Адаптивный цифровой фазометр

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 01401399 01 8 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ 1нерио-строительный и Е. В. Бодянск льство СССР25/00, 1968.ство СССР25/08, 1980. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) АДАПТИВНЫЙ ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР(57) Изобретение относится к измерительной технике и служит для повышения точности и быстродействия фазометра. Фазометр содержит преобразователь 1 фазового сдвига в длительность импульса, блок 2 выделения заднего фронта импульса, тактовый генератор 3, элементы И 4 - 6, элемент 7 задержки, логический блок 8, ключ 10, триггеры 12 и 13, компаратор 15, счетчики 17 и 18 и регистр 19. Для достижения поставленной цели в фазометр введены коммутатор 9, ключ 11, триггер 14, компаратор 16, регистр 20 и образованы новые функциональные связи. 2 ил.5 10 50 55 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для из мерения с повышенными точностью и быст родействием фазового сдвига между двумя периодическими сигналами при наличии аддитивной случайной помехи.Цель изобретения - повышение точности и быстродействия устройства.На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - структура логического блока устройства.Устройство содержит преобразователь 1 фазового сдвига в длительность импульсов,блок 2 выделения заднего фронта импульса, тактовый генератор 3, элементы И с первого по третий 4 - 6, элемент 7 задержки, логический блок 8, коммутатор 9, первый и второй ключи 10 и 11, триггеры с пятого по третий 12 - 14, первый и второй компараторы 15 и 16 соответственно, первый и второй счетчики 17 и 18, первый и второй регистры 19 и 20 соответственно. Блоки соединены следующим образом.Выход преобразователя 1 фазового сдвига в длительность импульсов соединен с входом блока 2 выделения заднего фронта импульса и с первым входом первого элемента И 4, второй вход которого объединен с первым входом первого ключа 10 и соединен с выходом тактового генератора 3, а вы. ход - со счетным входом первого счетчика 17. Вход сброса этого счетчика объеинен с входом сброса второго счетчика 18, с первыми (нулевыми) входами триггеров 12 - 14 и соединен с первым выходом коммутатора 9, а выходы соединены с входами первого компаратора 15, подключенного выодом к четвертому входу третьего элеента И 6, и с разрядными входами реистра 19, выходы которого образуют выод устройства, вход Прием объединен с торым (единичным) входом третьего триггеа 14 и подключен к выходу второго ком)аратора 16. Выход блока 2 выделения заднего фронта импульса соединен с первым ходом второго ключа 11, второй вход котоого объединен с третьим входом первого лемента И 4 и соединен с выходом второго элемента И 5, а выход соединен со счетным 0 ходом второго счетчика 18 и через элемент 7 задержки - с вторым входом третьего элемента И 6. Выходы второго счетчика 18 соединены с входами логического блока 8, подключенного выходом к третьему входу гретьего элемента И 6, с разрядными входами регистра 20, подключенного разрядными выходами к второй руппе входов второго компаратора 16, и с первой группой входов этого компаратора. Вход Прием регистра 20 объединен с вторым (единичным) входом второго триггера 13 и подклюнен к выходу третьего элемента И 6, первый Вход которого соединен с инверсным выхо,дом второго триггера 13. Прямой выход пер 15 20 25 30 35 40 45 вого триггера 12 соединен с первым входом второго элемента И 5, подключенного вторым входом к инверсному выходу третьего триггера 14, прямой выход которого подключен к второму входу первого ключа 10, выход которого соединен с первым входом коммутатора 9, подключенного вторым выходом к входу Сдвиг регистров 19 и 20, а вторым входом - к прямому выходу первого разряда регистра 19.