Цифровой фазометр мгновенных значений

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН А 1 1 1 й 25 00 И 4 г КСАН ЗОБРЕТЕН ВТОРСИОМУ Св ЕЛЬСГВУ ГОСУДАРСТНЕННИЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ(56) Авторское свидетеЛьство СССР В 600472, кл. С О й 25/00, 1975.Авторское свидетельство СССР В 935815, кл. С 01 К 25/00, 1982, (54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР МГНОВЕННЫХ ЗНАЧЕНИЙ(57) Изобретение может быть использовано в информационно-измерительных системах для измерения разнбсти фаз сигналов в цифровой форме. Цель изобретения - расширение полосы пропускания цифрового фазометра мгновенныхзначений. Фазометр содержит формиро-ватель 1, элементы И 24 и 12, счетчики 3 и 5 импульсов, блок 6 управления, схемы 8 и 1 сравнения кодов,регистрирующее устройство 9, триггер10 и регистр 13, Введением инвертора18, элемента И 17, фазового детектора 14, фильтра 15 нижних частот, пе- .рестраиваемого генератора 7 и счетчика 16 импульсов достигается постоянство цены дискреты измерения фазового сдвига н диапазоне перестройкичастот генератора 7 импульсовЭтопозволяет отказаться от дополнительной калибровки фазометра при работе в диапазоне частот входных сигналов.2 ил.Изобретение относится к цифровойизмерительной технике и может бытьиспользовано в информационно-измерительных системах для измерения разно 5сти фаз сигналов в цифровой форме.Целью изобретения является расширение полосы пропускания цифровогоФазометра мгновенных значений,На фиг, 1 показана структурнаяэлектрическая схема цифрового Фазометра мгновенных значений; нафиг. 2 - временные диаграммы фазометра,Цифровой фазометр содержит формирователь 1, входы которого подключенык входным шинам устройства, а выходчерез первый элемент И 2 - к входусчетчика 3 импульсов и к одному извходов второго элемента И 4, выход 20которого подключен к входу счетчика5 импульсов, бпок 6 управления, входкоторого подключен к выходу формирователя, а первый выход - к входу"Сброс" счетчика 3 импульсов, перестраиваемый генератор 7, выход которого подключен к второму входу первого элемента И 2, первую схему 8сравнения кодов, входы которой соединены с выходами одноименных разрядов 3 Ообоих счетчиков импульсов, а выход -с другим входом, входом второго элемента И 4, регистрирующее устройство9, подключенное к счетчику 5 импульсов, триггер 10, входы которого подключены к второму выходу блока 6 уп -равления и к выходу второй схемы 11сравнения .кодов, а выход - к одномуиз входов третьего элемента И 12,Одругой вход которого соединен с первым выходом блока управления, а выход - с входом сПеренос" регистра13, входы которого соединены с выходами одноименных разрядов счетчика 3импульсов и с первыми входами второйсхемы 11 -сравнения кодов, а выходы -с вторыми входами той же схемы срав-нения кодов, последовательно соединенные фазовый детектор 14, Фильтр15 нижних частот, перестраиваемыйгенератор 7 импульсов, выход которого соединен с входом третьего счетчика 16, вторым входом первого элемен -та И 2 и с первым входом четвертогоэлемента И 17, выход которого соединен с объединенными входами Сброссс 11 55счетчика 5 и входом "Сброс" регистра13, инвертор 18, выход которого соединен с третьим входом четвертого элемента И 17, второй вход которогоподключен к первому входу формирователя 1 и первому входу фазового детектора 14, второй вход которого соединен с к-м выходам третьего счетчика16 и входом инвертора 18,Цифровой фазометр работает следующим образом.Формирователь 1, на входы которого поступают исследуемые напряжения(фиг, 2 а) и 0 (фиг, 2 б), формирует прямоугольные, импульсы длительностью Г (фиг. 2 в), пропорциональнойизмеряемому фазовому сдвигу Ц , Этиимпульсы управляют первым элементомИ 2, открывая его на время 3 , приэтом тактовые импульсы с выхода перестраиваемого генератора 7 проходятна вход счетчика 3 непосредственно ина счетный вход счетчика с 5 черезвторой элемент И 4 при условии наличия на управляющем входе последнегоразрешающего потенциала с выхода первой схемы 8 сравнения кодов.Входной сигнал П, (фиг. 2 а) одновременно с поступлением на первыйвход формирователя 1 подается и напервый вход фазового детектора 14,на второй вход которого поступает импульсное напряжение с к-го разрядатретьего счетчика 16 (фиг, 2 д), которое формируется следующим образом.