Дискретное фазометрическое устройство

(19) (1 И,ПИСАН БРЕТ Я,ВТОРСКОМУ СВ ЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(56) 1. Авторское свидетельство СССР 9573772, кл. Я 01 Р 25/00, 25.09.722. Пифровые измерительные приборы Справочник Л.,О., "Энергия", 1971, с,151-152(прототип).(54)(57) ДИСКРЕТНОЕ ФАЗОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО, содержащей два формирователя, вход первого из которых соединен с первым (опорныи ) входом устройства, а вход второго - с вторым (измерительным )входом и триггер, соединенный выходом с входом элемента И, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения Функциональных возможностей устройства и повышения точности измерения, в него введены задерживающая цепь, состоящая из последовательно соединенных, уменьшающих по двоичному закону я элементов задержки, блок аналоговых клкчей, каждый из которых подключен параллельно соответствукзаему элементу задержки, формирователь задержанного сигнала, П элементов И-НЕ, и управляющих триггеров, и элементов ИЛИ и сдвиговый регистр, причем вход эадерживалцей цепи соединен с входом первого формирователя, а выход с входом формирователя задержанного сигнала, выход которого соединен с запускакщим входом триггера, соединенного выходом с управлящцим входом элемента И, а второй (сбросовый ).вход триггера подсоединен к выходу первого формирователя и входу сдвигового регистра, выход второго формирователя соединен с сигнальным входом элемента И, выход которого соединен с вторы ми входами тт элементов И-НЕ, первые входы которых подсоединены к соответствующим выходам сдвигового регистра, подсоединенным также к первым входам Я соответствующих элементов ИЛИ, вторые входы которых соединены с выхода ми соответствующих управляющих триггеров, являющимися одновременно,выхо дами соответствующих двоичных разря дов устройства, при этом сбросовые а входы всех управляющих триггеров сое. динены со сбросовьтм выходом сдвигово- го регистра, а инфор"ационные входы каждого из управляющих триггеров сое-(динены с выходами соответствукщих элементов И-НЕ, кроме того, выходы всех элементов ИЛИ соединены с управ- рфаЬ ляющимивходами соответствулцих ана- (юула) логовых ключей.Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения угла сдвига фаз между двумя периодическими электрическими сигналами, .Известно Фазометрическое устройство, содержащее два идентичных измерительных канала, последовательно соединенные генератор счетных импульсов, времязадающий делитель, электронный ключ, регистрирующий счетчик и 10 Формирующие устройства Г 13. 20 Недостатками устройства являются его сравнительно небольшаяточность и недостаточно широкиефункциональные возможности.Наиболее близким к предлагаемому является фазометрическоеустройство для измерения мгновенного угла сдвига Фаз междудвумя синусоидальными сигналами,содержащее два формирователя импульсов, элемент временной задержки, два триггера три элемента совпадения, два инвертора генераторобразцовой частоты, и счетчик причем выход первого Формирователя, навход которого подается первый сигнал И 11)соединен с первым входомпервого элемента совпадения, второйвход которого соединен с выходом 30первого триггера, выход второго Формирователя, на вход которого подается второй сигнал И 2(1)соединен спервым входом второго элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом второго триггера,вторым входом первого триггера и .первым входом третьего элементасовпадения, второй вход которогосоединен с выходом генератора образцовой частоты, выход первого элемента совпадения соединен с входомпервого инвертора, выход которогосоединен с первым входом второготриггера, выход второго элементасовпадения соединен с входом второго инвертора, выход которого соединен с вторым входом второго триггера, вход элемента временной задержки соединен с запускающим входомустройства, выход элемента временной задержки - с первым входом первого триггера, а выход третьегоэлемента совпадения соединен с входом счетчика Г 23,Недостатками устройства являются умены .ение точности измеренияфазового сдвига вследствие асинхронности измеряемого и опорного сигналов, а также недостаточно широкиеФункциональные возможности, так кактакое устройство трудно выполнить 60на высокой промежуточной частотепри заданном динамическом диапазоне,по высокой частоте.Пель изобретения - расширениеФункциональных воэможностей уст ройства и повышение точности измерения.Ноставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее два формирователя, вход первого из которых соединен с первым опорным) входом устройства, а вход второго с вторым измерительным ) входом и триггер, соединенный выходом с входом элемента И введены задерживающая цепь, состоящая иэ последовательно соединенных, уменьшающихся по двоичному закону ь элементов задержки, блок аналоговых ключей, каждый из которых подключен параллельно соответствующему элементу задержки, Формирователь задержанного сигнала, сдвиговый регистр, и элементов И-НЕ,п управляющих триггеров, и элементов ИЛИ и сдвиговый регистр, причем. вход задерживающей цепи соединен с входом первого формирователя, выход задерживающей цепи соединен с входом формирователя задержанного сигнала, выход которого соединен с запускающим входом триггера соединенного своим выходом с управляющим входом элемента И, а второй (сбросовый )вход триггера подсоединен к выходу первого Формирователя и входу сдвигового регистра, выход второго формирователя соединен с сигНальным входом элемента И, выход которого соединен с вторыми входами О элементов И-НЕ, первые входы которых подсоединены к соответствующим выходам сдвигового регистра, подсоединенным также к первым входам соответствующих элементов ИЛИ,вторые входы которых соединены с выходами соответствующих управляющих триггеров, являющимися одновременно выходами соответствующих двоичных разрядов устройства,.при этом сбросовые входы всех управляющих триггеров соединены со сбросовым, выходом сдвигового регистра,а инфор мационные входы каждого из управляю" щих триггеров соединены с выходами соответствующих элементов И-НЕ, кроме того, выходы всех элементов ИЛИ соединены с управляющими входами соответствукщих аналоговых ключей.На фиг.1 изображена структурная схема устройства, на фиг.2 - временные диаграммы напряжений в наиболее характерных точках схемы.Устройство содержит Фиг.1 ) форми.рователи 1 и 2 управляющих импульсов, совпадающих по времени .с началом периодов входных периодических электрических сигналов, задерживающую цепь 3, состоящую из последовательно соединенных, уменьшающихся по двоичному закону элементов 41- 4 л задержки, блок 5 аналоговых ключей 61- бп каждый иэ которых подключен параллель но соответствующему элементу задержУстройство работает следурщим образом.Сигнал рабочей частоть (фиг.2 а)постудает на вход формирователя 1,на выходе которого вырабатываютсякороткие импульсы (фиг,2 в), совпадающие по времени с моментамиперехода синусоиды М.через нуль.Сдвинутый по фазе сигнал рабочей частоты (Фиг.2 б) поступаетна вход формирователя 2, на выходекоторого вырабатываются короткиеимпульсы (Аиг.2 г ), совпадакщиепо времени с моментами переходасинусоиды б через нуль,Импульсы с выхода Формирователя 1 поступают на счетный входсдвигового регистра 10, на выходных клеммах которого с приходомкаждого последующего импульсавырабатываются управляющие потенциаль 1, соответствчгыие уоовнЮ ло 4550556065 ки, Формирователь 7 задержанного сигЧнала, триггер 8, элемент И 9, сдвиговый регистр 10, элементы И-НЕ 11. --11 п, управляющие триггеры 121- 12,.и элементы ИЛИ 13- 13 п.Вход первого формирователя 1 является первым (опорным )входом устройства а выход второго Формирователя2 - вторым (измерительным ) входом устройства, вход задерживающей цепи 3соединен с входом, первого формирователя, выход эадерживакщей цепи соединен с входом формирователя 7 задержанного сигнала, выход которого соединен с запускалцим входом триггера8, подсоединенного своим выходом к 15управлякцему входу элемента И 9, авторой (сбросовый ) вход триггера 8подсоединен к выходу первого формирователя 1 и входу сдвигового регистра10, выход второго Формирователя 2соединен с сигнальным входом элемента И 9, выход которого подсоединенк вторым входам, элементов И-НЕ 11-11,первые входы которых подсоединенык соответствукщим выходам сдвиговогорегистра 10, подсоединенным такжек одному из входов соответствующихэлементов ИЛИ 13- 13 вторые вхоиды которых подсоединены к выходамсоответствующих управляющих триггеров 12- 12 п являнщимися одно 30временно выходами соответствующихдвоичных разрядов устройства, сбросовые входы управляющих триггеров12- 12 п соединены со сбросовымвыходом сдвигового регистра 10, 35а информационные входы каждогоиэ управляющих триггерор 12 - 12исоединены с выходами соответствулих элементов И-НЕ 111- 110кроме того, выходы всех элемейтов 40ИЛИ 131- 13 п соединены с управляю-,кими входами соответствующих аналоговых ключей 61- 6 задержииваншей цепи,гической "1" (фиг.2 д,е,ж,). Но прошествии ) циклов в конце последнего происходит сброс сдвигового регистра в исходное состояние, и процесс повторяется снова (на фиг.2 изображена временнаядиаграмма четырехразрядной системы). В течение и шагов, задаваемых сдвиговым регистром, в задерживающей цепи устанавливается сдвиг фаз, равный с выбранной дискретностью измеряемому фазовому сдвигу и соответствукщий коду, записанному управ-. ляющим триггером 121- 12Задерживакщая цепь 3 включает в себя и калиброванных элементов задержки 4- 4 и, каждый последукщий из которых по величине меньше предыдущего вдвое. Каждый элемент задержки запараллелен с аналоговым ключом 61- б п,В исходном состоянии все аналоговйе ключи замкнуты и задерживающая цепь закорочена, так что величина вносимого сдвига фаз равна нулю.