Помехоустойчивый цифровой фазометр

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик и 11 002979(22) Заявлено 15. 06. 79 (21) 2779596/18-21с присоединением заявки Нов(23) Приоритет -Опубликовано 070183. Бюллетень Мо 9 511 М. Кп.з 6 01 В 25/00 1 осударственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 07.03.83(54 ) ПОМЕХОУСТОЙЧИВЫЙ ЦИФРОВОЙ ФАЗОИЕТР Изобретение относится к фазометриии может использоваться при проведенииизмерений в условиях помех,Известен помехоустойчивый цифровойфазометр, содержащийтриггерный пре-образователь аналог-код, включающийв себе формирующие устройства, управляемый триггер, квантующий генератор,делитель частоты, триггер, ключевыесхемы, счетчик, узел управления фор-мирователем, содержащий три триггераи ключевую схему, блок анализа области значений измеряемого сдвигафаз, содержащий элементы совпадения,ключевой элемент и элемент ИЛИ, триггер и узел коррекции результатов измерения, состоящий из элемента совпадений и ключевой схемы13.Недостатком этого помехоустой-.чивого цифрового фазометра являетсяего относительно высокая сложность,относительно низкое быстродействие,а также невозможнбсть его использования для измерения фазовых сдвиговузкополосных случайных процессов.Известен помехоустойчивый цифровойфазометр,содержащий первый и второйдискримийаторы полярности, входы которых .соединены соответственно с первым и вторым входами помехоустойчивого цифрового фазометра, генераторопорных импульсов, первый и второйэлементы совпадения, триггер, блокусреднения и блок регистрации, входикоторого соединены с выходами блокаусреднения 2 3.Недостатками известного помехоустойчивого"цифрового фазометра являютсянизкое быстродействие измерения и относительно низкая точность измерения вусловиях помех.Целью изобретения является повышение точности и быстродействия.Поставленная цель достигаетсятем, что в помехоустойчивый цифровойфазометрдсодержащий первый и второйпискримийаторы полярности, генерагор опорных импульсов, первый и второй элементы совпадения, триггер,блок усреднения и блок регистрации,входы которого соединены с выходамиблока усреднения, введены умножительчастоты, делитель частоты, формирова-тель, первый и второй счетчики, ре.25,гистр сдвига и первый и второй элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, причем йервыевходы первого и второго элементов ИС:- .КЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с выходомпервого дискриминатора полярности, 30 второй вход первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с выходом второгодискриминатора полярности и информационным входом регистра сдвига,выход которого соединен с вторымвходом второго элемента ИКЛЮЧА 10 ЦЕЕИЛИ, выходы первого и второго элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с пеоВымивходами соответственно первогои второго элементов совпадения, вторые входы которых соединены с тактовым входом регистра сдвига, выходомумножителя частоты и входом делителячастоты, выход которого соединен с входом формирователя, управляющим входом умножителя частоты и тактовым входом блока усреднения, информационные входы которого соединены с выходами первого счетчика, счетный вход которого соединен с выходом первого элемента совпадения, знаковый вход блока усреднения соединен с выходом триггера, информационный вход 20 которого соединен с выходом переноса второго счетчика, счетный вход которого соединен с выходом второго элемента совпадения, выход формирователя соединен с входами сброса первого и 25 второго счетчиков, триггера и управляющим входом блока усреднения, выход генератора опорных импульсов соединен с тактовым входом умножителя частоты.Умножитель частоты содержит раз- З 0 ностный счетчик и вычитающий счетчик с регулируемым коэффициентом пересчета, управляющие входы которого соединены с выходами, разностного счетчика, .входы вычитания и суммирования которого являются соответственно информационным и управляющим входами умножителя частоты, выход которого является выходом вычитающего счетчика с регулируемым коэффициентом пересчета, тактовый вход которого является тактовым входом умножителя частоты.Блок усреднения содержит комбинационный сумматор, регистр, сдвига- тель кодов и вспомогательный дели тель, выход которого является управляющим выходом блока усреднения, который соединен с входом сброса регистра, информационные входы которого соединены с выходами комбинацион ного сумматора, знаковый вход и первая группа входов котррого являются соответственно знаковым и информационными входами блока усреднения, тактовый вход которого является тактовым 55 входом регистра, управляющий вход блока усреднения является счетным входом вспомогательного делителя, выходы регистра соединены с второй группой входов комбинационного сумматора и входами сдвигателя кодов, выходы которого являются выходами блока усреднения.На чертеже показана структурная схема помехоустойчивого цифрового фазометра. 