Существенно, что разрядные выходы второго счетчика 18 соединены с разрядными входами регистра 20 следующим образом: выход 1-го разряда счетчика (11, 2 гп)соединен с входом (21 - 1)-го разряда регистра. Благодаря этому, если в счетчике 18 содержится число 1, то при подаче импульса на вход Прием регистра 19 в регистре будет зафиксировано число К = Р,Преобразователь 1 формирует на выходе прямоугольные импульсы, длительность которых пропорциональна фазовому сдвигу между двумя входными периодическими (с периодом Т) сигналами, поданными на его входы; в течение каждого периода Т формируется один такой импульс. Блок 2 выделения заднего фронта импульса формирует на выходе короткий импульс в момент окончания выходного импульса преобразователя 1. Тактовый генератор 3 непрерывно генерирует короткие импульсы. высокой стабильной частоты (квантующие импульсы). Элемент 7 задерживает импульсы на время т, достаточное для срабатывания счетчика 18 и логического блока 8.Сигнал на выходе логического блока 8 присутствует только в том случае, когда в счетчике 18 содержится число 1=2". Блок 8 может быть выполнен по схеме, показанной на фиг. 2, где 21, 22 и 23 - элементы И, число которых равно числу гп разрядов счетчика 18; 24 - элемент ИЛИ, причем 1-й элемент И (1 = 1, 2 т) подключается входами к прямому выходу 1-го разряда счетчика и к инверсным выходам остальных его разрядов, т.е. сигнал на его выходе будет присутствовать только в случае, когда в 1-м разряде счетчика 18 записана единица, а в остальных разрядах - ноль, т.е, в счетчике содержится число 2(младший разряд считается первым),Коммутатор 9 передает импульс, поступающий на его первый вход, либо на первый выход - если на его втором входе присутствует сигнал, либо на второй выход - если указанный сигнал отсутствует. Ключи 10 и 11 нормально закрыты: импульс, подаваемый на первый вход ключа, проходит на его выход только при наличии сигнала на втором (управляющем) входе ключа. Триггеры 12 - 14 - обычные триггеры с раздельными входами, На выходе компаратора 16 возникает импульс в момент достижения равенстваХ, = - М )Мф,кодовых комбинаций на обеих группах его входов, т.е, равенства1= К 2где 1, К, - содержимое счетчика 18 и регистра 19 соответственно.Принцип работы фазометра состоит в том, что пачки тактовых импульсов, формируемые на выходе элемента И 4 и в интервалах времени, соответствующих сдвигу фаз в каждом периоде входных сигналов (т.е. во время выходных прямоугольных импульсов преобразователя 1), поступают на счетчик 17 до тех пор, пока суммарное число Х; импульсов пачек (содержимое счетчика 17) превзойдет заданное число Мф, а затем количествопросуммированных пачек (содержимое счетчика 18) представляет собой целую степень числа 2. После выполнения обоих условий число п =записывается в регистр 20 и суммирование пачек импульсов в счетчике 17 продолжается до тех пор, пока количество этих пачек (т.е. усредняемых замеров фазового сдвига) не станет равным п, после чего содержимое счетчика 1 передается в регистр 19 и делится на п= (2 ) путем сдвига его содержимого на 2 к разрядов в сторону младших разрядов. Рассмотрим работу устройства более детально.фазометр может находиться в одном из трех режимов, определяемых состояниями триггеров 12 - 14 (обозначим эти состояния через 5 ь 5 и 5 з соответственно) и выходным сигналом А компартора 15. Режимы сменяют друг друга в указанной последовательности, работа во втором режиме выполняется в три этапа, второй и третий из которых могут отсутствовать:Первый режим - исходное состояние; Я=Я=Ьз=А=О;Второй режим - накопление величины Х; в счетчике 17 - включает 3 этапа.Первый этап - с момента пуска устройства до выполнения условия где Й - результат ) -го замера; 5, = 1; 5, = =Я, =А=О.Второй этап - с момента выполнения условия (1) до выполнения условия 1=2, К=0,1,. (2)- г -з(в конце этапа в регистре 20 формируется число п);Третий этап в . с момента выполнения условия (2) до выполнения условия =К; Я,=5 =1; Я, =0; А=1,(В конце этапа число Хпередается из счетчика 17 в регистр 19).Третий режим - деление числа Ена п; Я, =Ь,=Я=А= (в конце этапа устройство возвращается в первый режим). 