Цифровой фазометр

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) 11 ВЕКНЫЙ КОМИТЕТ СССР ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ ГОСУДАРСПО ДЕЛ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ Н ДаторСК СВИДЕТЕПЬСТ СС 98 ы ласти зованепв(21) 3983947/24-21(57) Изобретение относится кэлектроники и может быть испоно для измерения разности фаз рерывных сигналов. Введение в цифро вой фазометр (ЦФ) элементов ИЛИ 5,6 22,31,32, триггеров 12,16,23, элеме тов И 17-19, 21,29,30, ключей 9,11, источника 10 опорного напряжения, компараторов 13, 15, 26, 27, интеграторов 14, 24, инвертора 28, ревер сивных счетчиков 33, 34 и блока 3 управления повышает точность измере ния разности фаз прерывных сигналов за счет увеличения разрешающей способности Цф, В описании изобретения дана электрическая схема блока упра ления. 1 з,п.ф-лы, 1 ил,1 13089Изобретение относится к измеря" тельной технике и может быть использовано для измерения разности фаз непрерывных сигналов.Цель изобретения - повышение точности измерения разности фаз прерывных сигналов за счет увеличения разрешающей способности цифрового фазометра.На Фиг,1 и 2 изображены структур ные схемы цифрового фазометра и блока управления соответственно,фазометр состоит из первого формирователя 1 импульсов, второго Формирователя 2 импульсов, на вход которого поступает измерительный сигнал блока 3 управления, первого 4триггера, первого 5 и второго 6 элементов ИЛИ, первого элемента И 7,генератора 8, первого ключа 9, источника 10 опорного напряжения, второгоключа 11, третьего триггера 12,первого компаратора 13 первого йтегратора 14, второго компаратора 15,второго триггера 16, второго 17,третьего 18 и четвертого 19 элементов И, счетчика 20 (счетчик числаусредняемых временных интервалов)пятого эЛемента И 21, третьего элемента ИЛИ 22, четвертого триггера 23,второго интегратоора 24, третьего 25,четвертого 26 и пятого 27 компарато"ров, инвертора 28, шестого 29 и седьмого 30 элементов И, четвертого 31 ипятого 32 элементов ИЛИ, первого 3335и второго 34 реверсивных счетчиков,Блок 3 управления состоит из восьмого 35 и седьмого 36 элементов И, пятого 37, шестого 38 и седьмого 39 40триггеров,При этом сигнальные входы цифрового фазометра через первый и второйформирователи 1 и 2 соединены с соответствующими входами блока 3 управления, третий вход которого черезтриггер 4 соединен с входом "Пуск"устройства, четвертый вход блока 3управления соединен с входом первогоэлемента И 7, генератором 8, счетнымтриггером 12 и первым входом пятогоэлемента И 21,Первый выход блока 3 управлениясоединен с первым входом первого элемента ИЛИ 5, второй выход - с первымвходом второго элемента ИЛИ 6 и 8входом второго триггера 16, а третийвыход блока 3 управления соединен свторым входом первого элемента И 7,35Источник 10 опорного напряжения соединен с входами первого и второгоключей 9 и 11 соответственно, выходыкоторых объединены и соединены с входом первого интегратора 14, выходкоторого соединен с входами первого,второго, третьего, четвертого и пятого компараторов 13, 15, 25, 26 и27, Входы первого и второго ключей9 и 11 соединены с выходами первогои второго элементов ИЛИ 5 и 6, а выход первого компаратора 13 черезвторой элемент И 17 соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ 6и первым входом пятого элемента ИЛИ32, выход второго компаратора 15 че"рез третий элемент И 18 соединен свторым входом первого элемента ИЛИ5 и первым входом четвертого элемен"та ИЛИ 31. Выходы третьего и второго триггеров 12 и 16 соединены соответственно с входами четвертого элемента И 19, выход которого соединенс К-входом триггера 16, входом счетчика 20 и вторыми входами второго итретьего элементов И 17 и 18, выходсчетчика 20 соединен с К-входом пер/вого триггера 4 и Я-входом четвертого триггера 23, выход которого соединен с вторым входом пятого элемента И 21, выход которого соединенс входом второго интегратора 24 ивторыми входами шестого и седьмогоэлементов И 29 и 30, выходы которыхсоответственно соединены с входамипервого реверсивного счетчика 33,выход переполнения которого соединенчерез четвертый элемент ИЛИ 31 спервым входом второго реверсивногосчетчика 34, второй вход которогосоединен с выходом пятого элементаИЛИ 32, информационные выходы реверсивных счетчиков 33 и 34 являютсявыходами устройства, Выход третьегокомпаратора 25 непосредственно соединен с первым входом седьмого и через инвертор 28 с входом шестогоэлементов И 29 и 30,Выходы четвертого и пятого компараторов 26 и 27 соответственно соединены с вторым и третьим входами третьего элемента ИЛИ 22, первый вход которого соединен с входом "Пуск" устройства, а выход - с К"входом четвертого триггера 23,Цифровой Фазометр работает следующим образом,130893Измерение разности фаз производится по К периодам входных сигналов,Формирователии 2 формируют последовательности коротких импульсов поположительным переходам через нульвходных сигналов, которые поступаютна первый и второй входы блока 3 управления.