Цифровой фазометр

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ИЕ. И 1) З(51) С 01 И 25 ЩЕЩ " аю 1 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(54)(57) 1. ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР, содержащий формирующий блок, соединенный через блок управления с входамипервого и второго вентилей, второйвход первого вентиля через элементИЛИ, через блок элементов И соединенс генератором опорных частот, а вы. -ход - с первым счетчиком, счетчикпереполнений, соединенный с первымдешифратором, выходы которого соединены с вторыми входами первого блокаэлементов И, второй счетчик и сумматор, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности измерения малых углов, введены днатриггера переполнений и второй счетчик переполнений, второй дешифратор,второй блок элементон И и элементИЛИ, процессор и блок выявления знака, нходы которого соединены с первым входом и третьим выходом блокауправления, а выходы - с третьим ичетвертым входами блока управления,третий выход соединен со знаковымвходом процессора, информационныйвыход которого является выходом цифрового фазометра, а первый, второйи третий информационные входы соответственно - с выходом сумматора ис выходами первого и второго счетчиков, выходы переносов которых соединены через триггеры переполнений ссоответствующими счетчиками переполнений, ныходы которых соединены ссоответствующими входами сумматора,кроме того, выходы второго счетчикапереполнений соединены через второйдешифратор с вторыми нходами втор(гоблока элементов И, первые входы которых соединены с соответствующими выходами генератора опорных частот,а выходы - через элемент ИЛИ с вторым входом второго вентиля, выходкоторого соединен с вторым счетчикомобнуляющий вход которого соединен свыходом второго триггера переполнений,2. Фазометр по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что блок управ-, ления содержит дна элемента И, три а триггера, элемент ИЛИ, два формирователя одиночных импульсов, входы которых являются первым и вторым входами блока управления, выход пер- С ного формирователя соединен с первым входом первого элемента И, с входом ф третьего триггера и вторым входом второго триггера, а выход второго формирователя - с вторым входом первого триггера, третьим выходом блока управления и вторым входом второго элемента И, третий вход которого соединен с четвертым знаковым входом блока управления, первый вход - с выходом третьего триггера, с вторым выходом блока управления и третьим входом первого элемента И, второй вход которого соединен с третьим знаковым входом блока управления, а выход - с перным входом первого триггера, ныход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым выходом блока управления, а второй вход - с выходом второго триггера, первый вход которого соединен с выходом второго элемента ИИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в автоматизированных системах контроля,Известен цифровой Фазометр, реализующий метод время-импульсного преобразования, содержащий Формирователь прямоугольных импульсов, формирователь временных интервалов,пропорциональных измеряемому сдвигуфаз и периоду одного из исследуемых 10напряжений, принятого за опорный,генератора квантующей частоты, счетчиков и пересчетных схем, обеспечивающих вычисление сдвига фаз по формулел 15Ю =1.гдеи Т - интервалы времени, пропорциональные сдвигу Фаз и периодуизмеряемых сигналов соответственно 11,Однако данный фазометр имеет низкую точность измерения углов.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемому результату является цифровойфазометр, содержащий Формирующееустройство, соединенное через узелуправления с входами первого и вто"рого вентилей, дешифратор, соединенный с первыми входами группы элементов И, счетчик и регистрирующий счетчик, а также двоичный умножительчастоты входы которого соединены свыходами первого и регистрирующегосчетчиков, узел вычитания, импульсов,входы которого соединены с выходамивторого вентиля и двоичного умножителя частоты, а выход - с входомрегистрирующего счетчика, генераторопорных частот, соединенный с другими входами группы элементов И, причем вход второго счетчика через 40первый счетчик соединен с выходомпервого вентиля, выходы группы элементов И через элемент ИЛИ соединенс входами первого и второго вентилей, входы дешифратора соединены свыходами второго счетчика 2,Ф этом фазометре заполнение временных интервалов Т ипроисходит одлной квантующей частотой, с понижением частоты исследуемых сигналовпонижается и частота кваитования,что приводит к понижению точностиизмерения, особенно при измерениималых углов,Целью изобретения является повышение точности измерения малых уг-лов,Поставленная цель достигается тем, что в цифровой Фазометр, содержащий формирующий блок, соединенный бО через блок управления со входами первого и второго вентилей, второй вход первого вентиля через элемент ИЛИ, череэ блок элементов И соедынеи с генератором опорных частот,.