Цифровой фазометр

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1789893(22) Заявлено 1502,79 (21) 2725218/18-21с присоединением заявки Йо(51)М, Кл,6 01 й 25/08 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(71) Заявитель Красноярский политехнический институт(54) ЦИФРОВОИ ФАЗОМЕТР 1Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для построения широкодиапазонных цифровых фазометров с измерением за период сигнала.Известен цифровой фазометр с измерением эа период сигнала, основанный на преобразовании сдвига фаз в интервал времени и последующем заполнении интервала квантущими импульсами, полученными путем умножения частоты сигнала в 3610 или 18 10" раз (где и - целые числа),содержащий умножители с автоподстройкой частоты квантущего генератора и делитель частоты в цепи обратной связи 1).Однако, этот цифровой фазометр имеет ограниченный диапазон рабочих частот, определяемый пределами перестройки генератора.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является цифровой фаэометр, содержащий формирущие устройства, последовательно соединенные управляемый триггер, блок автоматики, индикаторный счетчик и блок формирования частоты квантования, кратной частоте сигнала, содержащий также подстраиваемый генератор, делитель частоты и элемент автоподстройки частоты, входы которого связаны с выходами одного из формирующих устройств и делите ля частоты, а выход - с управлящимвходом подстраиваемого генератора, выход которого подключен ко входу делителя частоты и блока автоматики 2 .10 Однако частота подстраиваемогогенератора в установившемся режиме равна Г, = КЕс, где К = 36 10" или 18 10" и определяется коэффициентом деления делителя частоты в цепи 15 обратной связи кольца автоподстройки частоты. Диапазон рабочих частот такого фазометра, перекрываемый без каких-либо коммутаций,составляет Г =/К, где тр - пре делы перестройки частоты подстраиваемого генератора. Кроме того,такому фазометру свойственно большое время прохождения в синхронизм перед началом измерения.25 Цель изобретения - расширениедиапазона рабочих частот и повышение быстродействия.Эта цель достигается тем, чтов цифровой фазометр, содержащий 30 входные формирователи, подключенные своими выходами к последовательно соединенным управляемому триггеру, блоку автоматики и индикаторному счетчику, а также подстраиваемый генератор, делитель частоты и элемент автоподстройки частоты, входы которого связаны с выходами второго входного формирователя и делителя частоты, а выход - с управляющим входом подстраиваемого генератора, введены узел цифрового умножения частоты, содержащий блок 10 Формирования управляющих импульсов, вход которого связан с выходом второго входного формирователя, последовательно соединенные счетчик,регистр памяти и элемент сравнения ко дов, подсоединенный выходом к блоку автоматики и входу делителя частоты, а также первый дополнительный делитель частоты, подключенный выходом ко входу счетчика, и второй допол- рр нительный делитель частоты, выходы разрядов которого подключены ко входам элемента сравнения кодов, а вход "сброс" - к выходу элемента сравнения кодов, при этом входы обоих дополнительных делителей частоты связаны с выходом подстраиваемого генератора, а выходы блока формирования управляющих импульсбв подключены ко входу "запись" регистра памяти и входам "сброс" счетчика и30 всех делителей частоты, также введен блок контроля и управления режимом, подключенный входом к выходу элемента автоподстройки частоты, а выходами - к управляющему входу 35 элемента автоподстройки частоты и блоку формирования управляющих импульсов.На фиг. 1 приведена структурнаясхема цифрового фазометра;на фиг.2 - 40временные диаграммы работы.Цифровой фазометр содержит входные формирователи 1 и 2, соединенные управляемый триггер 3, блок 4автоматики и индикаторный счетчик 5,блок б формирования управляющих импульсов, счетчик 7, регистр 8 памяти и элемент 9 сравнения кодов, первый 10 и второй 11 дополнительныеделители частоты и подстраиваемый Огенератор 12, элемент 13 автоподстройки частоты, делитель 14 частоты, атакже блок 15 контроля и управлениярежимом.Цифровой фаэометр работает следующим образом.В работе данного устройства можновыделить два режима - режим захватаи режим слежения, Рассмотрим работуустройства в режиме захвата,Импульсом начала первого периода 0сигнала запускается блок 6, сбраЛивающий счетчик 7 и делители 10, 11,14 частоты в нулевое состояние. Спомощью делителя 10 частоты с коэфФициентом деления К и счетчика 7 осу шествляется преобразование периода выходного сигнала в код с, равный целой части отношения. периода сигнала Тс к умноженному в К раз периоду частоты подстраиваемого генератора с= 1/Г: а = Г Тс /сК 1. Этот код соответствует числу импульсов частоты Г /К, подсчитанных счетчиком 7 за период сигнала. Импульсом начала второго периода это число записывается в регистр 8 памяти и в дальнейшем не изменяется, Одновременно прекращается поступление импульсов сброса с блока б на делители 11 и 14 частоты, Далее код регистра 8 памяти сравнивается с текущим кодом делителя 11 частоты и в момент их равенства на выходе элемента 9 сравнения кодов формируется импульс, снова сбрасывающий делитель 11 частоты в "0", Этот процесс идет циклически, в результате чего на выходе элемента 9 сравнения кодов за период сигнала появляется число импульсов, равное целой части отношения С Тс/ЧС, близкое к величине К.Эти импульсы делятся по частоте в К раз делителем 14 частоты, В результате, начиная со второго периода сигнала,на входы элемента 13 автоподстройки частоты с выхода формирователя 2 и делителя 14 частоты поступают близкие по частоте сигналы, лежащие в полосе захвата этого элемента При этом на выходе 13 автоподстройки частоты образуется соответствующее управляющее напряжение, которое подается на управляющий вход генератора 12.