьшения вр одного периода нного интервала Т, в едуемого сигнала.- уменьшение дина- и преобразования за емени преобразования исследуемого сигнала. Изобретение относится к аналого-цифровой технике и может быть использовано в устройствах преобразования сдвига фаз двух электрических сигналов в цифровой код.Известно устройство, содержащее счетчик и два формирователя управляющих импульсов, входы которых соединены с входными клеммами, выходы их подключены ко входам устройства выбора режима, два ключа периода Тх и временного интервала входы которых соединены с выходом генератора образцовой частоты, а управляющие входы последних соединены с выходами устройства выбора режима. В этом устройстве предварительно измеряют период исследуемого напряжения путем заполнения его импульсами постоянной частоты, а затем, изменяя коэффициент счета в соответствии с полученным значением, подсчитывают число импульсов постоянной частоты за интервал времени, пропорциональный преобразуемому сдвигу фаз р 1.Однако такое устройство обладает динамической погрешностью при измерении сдвига фаз изменяющихся во времени исследуемого и опорного сигналов за счет измерения Цель достигается тем, что в аналогоцифровой преобразователь сдвига фаз, содержащий первый и второй счетчики, два о формирователя, выходы которых подключены к входам блока выбора режима, два ключа периода и временного сдвига, входы которых соединены с выходом генератора образцовой частоты, управляющие входы которых соединены с первым и вторым выходами блока выбора режима, а выходы - соответственно с входами первого и второго счетчиков, введены элементы И, включенныс между выходами первого и входами второ.го счетчиков и управляющие входы которых соединены соответственно с третьим выходом блока выбора режима и выходом второго счетчика, и блок функционального преобразования частотного сигнала, вход которого соединен с выходом второго счетчика.1 О 1 Ю яо 25 зо зз де аз На фиг, 1 приведена структурная схемааналого-цифрового преобразователя сдвигафаз; на фиг. 2 - графики зависимостиср= 1(Тх) при различных значенияхТ; нафиг, 3 - временные диаграммы работы преобразователя,Преобразователь содержит генератор 1стабильной частоты, ключ 2 временного сдвига, ключ 3 периода, формирователи 4 и 5импульсов исследуемого и опорного сигналов,блок 6 выбора режима, двоичный делитель 7частоты, состояший из счетчика 8 импульсов интервала, элементов И 9, счетчика 10,а также блок 11 функционального преобразования частотного сигнала, состоящий издвоичного умножителя 12 частоты, счетчика 13 результата и блока 14 задания начальных точек аппроксимации,Работа предлагаемого преобразователяоснована на цифровом измерении интервала времени Сх, пропорционального сдвигуфаз верхи, считая интервалСх известным вфункцйи его величины, производят аппроксимацию гиперболической зависимости у= - "экспоненциальными участками.Например, (см. фиг. 2) вначале определяется Е, и, считая его известным в функции его величины, аппроксимируют гиперболическую зависимость р= " В моментокончания периода Тснимается код сдвигафаз р,.В исходном состоянии ключи 2 и 3 закрыты (см. фиг. 3), счетчики 8 и 1 О находятся в нулевом состоянии, в управляющийсчетчик двоичного умножителя 12 записанонекоторое число М, определяемое диапазоном и точностью аппроксимации, в счетчик13 результата занесено число М, , соответствующее максимальному значению измеряемого сдвига фаз р,Работа преобразователя осуществляетсяследуюшим образом,На входы формирователей 4 и 5 поступают напряжения исследуемого и опорногосигналов (см. фиг, За.). На выходе этихформирователей вырабатываются управляющие импульсы напряжения, время появления которых синфазно с моментами переходов этих напряжений через нуль.В первом цикле работы преобразователяпри поступлении на вход блока 6 импульсовс выходов формирователей 4 и 5 на выходеэтого устройства появляется импульс, который открывает ключ 2 на интервал времени сх, пропорциональный измеряемому сдвигу фаз р. За время открытого состоянияключа 2 на вход счетчика 8 поступает число импульсов М (см. фиг. 3 б), пропорциональное интервалу времени 3.к,1)А = х/ (1)где 1 о - период сигнала генератора 1 образцовой частоты.