65 Помехоустойчивый цифровой фазометр содержит первый 1 и второй 2 дискриминаторы полярности, генератор 3 опорных импульсов, первый 4 и второй 5 элементы совпадения, триггер 6, блок 7 усреднения и блок 8 регистрации, умножитель 9 частоты, делитель 10 частоты, формирователь 11, первый 12 и второй 13 счетчики, регистр 14 сдвига и первый 15 и второй 16 элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, умножитель 9 частоты содержит разностный счетчик 17 и вычитающий счетчик 18 с регулируемым коэффициентом пересчета.Блок 7 усреднения содержит комбинационный сумматор 19, регистр 20, сдвигатель 21 кодов и вспомогательный делитель 22.Помехоустойчивый цифровой фазометр работает следующим образом.Исследуемые сигналы, сдвиг фаз между которыми следует определить, подаются на первый и второй входы устройства. На управляющий вход помехоустойчивого цифрового фазометра подается сигнал с частотой исследуемых сигналов Еоп . Если хотя бы один из исследуемых сигналов не содержит случайной составляющей, характеризующей воздействие помехи, в качестве опорного сигнала можно использовать выходной сигнал дискриминатора полярности, вход которого соединен с входом, на который подан исследуемый сигнал без случайной составляющей.Если это условие не выполняется, например, если проводится измерение сдвига фаз между узкополосными случайными сигналами, поступающими от виброакселерометров, установленных на исследуемом вращающемся объекте, в качестве опорного сигнала можно ис- . пользовать сигнал от датчика оборотной частоты, установленного на объекте, Умножитель 9 частоты обеспечивает получение на его выходе равномерно распределенных импульсов с частотой, в М раз превышающей опорную частоту на его информационном входе, причем М определяется частотой сигналов, поступающих на управляющий вход умножителя 9 частоты с выхода делителя 10 частоты, которая в й раз меньше частоты импульсов на выходе умножителя 9 частоты. Таким Образом, коэффициент умножения й равен коэффициенту деления частоты 10 делителя.В установившемся режиме частота импульсов на обоих входах разностного счетчика 17 одинакова и код, зафиксированный этим счетчиком на его выходах и определяющий коэффициент деления вычитающего счетчика 18, не изменяется. Если частота опорных импульсов увеличится уменьшится ), код на выходах разностного счетчика уменьшится ( увеличится ), чтовызовет увеличение ( уменьшение ) частоты импульсов на выходе вычитающего счетчика 18, так как уменьшаетсяувеличивается ) его коэффициент деления. Это обеспечивает увеличениеуменьшение ) частоты импульсов на выходе делителя 10, и устройство переходит в установившийся режим рабо ты. Коэффициент деления частоты импульсов делителя 10 определяет точность определения фазового сдвига и 10 равен М:, где дЧ- дискретность опЛЧр.деления оценки фазового сдвига в радианной мере.Аналогично для получения оценки 15180в градусной мере й:, где аЧ -ЬЧдискретность определения оценки фазового сдвига в градусной мере.Например, если оценка фазового 2 О сдвига проводится с точностью дискретностью ) в 1 , то коэффициент деления делителя 10 й = 180. Коэффициент пересчета первого счетчика 12 должен превышать Й, а коэффициент пересчета второго счетчка 13 и длина количество разрядов ) регистра 14 сдвига должны быть равны й 2Исследуемые сигналы с выходов первого 1 и второго 2 дискриминаторов полярности поступают на входы первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15, который обеспечивает выделение моментов времени, характеризующихся разной полярностью исследуемых сигналов,З 5 что приводит к появлению единичного логического сигнала на выходе первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15. Этот единичный логический сигнал, поступая на вход первого элемента 4 совпадения, разрешает прохождение через него импульсов с выхода умно- жителя 9 частоты, которые считают-ся первым счетчиком 12. Так как измерение оценки фазового сдвига подводится в течение полупериода, в счет чике 12 фиксируется код, характеризующий длительность несовпадения знаков входных сигналов в относительных единицах, т.е. по существу модуль фазового сдвига Унезависимо от 50 последовательности переходов исследуемых сигналов через нулевое значение.Логический сигнал с выхода одного из дискриминаторов 1 полярности по дается на первый вход второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16, на второй вход которого подается логический сигнал с выхода второго дискриминатора полярности, задержанный на четверть периода регистра 14 сдвига. Выходной сигнал второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 управляет вторым элементом совпадения, который обеспечивает пропускание импульсов с выхода умножителя 9 частоты на счетный 65 вход второго счетчика 13, причем, если за время получения данной оценки фазового сдвига на его вход поступит более Й/2 импульсов, на выходе этого счетчика формируется сигнал переноса, который перебрасывает триггер 6, выходной сигнал кОторого характеризует знак получаемой оценки фазового сдвига. Получаемые оценки модуля фазового сдвига с учетом знака накапливаются в регистре 20 блока 7 усреднения путем суммирования с ранее накопленными результатами с помощью сумматора 19.