По сигналу "Пуск" триггер 4 устанавливается в состояние "1" и выдает Оразрешение блоку 3 управления, приэтом в блоке 3 открываются элементыИ 35 и И 36 и импульсы с выхода формирователей 1 и 2 поступают на входытриггеров 37 - 39, Импульс с формирователяустанавливает в состояние"1" триггеры 37 и 39, после этого импульс с генератора 8 (вход блока 3)возвращает триггер 37 в исходное состояние. Импульс с формирователя 2 20устанавливает в состояние "1" триггер 38 и одновременно возвращает висходное состояние триггер 39, послеэтого импульс с генератора 8 возвращает триггер 38 в исходное состояние. 25Таким образом, на первом, втором итретьем выходах блока 3 управленияформируются импульсы временных интервалов с, , с и ьс, - временной интервал между передними фронтами импульсаформирователя 1 и ближайшегоимпульса генератора 8, представляющий положительную погрешность квантования; 35ь - временной интервал между передними фронтами импульсаформирователя 2 и ближайшегоимпульса генератора 8, представляющий отрицательную погрешность квантования;с - временной интервал, пропорциональный разности фаз входных сигналов, между передними фронтами импульсов формирователей 1 и 2,Импульс о, открывает ключ 9 и интегратор 14 производит интегрирование напряжения источника 10 с положительным знаком. Импульсоткрывает ключ 11 на время ь , и интегратор 14 производит интегрирование напряжения источника 1 О с отрицательлным знаком. Импульс ( открывает элемент И 7 на время ь, , и на выход сложения реверсивного счетчика 34 поступают пачки импульсов генератора 8. 5 4Триггер 12, осуществляя делениечастоты генератора 8, формирует навыходе последовательность импульсов,длительность которых равна периодуимпульсов генератора 8. Задним фронтом импульса триггер 16 устанавливается в состояние "1", открывается элемент И 19, и импульс длительностью, равной периоду импульсов генератора 8, поступает на вход счетчика 20, увеличивая его содержимоена единицу, и одновременно опрашивает состояние компараторов 3 и 15на входах элементов И 17 и 18, а задним его фронтом возвращает триггер16 в исходное состояние,Таким образом, происходит измерение разности фаз за один периодвходных сигналов, С формированиемблоком 3 управления следующих импульсо с ( и ь за К периодов входных сигналов к содержимому реверсивного счетчика 34 добавляются очередные пачки импульсов с выхода элемента И 7, счетчик 20 осуществляет подсчет количества усредняемых значенийразности фаз входных сигналов, а навыходе интегратора 14 изменяетсянапряжение с учетом суммарной погрешности измерения временных интервалов с, и о , Как только величина выходного напряжения интегратора14 достигает уровня, соответствующего периоду импульсов квантуюшегогенератора 8, срабатывает в зависимости от знака выходного напряженияодин из компараторов 13 или 15, Если выходное напряжение интегратора14 достигло положительного уровня,соответствующего периоду импульсовгенератора 8, срабатывает компаратор13 и импульс с выхода элемента И 17поступает на вход сложения реверсивного счетчика и одновременно обнуляет интегратор 14, открывая ключ 11.Аналогично работает фазометр при достижении выходным напряжением интегратора 14 отрицательного уровня, Приэтом импульс с выхода элемента И 18поступает на вход вычитания реверсивного счетчика 34 и, открывая ключ 9,обнуляет интегратор 14,В конце основного цикла измерения импульс переполнения с выхода счетчика 20 устанавливает триггер 4 в исходное состояние, а триггер 23 - в состояние "1", 5 13089Установкой триггера 23 в состояние "1" начинается вспомогательныйцикл. измерения и преобразования в кодостаточного напряжения на выходе интегратора 14 (Б ), величина которого определяет погрешность квантования основного цикла измерения.Триггер 23 и элемент И 21 представляют собой времяимпульсный преобразователь, количество импульсов генератора 8 на выходе элемента И 21пропорционально напряжению Б , чтоосуществляется с помощью интегратора24 и компараторов 26 и 27,Интегратор 24 представляет собой 15простое интегрирующее КЯ-звено свременем интегрирования = 10 мс, величина выходного напряжения которогопропорциональна количеству импульсов на его входе, Напряжение 11 , 20не превышающее величины, при которойсрабатывает компаратор 13 и 15, поступает на входы компараторов 25 - 27.