С началом первого измерительного цикла потенциал логической "1" с первого выхода сдвигового регистра 10 поступает нэ вход элемента ИЛИ 13 и с выхода этого элемента логическая "1" поступает на управлякщий вход аналогового ключа бключ размыкается, включая элемент задержки 4 . Сигнал рабочей частоты задерживается на этом элементе на соответствующую величину (на фиг.2, например, на 90 ). Задержанный сигнал поступает на формирователь 7, нэ выходе которого выбирается короткий импульс, совпадающий по времени с моментом перехода задержанной синусоиды через нуль. Этот импульс поступает на запускающий вход триггера 8, на сбросовый вход которого подаются импульсы с выхода формирователя 1. В результате на выходе триггера 8 вырабатывается потенциал логической "1", передний фронт которого совпадает по времени с переходом задержанной синусоиды через нуль, а задний фронт - с окончанием периода опорного сигнала (Фиг.2 и ). Элемент И 9 анализирует наличие или отсутствие временного совпадения импульса 3 , определякщего фазовый сдвиг между входными сигналами, с пьедесталом задержки. Если совпадения нет, то на выходе элемента И 9 будет иметь место логический "0", если есть - то логическая "1".пусть в первом цикле не было временного совпадения измерительного импульсас пьедесталом задержки (первая задержка взята равной 90 О) т.е. внесенный задерживающей цепью сдвиг фаз больше измеряемого. В этом случае на,выходе элемента И 9 будет иметь место логический "0", на выходеэлемента И-НЕ 111 сохранится логическая "1", которая, поступив на входуправляющего триггера 12 (на второмвходе которого также будет логическая ф 1"),: не перебросит его, оставивтриггер в режиме хранения информации,В этом случае на выходе элементаИЛИ 13 логическая ф 1" будет иметьместо Лишь до окончания первого цикла, после чего она заменится логичес- Оким "О", и аналоговый ключ б сновазамкнется, эакоротив элемент задержки 4. В следующем измерительномцикле, следовательно, может включиться вдвое меньшее время задержки,а затем вчетверо меньшее время эадержки и т.д. пока в сдвиговом регистре не будут пройдены все и егосостояний. Вносимый элементами за-,держки Фазовый сдвиг будет уменьшаться до тех пор, пока в одном из пе-2 Ориодов опорного сигнала измерительный импульс 2, с выхода формирователя2 не совпадет по времени с пьедесталом задержки, Как только это произойдет, на втором входе соответствующего элемента И-НЕ появится логическая "1", а на его выходе - логический"О", который перебросит управляющийтриггер, вызвав появление на еговыходе логической "1", которая будетиметь место до окончания последнегоцикла, после которого произойдетсброс триггера в исходное состояниефиг.1 о ).В этом случае в тех циклах, гдеимеет место временное совпадение измерительного импульсас пьедесталом задержки, логическая "1" удерживающая соответствующие аналоговые ключи в разомкнутом состояниине исчезнет с.выходов соответствующих элементов ИЛИ с окончаниемцикла, а будет продолжать действо, вать с момента начала цикла, в пределах которого произошло совпадение,и до окончания последнего цикла, 45определяемого разрядностью устройства (фиг.2 с,т,у,Ф ),Таким образом, в случае временного совпадения в предыдущем цикле измерительного импульса с пьедесталом задержки в последующем цикле отсчет в два раза уменьшакщегося времени задержки задерживающей цепи будет происходить не от нуля, а от переднего фронта пьедестала задержки предыдущего цикла, на котором произошло совпадение. Следовательно, точность измерения будет повышаться от периода к периоду.Двоичный код на выходе управляющих триггеров, снимаемый перед сбросом их в исходное состояние, однозначно определяет угол сдвига Фаэ между опорным и измеряемым . сигналами.При выборе необходимого числа периодов измерения ( циклов ) устройство позволит получить достаточно высокую точность измерения угла сдвига фаз без включения в схему генератора счетных импульсов. Тем самым создается возможность за счет исключения иэ схемы дорогостоящего, дефицитного, стабилизированного кварцевым резонатором генератора счетных импульсов и связанных с ним дискретных элементов, создать унифицированный фазоиэмерительный модуль для достаточно широкого диапазона частот, взаимозаменяемый, ремонто- пригодный, более надежный в работе н позволяющий, улучшить повторяемость результатов при многократных измерениях одной и той же величины угла сдвига Фаз.Эффект повторяемости измерений достигается за счет когерентности задержанных эталонных сигналов и сигналов рабочей частоты. Вследствие этого устраняется присущий устройству, содержащему генератор счетных импульсов, дрейф счетных импульсов относительно сигналов рабочей частоты и повышение точности измерения.1084695 Фиг. 2 Составитель Ю. Макпко Техред М.Надь вичкорректор Ю. Макаре О. т Филиал ППП "патент", г. Ужгород, улПроектна Заказ 1990/39 Тираж 711 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, РаПодписноекомитета СССРи открытийшская наб., д. 4/5