Под действием управляющего напряжения частота генератора уменьшается на величину К Г:ц КР, где л ц - знас фчение дробной части отношения периода сигнала к начальному периоду частоты задающего генератора Ъц : Т/с К, изменяющееся в пределах от "0" до "1".Установившееся значение частоты1генератора Г= Г- Гпри этомкратно частоте сигнала Гг = ЧКСоа астота импульсов на выходе элемента сравнения 9 кодов точно равна ьы = "сЧастота генератора 12 в данном фазометре всегда находится в пределах полосы захвата элемента 13 автоподстройки частоты, независимо от частоты входного сигнала. Это существенно сокращает время подготовки прибора к работе и обеспечивает автоматическое измерение сдвига фаэ в широком диапазоне частот.Рассмотрим работу устройства в режиме слежения за частотой сигнала.При этом код , записанный в регистре 8 памяти, остается неизменным и частота генератора 12 изменяется пропорционально частоте сигнала ГрКГ . При достижении границ перестройки генератора 12"Минг максслежения и в кольце автоподстройки частоты возникают биения, заканчивающиеся. синхронизацией системы на новой частоте генератора, Этой частоте соответствует новый код периода О,отличающийся от кода не менее чем на "1", В результате весь диапазон рабочих частот разбивается на ряд автоматически перекрываемых поддиапазонов, относительная ширина которых определяется пределами перестройки частоты генератора.Для исключения режима биений при переходе с одного поддиапазона на другой в состав фазометра введен блок 15 контроля и управления режимом. Этот блок следит за изменениями частоты Г, например, по величине управляющего напряжения. Если частота Гг достигает своего минимального, либо максимального значений, по команде с блока 15 слежение за частотой сигнала прекращается и частота генератора 12 принудительно устанавливается рав - ной ее среднему значению12( гмин гмас Далее в течение одного периода сигнала находится новое значение кода са, которое записывается в регистр 8 памяти, а затем снова замыкается кольцо обратной связи и элемент 13 автоподстройки частоты продолжает следить за частотой сигнала в новом поддиапазоне.Одновременно этот блок запрещает перезапись информации в регистр 8 памяти и сброс делителя 11 и 14 частоты в режиме слежения.Введение блока контроля и управления режима уменьшает время подготовки прибора к работе при автоматическом переходе с одного поддиапазона на другой.Минимально необходимые пределы перестройки подстраиваемого генератора 12 выбираются так, чтобы в наиболее высокочастотном поддиапазоне (- Г щ ) значенияемые на границе поддиапазона, отличались от значения ца, установленного на средней частоте поддиапазона Г 0, не менее чем на "1", т,е. Я 0 Ъ Чо + 1 Ч 6 Ч - 1. Толькопри этих условиях в устройстве возможен автоматический переход с одного поддиапазона на другой (см.фиг.29).Сформированная частота квантования Г = Г,= КГ (фиг.2 ) поступает на блок автоматики, где втечение одного периода происходитквантование временного интервала,15 20 25 30 35 40 45 50 55 бО 65 пропорционального измеряемому.сдвигу фаз,Таким образом, введение новых элементов и связей обеспечивает автоматическое измерение сдвига фаз за период сигнала в широком диапазоне частот, не ограничиваемом в отличие от известного устройства пределами перестройки частоты подстраиваемого генератора. Максимальное значение частоты сигнала и соответственно подстраиваемого генератора определяются быстродействием используемой элементной базы.Формула изобретения Цифровой фазометр, содержащийвходные формирователи, подключенныесвоими выходами к последовательносоединенным управляемому триггеру,блоку автоматики и индикаторномусчетчику, а также подстраиваемый генератор, делитель частоты и элементавтоподстройки частоты, входы которого связаны с выходами второго входного формирователя и делителя частоты, а выход - с управляющим входомподстраиваемого генератора, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюрасширения диапазона рабочих частоти повышения быстродействия, в неговведены узел цифрового умножениячастоты, содержащий блок формирования управляющих импульсов, вход которого связан с выходом второго входного формирователя, последовательносоединенные счетчик, регистр памятии элемент сравнения кодов, подсоединенный по выходу к блоку автоматикии входу делителя частоты, а такжепервый дополнительный делитель частоты, подключенный выходом ко входусчетчика, и второй дополнительныйделитель частоты, выходы разрядов которого подключены ко входам элемента сравнения кодов, а вход "сброс"к выходу элемента сравнения кодов,при этом входы обоих дополнительныхделителей частоты связаны с выходомподстраиваемого генератора, а выходы блока формирования управляющихимпульсов подключены ко входу "запись" регистра памяти и входам"сброс" всех делителей частоты исчетчика, также введен блок контроляи управления режимом, подключенныйвходом к выходу элемента автоподстройки частоты, а выходами - к управ-ляющему входу элемента автоподстройки частоты и блоку формирования управляющих импульсов.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Смирнов П.Т, Цифровые фазометры, "Энергия", 1974, с. 19.2. Мусонов В.М. и др, Новые идеив построении цифровых фаэометров иэпреобразования частоты. Фазоизмерительные системы и устройства, Томск1974, с. 90789893 ь А. Стар аврилешко оставит ехред Е тинаКоррект О.Ковинская дактор О. Малец Закаэ 9033 ное ССР г/5 П "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная фили Тираж 1019 ВНИИПИ Государствен по делам иэобрете 35, Москва, Ж, РПодп омитета открытия наб.,