Компаратор 25 вырабатывает признакзнака напряжения Б , срабатывает,25если 11О, и в зависимости от знака напряжения Цоткрывает элементИ 29 (при Б О) или элемент И 30Щ,О). Импульсы генератора 8 свыхода элемента И 21 поступают на вычитающий или суммирующий входы реверсивного счетчика 33, формируя код,пропорциональный напряжению БПри П ,О срабатывает компаратор26, а при ЮО - кампаратор 27, в 35моменты достижения положительным напряжением на выходе интегратора 24величины, равной П, , Выходным импульсом компаратора 26 или 27 триггер 23 устанавливается в .исходное 40состояние, что означает конец измерения,Младшие разряды кода цифровогофазометра составляют код реверсивного счетчика 33, а старшие разряды - 45.реверсивного счетчика 34, согласование младших и старших разрядов осушествляется с помощью импульса отрицательного переполнения счетчика 33,Таким образом, по сравнению с известным предлагаемое устройство име 3ет в 2 раза меньшую дискретностьвыходной информации,формула изобретения 551. Цифровой фазометр, содержащийпервый и второй Формирователи импульсов, входы которых соединены соот- .ветственно с клеммами опорного и из-мерительного сигналов, генератор,выход которого подключен к одному извходов первого элемента И, первы 11триггер, один из входов которого соединен с клеммой "Пуск", а другой входсоединен с входом счетчика, о т л ичающий с я тем, что, с цельюповышения точности измерения фазовогосдвига сигналов, в него введены пятьэлементов ИЛИ,.три триггера, шестьэлементов И, два ключа, источникопорного напряжения, пять компараторов, два интегратора, инвертор, двареверсивных счетчика, блок управления, первый, второй, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с,выходами первого и второгоформирователей импульсов, первоготриггера и генератора, первый, второй и третий выходы блока управленияподключены соответственно к первомувходу первого элемента ИЛИ, первымвходам второго элемента ИЛИ и второго триггера и к второму входу первого элемента И, выходы первого и второго элементов ИЛИ подключены соответственно к управляющим входам первого и второго ключей, а сигнальныевходы последних соединены соответственно с первым и вторым. выходамиисточника опорного напряжения, выходы первого и второго ключей черезпервый интегратор подключены к входам первого, Второго, третьего, четвертого и пятого компараторов, выходы которых подключены соответственно к первому входу второго элементаИ, первому входу третьего элементаИ, первому входу седьмого элементаИ и через инвертор к первому входушестого элемента И, к первому и второму входам третьего элемента ИЛИ,третий вход последнего соединен склеммой "Пуск", а его выход подключен к первому входу четвертого триггера, второй вход последнего соединен с выходом счетчика, выход второго элемента И подключен соответственно к второму входу второго элемента ИЛИ и первому входу пятого элемента ИЛИ, выход третьего элементаИ подключен соответственно к второмувходу первого элемента ИЛИ и первомувходу четвертого элемента ИЛИ, второй выход последнего соединен с выходом переполнения первого реверсив130 ых,1 1 Х,2 ых.д Фйе Составитель.В. Шубинедактор О, Юрковепкая Техред Л.Олейник орректор А. Тя Подписи Тиратвенн Заказ 1794/37 ж 731ВНИИПИ Государс ого комитета СССРпо делам иэоб ткрытий113035, Москва шская наб., д.4 ретении и о Ж, Рау оизводственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 ного счетчика, вход третьего триггера и первый вход пятого элемента Исоединен с выходом генератора, а ихвыхоДы подключены соответственно кпервому входу четвертого элемента И,через второй интегратор к вторымвходам четвертого и пятого компараторов и вторым входам шестого и седьмого элементов И, выходы последнихподключены соответственно к входампервого реверсивного счетчика, второй вход пятого элемента ИЛИ соединен с выходом первого элемента И, аего выход подключен к входу второгореверсивного счетчика, второй входпоследнего соединен с выходом четвертого элемента ИЛИ, выход четвертоготриггера подключен к второму входупятого элемента И, второй вход четвертого элемента И соединен с выходом второго триггера, а его выходподключен соответственно к вторымвходам второго триггере, второго и 8935 8третьего элементов И и к входу счетчика2, Фаэометр по п,1, о т л и ч а ю и и й с я тем что блок управления содержит три триггера, два элемента И, при этом первый и второй входы блока управления подключены соответственно к первым входам вось О мого и девятого элементов И, а вторые входы последних соединены .с третьим входом блока управления, выходы восьмого и девятого элементов И подключены соответственно к первым 15 входам пятого и седьмого триггерови к первому и второму входам шестого и седьмого триггеров, вторые входы пятого и шестого триггеров соединены с четвертым входом блока управ ления, выходы пятого, шестого и седь.мого триггеров подключены соответственно к первому, второму и третьему входам блока управления.