а вы- б 5 ход - с первым счетчиком, счетчикпереполнений, соединенный с первымдешифратором, выходы которого соединены с вторыми входами первогоблока элементов И, второй счетчик исумматор, дополнительно введеныдва триггера переполнения и второйсчетчик переполнений, второй дешифратор, второй блок элементов И иэлемент ИЛИ, процессор и блок выявления знака, входы которого соединеныс первым входом и третьим выходомблока управления, а выходы - с третьим и четвертым входами блока управления, третий выход соединен со знаковым входом процессора, информационный выход которого является выходомциФрового Фазометра, а первый, второй и третий информационные входысоответственно - с выходом сумматора и с выходами первого и второгосчетчиков, выходы переносов которыхсоединены через триггеры переполнений с соответствующими счетчикамипереполнений, выходы которых соединены с соответствующими входами сумматора, кроме того, выходы второгосчетчика переполнений соединены через :второй дешифратор с вторыми входами второго блока элементов И, первые входы которых соединены с соответствующими входами генератора опор.ных частот, а выходы - через элементИЛИ с вторым входом второго вентиля,выход которого соединен с вторымсчетчиком, обнуляющий вход которогосоединен с выходом второго триггерапереполнений,1Блок управления содержит два элемента И, три триггера, элемент ИЛИ, два формирователя одиночных импульсов, входы которых являются первым и вторым входами блока управления, выход первого Формирователя соединен с первым входом первого элемента И, с входом третьего триггера и вторым входом второго триггера, а выход второго Формирователя - с вторыл входом первого триггера, третьим выходом блока управления и вторым входом второго элемента И, третий вход которого соединен с четвертым знаковым входом блока управления, первый вход - с выходом третьего триггера с вторым выходом блока управления и третьим входом первого элемента И, второй вход которого соединен с третьим знаковым входом блока управления, а выход - с первым входом первого триггера, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым вы ходом блока управления, а второй вход - с выходом второго триггера, первый вход которого соединен с выходом второго элемента И.На чертеже приведена структурнаясхема устройства.Устройство содержит Формирующийблок 1, блок 2 управления, формирователи 3 и 4 одиночных импульсов,элементы 5,6 И, триггеры 7-9, элемент 10 ИЛИ, блок 11 выявления знака, инвертор 12, элементы 13,14 И,триггеры 15 и 16, вентили 17 и 18,счетчики 19 и 20, элементы 21 и 22ИЛИ, блоки 23 и 24 элементов И, генератор 25 опорных частот, процессор26, триггеры 27 и 28 переполнений,счетчики 29 и 30 переполнений, дешифраторы 31 и 32. Формирующий блок 151 соединен через блок управления совходами вентилей 17 и 18, второй входвентиля 17 (18) соединен через элемент 21 (22) ИЛИ и через блок 23(18) соединен со входом счетчика19 (20), Счетчик 29 (30) переполнений соединен выходами с дешифратором 31 (32), выходы которого соедииены с вторыми входами блока 23 (24)элементов И,Входы сумматора 33 соединены с выходами счетчиков переполнений 29 и 30, а выход сумматора 33 - с входом процессора 26, Выходы переполнений счетчиков 19 и 20 соединены с входами триггеров переполнений 27 и 28 соответственно, а выходы последних - со входами счетчиков 29,30 35 переполнений, а также со входами сброса счетчиков 19 и 20, Выходы счетчиков 19 и 20 соединены с входами процессора 26, выход которого соединен с выходными клеммами устрой ства. Инвертор 12 соединен своим входом с первым выходом формирующего блока 1 и с первым входом элемента 13 И, а выходом - с первым входом элемента 14 ИВторые входы элемен тов 13, 14 И соединены с выходом Формирователя 4, а выходы - с входами триггеров 15 и 16, Выход триггера 16 соединен с знаковым входом процессора 26 и с третьим входом элемента б И, Выход триггера 15 соединен с вторым входом элемента 5 И. Входы Формирователей 3 и 4 одиночных импульсов соединены с выходами формирующего блока 1, выход формирователя 3 одиночных импульсов соединен с первым входом элемента 5 И, с вторым входом триггера 8 и входом тригге.