Одновременно с закрытием ключа 2 блок6 вырабатывает сигнал на открытие ключа 3периода исследуемого сигнала и сигнал на элемент И 9, по которому число Я из счетчика 8 переписывается в обратном коде в счетчик 10, С появлением следующего импульса 0 на выходе формирователя 4 ключ 3 закрывается, а ключ 2 открывается и цикл пре бразования повторится. За время открытого состояния ключа 3, равного (Т=Х) (см. фиг. Зь), на вход счетчика 10 двоичного делителя 7 будут поступать импульсы с генератора 1 с периодом 1 о. При поступлении в счетчик 10 числа импульсов с периодом 1 о, равного Х, на его выходе формируется импульс частоты 11, который поступает на двоичный умножитель 12 частоты. Одновременно по этому импульсу через элементы И 9 число Х из счетчика 8 в обратном коде переписывается в счетчик 10, т.е. в счетчик 10 заносится число Мо - 1 М, где 1 Че - числовая емкость каждого из счетчиков 8 и 10.Таким образом, на выходе двоичного делителя 7 формируются импульсы с частотой11 = -йфСоС учетом выражения (1) частота1, =1 Импульсы частоты 11 поступают на вход блока 11 функционального преобразования частотного сигнала. В качестве узла, воспроизводящего экспоненциальную зависимость частоты в функции времени 1, используется двоичный умножитель 12 частоты, охваченный отрицательной обратной связью. Как известно, двоичный умножитель частоты включает в себя управляюший счетчик, пересчетную схему, набор импульсно-потенциальных ключей по числу разрядов счетчика и элемент ИЛИ. Если в данном разряде управляющего счетчика записана 1, то управляемый им ключ 2 открыт и на элемент ИЛИ проходит соответствующая серия импульсов с пере- счетной схемы. Таким образом, частота 1) импульсов на выходе схемы ИЛИ в каждый момент времени определяется кодом управляюшего счетчика. Закон изменения частоты на выходе двоичного умножителя 12, охваченного отрицательной обратной связью, представляется следующим образом:1 й) Е,С ф 4 сч уЙмИ) где Ясч - числовая емкость управляюшегосчетчика двоичного умножителя;т - текущее время. В данном случае принимаем значение 11 в течение времени (Тх - Т) постоянной,Импульсы частоты 1) поступают (см. фиг. 3 г) на вычитаюшие входы управляющего счетчика двоичного умножителя 12 и счетчика 13 результата в течение интервала (Т - Т). исло импульсов, зафиксиро788376 Формула изобретения ванное счетчиком 13 результата к концуизмерения определяется как хсвих = МчаесЕВ)(ЙЕхПодставив в это выражение значение частоты (1) из (3), получим 11 ььх= 11 иакс+ 11 н 1- 1 1 (4) 0 При накоплении в счетчике 13 результата заранее заданного числа импульсов, соответствующего одной из начальных точек аппроксимации, блок 14 задания начальных точек аппроксимации переводит управляющий счетчик двоичного умножителя 12 в 1 новое состояние Мн, соответствующее началу аппроксимирования нового участка гиперболической функцииС20Из соотношения (4) видно, что выбирая соответствующим образом значенияи 1 Ч можно получать код сдвига фаз непосредственно в градусах или радианах.Предлагаемое устройство может использоваться в качестве лабораторного измерительного прибора, а также в качестве блока в цифровых системах обработки информации и автоматического контроля. При использовании предлагаемого преобразователя уменьшается динамическая погрешность за счет 30 сокращения времени преобразования до одного периода исследуемого сигнала. Аналого-цифровой преобразователь сдвига фаз, содержащий первый и второй счетчики, два формирователя, выходы которых подключены к входам. блока выбора режима, два ключа периода и временного сдвига, входы которых соединены с выходом генератора образцовой частоты, управляющие входы которых соединены с первым и вторым выходами блока выбора режима, а выходы - соответственно с входами первого и второго счетчиков, отличающийся тем, что с целью уменьшения динамической погрешности преобразования за счет уменьшения времени преобразования до одного периода исследуемого сигнала, в него введены элементы И, включенные между выходами первого и входами второго счетчиков и управляющие входы которых соединены соответственно с третьим выходом блока выбора режима и выходом второго счетчика, и блок функционального преобразования частотного сигнала, вход которого соединен с выходом второго счетчика,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР Мо 223474, кл. Н 03 К 13/20, 1968 (прототип).Государс елам изоб сква, Ж -Патент, ВНИИП по 113035, М Филиал ПППСоставитель В. Солодовахред А. Бойкас Корректор М. Кост раж 995 Подписное твенного комитета СССР ретений и открытий 35, Раушская наб д. 4/5 г. Ужгород, ул. Проектная,