При поступлении импульсов генератора7 на вход третьего счетчика 16 на выходе к-го разряда его имеет местомеандровое напряжение частоты У,значение которой определяется из соотношенияГ2 Кгде К - разрядность счетчика;Й - частота следования импульсовгенератора 7,При несовпадении частот сигналов,поступающих на входы фазового детектора 14, сигнал ошибки этого детектора через фильтр 15 нижних частот регулирует частоту генератора 7 импульсов до равенства частот сигналов Кго разряда третьего счетчика 16 ивходного 0При выборе фазового детектора 14с дискриминационной характеристикой,обеспечивающей вхождение системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ)генератора 7 импульсов в синхронный14151 режим при нулевой фазовой рачстройкевходных сигналов фазового детектора14, сигнал на к-м выходе третьегосчетчика 16 синфазен с входным сигналом.На фиг. 2 г показаны импульсы, получаемьге с выхода генератора 7 при его подстройке, на фиг, 2 д - импульсы к-го разряда третьего счетчика6, 1 О частота и фаза которых изменяются в строгом соответствии с сигналами генератора 7; й, - момент вхождения системы ФАПЧ в синхрониэм фиг.:2 а,гВ процессе подстройки системы 5 ФАПЧ информация о текущем фазовом сдвиге, в соответствии с логикой работы прототипа, в течение импульса длительностью Т с выхода формирователя 1 заносится в первый 3 и второй 2 О 5 счетчики импульсов, а также в регистр 3.Однако хранение информации о минимальном или максимальном фазовом сдвиге за интервал времени, в течение 25 которого осуществляется подстройка системы ФАПЧ, не производится из-эа обнуления второго счетчика 5 и регистра 3 перед каждым новым измерением текущего значения сдвига фаз. 30Обнуление второго счетчика 5 и регистра 13 перед каждым новым измерением текущего значения сдвига фаз осуществляется следующим образом. До наступления условия синхронизма в системе ФАПЧ сигналы с первого входа формирователя 1 (фиг, 2 а) и проинвертйрованные сигналы с к-го разряда третьего счетчика 16 (фиг. 2 е), поступающие соответственно на второй и 4 О третий входы четвертого элемента И 17, создают на этих входах в интервалы времени лй ьс (фиг. 2 а,е) логические уровни, разрешающие прохождение через этот элемент импульсов 4 я с выхода генератора 7 (фиг. 2 ж) на входы "Сброс" регистра 13 и второго счетчика 5 импульсов, которые обнуляют нх,БОобнуление регистра 13 и второго счетчика 5 необходимо для того, чтобы первоначальные данные о минимальном или максимальном фазовом сдвиге, записанные в этих элементах при под- стройке системы ФАЛЧ или при переходе на измерение фазового сдвига сигналов иной частоты, не смогли исказить истинную информацию о сдвиге фаз вход 984.ных сигналов, получаемую после вхождения системы ФАПЧ в синхронизм.Сразу после наступления условиясинхронизма сигналы ня втором и третьем входах четвертого элемента И 17окажутся в противофазе (фиг. 2 а,е,момент й) и запретят прохождениеимпульсов генератора 7 ня входы"Сброс" второго счетчика 5 и регистра 13.Так как в условиях синхронизма система ФАПЧ поддерживает .равенство)фаз выходного сигнала к-го разрядатретьего счетчика 16 и сигнала с первого входа устройства, обеспечиваетсястрогая зависимость частоты повторения тактовых импульсов Х перестраиваемого генератора 7 импульсов от частоты Р входного сигнала, которая определяется соотношением Г2 Г.к,Поскольку к моменту вхождения системы ФАПЧ в синхронизм содержимоесчетчиков 3 и 5 одинаково, так какпервый обнуляется импульсом с первого выхода блока 6 управления передкаждым измерением, а второй обнуленимпульсами с генератора 7 до соблюдения условия синхронизма, первая схе.мя 8 сравнения кодов выдает разрешающий потенциал логической п 1 ня второй вход элемента И 4. В этом случае,при поступлении с выходя формирователяимпульса длительностьюпропорциональной измеряемому фаэово -му сдвигу, управляющего первым элементом И 2, ня входы счетчиков 3 и 5с выхода генераторапоступит такоечислокпульсов, которое соответствует истинной величине текущего значения фазового сдвига.В момент времени, соответствующийзаднему фронту выходного импульсаформирователя 1, импульсный сигнал спервого выхода блока 6 управлениясбрасывает счетчик 3 в нуль по входу"Сброс". В счетчике 5 при этом остается код, пропорциональный временномуинтервалу, Он передается в регистрирующее устройствб 9. Разрешающийпотенциал с управляющего входа второго элемента И 4 снимается, так какусловие равенства кодов на входахсхемы 8 нарушается,Тяк, например, если последующее значение измеренного фазового сдвига окажется больше хранящегося в счетчике 5, то содержимое счетчика 598 50 5 14151дополняется пропорциональным приращением кода, в противном случае содер 1 кнмое остается без изменений, Еслипоследующее значение .