ра 9, Выход формирователя 4 одиночных импульсов соединен с вторым входом элемента б И и с вторым входом триг гера 7, первый вход которого соединен с выходом элемента 5 И, Первый вход триггера 8 соединен с выходом элемента б И, а выходы триггеров 7 и 8 через элемент 10 ИЛИ соединен с 65 первым входом вентиля 18, Выход триггера 9 соединен с перным входом элемента б И, третьим входом элемента5 И и первым входом вентиля 17, Входы формирующего блока 1 являютсявходами фазометра, а выход процессора 26 - его выходом. В исходном состоянии счетчики 19,20, счетчики 29 и 30 переполнений,триггеры 7,8,9,15,16, триггеры 27,28 переполнений обнулены. Входныесинусоидальные сигналы одной частоты 111, Ц 2 поступают на входы Формирующего блока 1, где преобразуютсян прямоугольные импульсы, эти импульсы поступают в блок 2 управления, гдев формирователях 3 и 4 одиночныхимпульсон выделяются импульсы пофронтам входных импульсов, Из одиночных импульсов, полученных с формирователя 3 по сигналам Ц 1, принятогоза опорный, триггером 9 формируютсяинтервалы времени Т- пропорциональные периоду 1Однонременно одиночные импульсы сигнала Ц 1 через элемент И 5 по разрешению блока 11 выявления знака при положительном сдвиге поступают на запуск триггера 7 ина сброс триггера 8, Одиночный им-,пульс 112 с Формирователя 4 черезэлемент И б по разрешению блока 11выявления знака при отрицательномсдвиге поступает на запуск триггера 8 и на сброс триггера 7, Такимобразом, н а три г гере 7 формируютсяинтервалы времени , пропорциональные сдвигу фаз ц сигнала 02 относительно 1 при положительном сдвиге,на триггере 8 - пропорциональныесдвигу (360 -) при отрицательномсдвиге, которые через элемент ИЛИ 10поступают на выход блока управления.Знак при положительном сдвигеформируется при совпадении на элементе И 13 прямоугольного опорногосигнала с одиночным импульсом от сигнала 2 и запоминается триггером 15,знак при отрицательном сдвиге - присовпадении на элементе И 14 инверсного опорного сигнала с инвертора 12с одиночными импульсами и запоминается триггером 16На время присутстния импульсов Т,ь через вентили 17 и 18 на входы счетчиков 19 и 20 подаются последовательности импульсов частотой Го с генератора 25 опорных частот. Г рассчитывается из условия обеспечения заданного дискрета измерения на максимальной частоте входного сигнала,360 где 6 Цо=максзаданный дискрет измерения; Г ма.мак симальн ая частот а входного сигн ала,В начале работы устройство подготонлено к измерению малых углов намаксимальной частоте входных исследуемых сигналов. Если после прохождения второго периода не произошлопереполнения счетчика 20, то в процессор 2 б запишется двоичный код 8,,соответствующий числу импульсов частоты Г в измеряемом интервале ь .Если при этом не происходит переполнения счетчика 19, в процессор 26запишется также и числовой код,Исоответствующий числу импульсов ча.стоты Г в периоде опорного сигнала.В процессоре производятся операцииумножения и деления чисел, представленных числовыми кодами, по ФормулеМ 360Ц=тДгде О - поправочный коэффициент,равпый отношению частот квантования.В рассмотренном случае квантующиечастоты одинаковы, т,е. Ц -1, На выходе процессора цифровой код соответствует значению сдвига Фаз Ц вградусах, Если после первого измерения произошло переполнение счетчика 19, которое Фиксируется триггером 27 переполнения, импульс переполнения обнуляет счетчик 19 и записывается счетчиком 29. На соответствующем выходе дешифратора 31 появляется сигнал, разрешающий прохождениечастоты Г /2 через один из блоковОэлементов И 23, элемент ИЛИ 21 навентиль 17 и далее на вход счетчика19 в течение третьего исследуемогопериода опорного сигнала 0 1,Цикл работы будет повторяться дотех пор, пока не будет выбрана частота Г 2 ф иэ ряда частот Г,Г 2,, Г 1, которая не вызовет йеуеполнения счетчика 19, Аналоги гнопроисходит выбор частоты квантования временного интервала ь вентилем18, счетчиком 20, триггером 28 переполнения, счетчиком 30 переполнения,дешифраторами 32, блоком 24 элементов И, элементом ИЛИ 22 Пусть частота квантования интервалаоказалась Г 12 , тогда коэффициент отношения частот1 Оо, Го 2 т 2- юД с,В щ 2Коэффициент с вычисляется в сумматоре 33 и представляет собой разность двух двоичных кодов, хранящихся в счетчиках 29 и 30 переполненийпосле окончательного выбора частотквантования, Результат вычитания записывается в процессор. Таким образом, в зависимости от величины угла,знака угла и частоты входного сигнала происходит раздельный автоматический выбор частот квантования интервалов времени о и Т.лПрименение в данном цифровом фазо.метре раздельной частоты квантования временных интервалов 2 и Т, атакже воэможность формирования временного интервала с в зависимостисдвига выгодно отличает его от указанного устройства, так как повышается точность измерения сдвига фазво всем даипазоне измеряемых углови расширяет диапазоны измеряемых ча 35 стот. В результате устраняется неравномерность по точности измеренияуглов и расширена область рабочихчастот, что увеличивает сферу применения фаэометра.1075186 ставитель ВЛфанасьевхред М. Гергель едактор С,Патрушев Корректор М.Ш одписн 3 ак аз 49 3/ ал ППППатент , г.ужгород, ул.Проектная,Тир аж ВНИИПИ Госуд по делам и 3035, Москва711ственногобретенийЖ, Рауш омитета СССРоткрытийкая наб., д, 4/