Каждая оценка фазового сдвига начинается и оканчивается появлением сигнала на выходе делителя 10, по которому проводится запись в регистр 20 очередного значения суммы и запуск формирователя 11 импульса, который обеспечивает формирование импульса сброса счетчиков 12 и 13 и триггера 6. Этот импульс также уве- . личивает на единицу состояние вспомогательного делителя 22, коэффициент деления которого равен числу усредняемых оценок и по достижении этого числа на выходе вспомогатель,ного делителя 22 появляется сигнал, разрешающий считывание информации в блок 8 регистрации, а по заднему фронту - очистку регистра 20, Так как число устраняемых оценок удобно выбрать из ряда 2, 4, 8, 16 и т,д т,е. целой степени числа 2, операция деления, необходимая для получения среднего значения, сводится к сдвигу кода, для чего используется сдвига- тель 21 кодов.Помехоустойчивый цифровой фазометр обеспечивает получение одиночных и усредненных оценок фазового сдвига сигналов независимо от последовательности их переходов через ну левые значения из-за воздействия по,мех, что обеспечивает проведения изМерений фазовых сдвигов сигналов в присутствии шумов, в частности узкополосных случайных сигналов, при относительно небольших аппаратурных затратах.Формула изобретения1. Помехоустойчивый цифровой фа- . зометр, содержащий первый и второй дискриминаторы полярности, генератор опорных импульсов, первый и второй элементы совпадения, триггер, блок усреднения и блок регистрации, входы которого соединены с выходами блока усреднения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, он снабжен умножителем частоты, делителем частоты, формирователем, первым и вторым счет чиком, регистром сдвига, первым и вторым элементом. ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, 1002979причем первые входы первого и второго элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с выходом первого дискриминатора полярности, второй вход первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с выходом второго дискриминатора полярности и информационным входом регистра сдвига, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы первого и вто- рого элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ сое динены с первыми, входами соответственно первого и второго элементов совпадения, вторые входы которых соединены с тактовым входом регистра сдвига, выходом умножителя частоты и 5 входом делителя частоты, выход которого соединен с входом формирователя, управляющим входом умножителя частаты и тактовым входом блока усреднения, информационные входы которого соеди иены с выходами первого счетчика, счетный вход которого соединен с выходом первого элемента совпадения, знаковый вход блока усреднения соединен с выходом триггера, информационный вход которого соединен с выходом переноса второго счетчика, счетный вход которого соединен с выходом второго элемента совпадения, выход формирователя соединен с входами сброса первого и второго счетчиков, триггера и управ- ЗО ляющим входом блока усреднения, выход генератора опорных импульсов соединен с тактовым входом умножителя частоты.2. Фазометр по п.1, о т л,и ч .а ющ и й с я, тем, что умножитель часто. ты содержит разностный счетчик и вычитающий счетчик с регулиремым коэффициентом, пересчета, управляющие входыкоторого соединены с выходами разностного счетчика, входы вычитания исуммирования которого являются соответственно информационным и управляющим входами умножителя частоты, выходкоторого является выходом вычитающего счетчика с регулируемым коэффициентом пересчета, тактовый вход которого является тактовым входом умножителя частоты.3. Фазометр по.п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что блок усреднениясодержит комбинационный сумматор,регистр, сдвигатель кодов и вспомогательный делитель, выход которого является управляющим выходом блокаусреднения, который соединен с входом сброса регистра, информационныевходы которого соединены с выходамикомбинационного сумматора, знаковыйвход и первая группа входов которого являются соответственно знаковыми информационным входами блока усреднения, тактовый вход которого является тактовым входом регистра, управляющий вход блока усреднения является счетным входом вспомогательногоделителя, выходы регистра соединеныс второй группой входов комбинированного сумматора и входами сдвигателякодов, выходы которого являются выходами блока усреднения,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 421947, кл. 6 01 й 25/00, 1972.2, Контрольно-измерительная техника. Львов,"Вища школа", 1976,с. 116-121.1002979 Составитель И.БарашковРедактор И.Николайчук Техред Е.Харитончик Корректор С.Шекма но илиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная Закаэ 1541/27 . Тираж 708 ВНИИПИ Государственного комит по делам иэобретений и откр 113035, Яосква, Ж, Раушская