меньше значения5измеренного фазового сдвига, то информация о минимальном фазовом сдвиге переносится со счетчика 3 в регистр 13. Таким образом, предлагае;мый фаэометр измеряет текущее значение фазового сдвига, обеспечивая фиксацию его минимального и максимального значений.Кроме того, при изменении частотыР входных сигналов система ФАПЧ подстроит частоту Е генератора 7 таким,образом, что беэ дополнительной калибровки устройства в счетчике 3;сформируется достоверная информацияо текущем фазовом сдвиге между входными сигналами этой частоты, а врегистре 13 и в счетчике 5 обеспечивается фиксация соответственно егоминимального и.максимального значений за интервал времени. 25Устранение искажений выходной информации устройства при измерениифазового сдвига на частоте входныхсигналов, отличающейся от номинальной,а в связи с этим отказ от дополнительной калибровки устройства достигаются тем, что для предлагаемоготехнического решения в отличие от известного цена дискреты измеряемогофазового сдвига поддерживается постоянной в диапазоне частот перестройкигенератора 7 импульсов,Цена дискреты"измеряемого фазового сдвига определяется соотношениемо РЯ = 360 - , поскольку система ФАПЧ 40в установившемся режиме поддерживаетравенство Г = 2 Р, где К - разрязность третьего счетчика 16 импульсов,то цена дискреты ур для предлагаемого устройства определяется как 360 Р 360Р 360Ю к 2" Р 2 и является постоянной величиной в диапазоне частот перестройки генератора 7 импульсов,Технико-экономический эффект данного технического решения заключается в том, что за счет введения цепи фаэовой автоподстройки частоты, состоящей из последовательно соединенных фазового детектора, фильтра нижних частот, перестраиваемого генератора импульсов и счетчика импульсов, достигается постоянство цены дискреты измерения фазового сдвига в диапазоне перестройки частот генератора импульсов, что позволяет расширить поло;у пропускания устройства и за счет этого отказаться от дополнительной калибровки фазометра при работе его в диапазоне частот входных сигналов. Формула изобретения Цифровой фазометр мгновенных значений, содержащий формирователь, входы которого подключены к входным шинам устройства, а выход - к входу блока управления и первому вхоДу первого йлемеита И, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика импульсов и первому, входу второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу первой схемы сравнения кодов, а выход - к счетному входу второго счетчика импульсов, первый выход которого подключен к регистрирующему устройству, а вторые выходы - к первым входам первой схемы сравнения кодов, вторые входы которой подключены к выходам первого счетчика импульсов, вход "Сброскоторого объединен с первым входом третьего элемента И и подключен к первому выходу блока управления, второй выход которого подключен к перво-му входу триггера, второй вход которого подключен, к выходу второй схемы сравнения кодов, первые входы которой подключены к выходам первого счетчика импульсов и входам "Перезапись" регистра, а вторые входы - к первым выходам регистра, второй вход "Перенос" которого подключен к выходу третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом триггера, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения полосы пропускания, в,него введены последовательно соединенные инвертор и четвертый эле - мент И, последовательно соединенные фазовый детектор, фильтр нижних частот и перестраиваемый генератор, а также третий счетчик импульсов, выход которого подключен к первому входу фазового детектора и входу инвертора, второй вход фазового детектора соединен с входной шиной устройства и с вторым входом четвертого элемента И, третий вход которого соединен с7 145198 8входом третьего счетчика импульсов, при этом выход четвертого элемента Ивторым входом первого элемента И и подклочен к входам "Сброс" второговыходом перестраиваемого генератора, счетчика импульсов и регистра.дт1 1 1Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4,Составитель Л, ВоронинаРедактор Н. Гунько Техред А. Кравчук Корректор Г. Решетник Заказ 3872/44 Тираж 772, Подписное ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5