5 О 5 20 25 30 35 40 45 50 55 В исходном состоянии все триггеры, регистры и счетчики установлены в ноль, при этом ключи 1 О и 11 закрыты, тактовые импульсы, поступающие на первый вход элемента И 4, через него не проходят; компаратор 15 настроен на срабатывание при выбранном значении М".Пуск устройства, т.е. переход из первого режима в первый этап второго режима осуществляется подачей импульса на единичный вход первого триггера 12. Предполагается, что этот импульс согласован во времени с выходными импульсами преобразователя 1, в противном случае появляется дополнительная погрешность за счет недостоверности первого замера. После опрокидывания этого триггера появляется сигнал на выходе элемента И 5, благодаря чему в течение каждого выходного импульса преобразователя 1 тактовые импульсы с выхода генератора 3 будут проходить через элемент И 4 на счетный вход счетчика 17, образуя пачки из Мь Мг и т.д. импульсов, а импульсы с выхода блока 2, формируемые по одному в момент окончания каждой пачки, будут через ключ 11 поступать на счетный вход счетчика 18.Таким образом, в счетчике 17 накапливается сумма Х;, а в счетчике 18 фиксируется количествослагаемых этой суммы,С момента, когда будет достигнуто выполнение условия ( ), появляется сигнал на выходе компаратора 15, т,е. на четвертом входе элемента И 6 (устройство переходит во второй этап второго режима. Номер пачки тактовых импульсов, при обработке которой это произойдет, будет обратно пропорционален измеряемому фазовому сдвигу р и прямо пропорционален величине Мф (поскольку Х;:Д Мф). Точность измерений растет с ростом Хф, но растет соответственно и время измерений.Если оказывается, что номерпачки, при подсчете импульсов которой было достигнуто выполнение условия ( ), удовлетворяет условию (2), то после сформирования числав счетчике 18 (импульсом с выхода блока 2, формируемым в момент окончания пачки и проходящим через ключ 11) сигнал появится на третьем входе элемента И 6 (на первомего входе сигнал имеется с начала работы устройства), благодаря чему указанный импульс, задержанный элементом 7, пройдет через элемент И 6, устанавливая триггер 13 в единицу (и закрывая тем самым элемент И 6 по первому входу) Этот же импульс поступает на вход Прием второго регистра 20, формируя в нем число К == и, т е. число усредняемых замеров, требующееся при данном значении величины р. Устройство переходит в третий этап второго режима.Если же номер указанной пачки импульсов условию (2) не удовлетворяет, продолжается работа устройства в предыдущемформула изобретения режиме. Пачки тактовых импульсов продолжают суммироваться в счетчике 17, пока но,мер 1 очередной из них не окажется равным целой степени двойки, т.е. пока он не удовлетворит условию (2). По окончании ,этой пачки импульсов импульс с выхода блока 2 выполнит описанные действия, формируя число п в регистре 20 и переводя устройство в третий этап второго режима.Работа в данном режиме продолжается до тех пор, пока число просуммированных пачек импульсов станет равным числу и, хранящемуся в регистре 20. В этот момент возникает импульс на выходе второго компаратора 16, передающий сформированное в счетчике 17 число Хв регистр 19 и устанавливающий триггер 14 в единицу; устройст. во переходит в третий режим, при этом первый ключ 11 закрывается, по третьему входу закрывается элемент И 4, а второй ключ 10 открывается.Если п=1, коммутатор 9 подключает первый вход к первому выходу. Очередной тактовый импульс с выхода генератора 3, пройдя через открытый в третьем режиме ключ 1 О на первый выход коммутатора 9, возвращает в ноль оба счетчика 17 и 18 и триг,геры 12 - 14. Таким образом, устройство возвращается в исходное состояние (первый режим) с тем отличием, что в регистре 19 содержится результат измерения, полученный в данном случае при п = 1, а во втором регистре 20 - единица в первом разряде (что совершенно не влияет на работу устройства, так как ключ 1 О в первом и втором режимах закрыт, а содержимое регистра 20 обновляется каждый раз при переходе в третий режим).Если пФ 1, т.е, п=1=(2)=2" при 1 с ) О, в первом разряде регистра 20 при переходе устройства в третий режим, оказывается ноль, а единственная единица - в разряде с номером 2 к + 1. В этом случае коммутатор 9 подключает первый вход к второму выходу и тактовые импульсы с выхода генератора 3 начинают поступать через ключ 10 и коммутатор 9 на сдвиговые входы регистров 19 и 20. После 2 к сдвигов содержимое регистра 19 будет разделено на п=2", а в первом разряде регистра 20 окажется единица, благодаря чему очередной тактовый импульс с выхода ключа 10 пройдет на первый выход коммутатора 9, т.е. как и в предыдущем случае, возвратит устройство в исходное состояние с тем отличием, что в регистре 19 сформирован результат измерения, а в первом разряде регистра 20 содержится единица (не существенно),Предлагаемое устройство обладает таким образом, более высокими точностью, быстродействием и помехозащищенностью, что позволяет повысить эффективность систем, содержащих его в своем составе, и обес 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 печить в итоге получение положительногоэкономического эффекта,Адаптивный цифровой фазометр, содержащий тактовый генератор, блок выделения заднего фронта импульса, логический блок, элемент задержки, первый регистр, первый компаратор, первый ключ, два счетчика, два триггера, три элемента И и преобра. зователь фазового сдвига в длительность импульсов, подключенный выходом к входу блока выделения заднего фронта импульса и к первому входу первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом тактового генератора, выход - со счетным входом первого счетчика, подключенного вы. ходами к разрядным входам первого регистра, выходы которого являются выходами устройства, и к входам первого компаратора, выход первого триггера соединен с первым входом второго элемента И, а выход второго триггера - с первым входом третьего элемента И, второй вход которого подключен через элемент задержки к счетному входу второго счетчика, а третий вход - , к выходу логического блока, подключенного входами к выходам второго счетчика, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, быстродействия, в него введены коммутатор, третий триггер, второй регистр, второй компаратор и второй ключ, первый вход которого соединен с выходом блока выделения заднего фронта импульса, второй вход объединен с третьим входом первого элемента И и соединен с выходом второго элемента И, а выход соединен со счетным входом второго счетчика, вход сброса которого объединен с входом сброса первого счетчика, с первыми входами всех триггеров и соединен с первым выходом коммутатора, подключенного вторым выходом к входу Сдвиг первого и второго регистров, первым входом - к выходу первого ключа, а вторым входом - к выходу первого разряда второго регистра, вход Прием которого объединен с вторым входом второго триггера и соединен с выходом третьего элемента И, подключенного четвертым входом к выходу первого компаратора, выходы второго счетчика соединены с первой группой входов второго компаратора и с разрядными входами второго регистра, подключенного разрядными выходами к второй группе входов второго компаратора, выход которого соединен с входом Прием первого регистра и с вторым входом третьего триггера, подключенного одним выходом к второму входу второго элемента И, а другим - к второму входу первого ключа, первый вход которого соединен с выходом тактового генератора, при этом выход 1-го разряда второго счетчика (1 = 1, 2т) соединен с входом (21 - 1) -го разряда второго регистра.гм изобретен наб., л. 45 Ужгород, хл го ко сква,афине оектна Редактор А. ВоровинЗаказ 25 7/44ВНИИПИ Государственн113035, МоПроизводственно-полигр Составитель А. СтарТехред И. ВересТираж 772митета СССР по делЖ - 35, Раушскаякое ппедприятие, г. стина Корректор В. Бутяга Подписное и и открытии