Цифровой фазометр

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1636791 А 1 1)5 6 01 В 25/08 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ СВИДЕТЕЛЬСТВУ АВТО использовано е для широко- а фаз. Цель - одействия иэого диапазо- содержит 1(71) Красноярский политехнический институт(56) Авторское свидетельство СССРВ 607164, кл, 6 01 й 25/08, 1974,Авторское свидетельство СССРМ 607163, кл. 6 01 й 25/08, 1974,(57) Изобретение может бытьв радиоизмерительной техникдиапаэонных измерений сдвигповышение точности и быстрмерений, расширение частотнна. Цифровой фаэометр формирователи 1 и 2, преобразователь 3 фазы в интервал времени, генератор 4 импульсов, делители 5 и 21 частоты, блок 6 управления, элементы 7 и 8, 14 - 18 совпадения, управляемый делитель 9, счетно-регистрирующие блоки 10 и 23, реверсивные счетчики 11 и 12, регистр 13, элементы ИЛИ 19 и 20, триггер 22, формирователь 24 коротких импульсов. Блок 6 управления содержит дешифратор 25, В-Я-триггер 26 и О-триггер 27. Цель достигается за счет подстройки времени измерения под значение, кратное числу периодов входного сигнала, регулирования веса счетных импульсов на выходе счетно-регистрирующего блока 10, подсчета остаточного кода управляемого делителя 9 с последующей коррекцией результата измерений. 1 з.п, ф-лы, 2 ил.5 10 15 20 25 30 40 45 50 55 Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для повышения точности и быстродействия измерений, а также для расширения частотного диапазона цифровых фазометров.Цель изобретения - повышение точности и быстродействия измерений, расширение частотного диапазона,На фиг,1 приведена структурная схема цифрового фазометра; на фиг.2 - эпюры, поясняющие принцип работы.Цифровой фазометр (фиг.1) содержит формирователи 1 и 2, преобразователь 3 фазы в интервалы времени, соединенный входами с выходами формирователей 1 и 2, генератор 4 импульсов, делитель 5 частоты, блок 6 управления, два элемента 7 и 8 совпадения, управляемый делитель 9 и счетно- регистрирующий блок 10, причем выход генератора 4 импульсов соединен с тактовым входом делителя 5 частоты и первым входом первого элемента 7 совпадения, второй вход которого соединен с выходом преобразователя 3 фазы в интервалы времени,а выход - с первым входом второго элемента 8 совпадения, вход синхронизации блока 6 управления соединен с выходом формирователя 1, а также два реверсивных счетчика 11 и 12, регистр 13, пять дополнительных элементов 14 - 18 совпадения, два элемента ИЛИ 19 и 20, дополнительный делитель 21 частоты, триггер 22, дополнительный счетно-регистрирующий блок 23 и формирователь 24 коротких импульсов, первый дополнительный элемент 14 совпадения соединен входами с первым и вторым выходами блока 6 управления, а выходом - с входом установки делителя 5 частоты, второй дополнительный элемент 15 совпадения соединен входами с первым и третьим выходами блока 6 управления, а выходом - с вторым входом второго элемента 8 совпадения и входом формирователя 24 коротких импульсов, первым входом триггера 22 и первым входом третьего дополнительного элемента 16 совпадения, второй вход которого соединен с выходом управляемого делителя 9 и первым входом пятого дополнительного элемента 18 совпадения, а выход - с тактовым входом счетно-регистрирующего блока 10 и с входом установки второго реверсивного счетчика 12, выход которого соединен с вторым входом триггера 22, выход которого соединен с входом режима счета второго реверсивного счетчика 12, вторым входом пятого дополнительного элемента 18 совпадения и первым входом четвертого дополнительного элемента 17 совпадения, второй вход которого соединен с выходом генератора 4 импульсов, а выход - с тактовым входом дополнительного делителя 21 частоты и первым входом первого элемента ИЛИ 19, второй вход которого соединен с выходом второго элемента 8 совпадения и первым входом второго элемента ИЛИ 20, а выход - с тактовым входом управляемого делителя 9, выход до-полнительного делителя 21 частоты соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ 20, выход которого соединен с тактовым входом второго реверсивного счетчика 12, выход формирователя 24 коротких импульсов соединен с входами установки счетнорегивтрирующего блока 10, дополнительного счетно-регистрирующего блока 23 и управляемого делителя 9, кодовые входы которого соединены с выходной шиной данных регистра 13, кодовые входы которого соединены с выходной шиной данных первого реверсивного счетчика 11 и кодовыми входами блока 6 управления, первый выход которого соединен с входом записи регистра 13 и входом режима счета первого реверсивного счетчика 11, тактовый вход которого соединен с выходом делителя 5 частоты, тактовый вход дополнительного счетно-регистрирующего блока 23 соединен с выходом пятого дополнительного элемента 18 совпадения, Блок 6 управления содержит дешифратор 25, управляемый триггер 26 и О-триггер 27, выход которого является первым выходом блока 6 управления, а тактовый вход - входом синхронизации блока 6 управления, О-вход О- триггера 27, соединенный с прямым выходом управляемого триггера 26, является третьим выходом блока 6 управления, а инверсный выход управляемого триггера 26 является вторым выходом блока 6 управления, входы управляемого триггера 26 соединены с выходами дешифратора 25, входы которого являются кодовыми входами блока 6 управления,Устройство работает следующим образом,Входные сигналы поступают на входы формирователей 1 и 2, на выходе которых формируются прямоугольные импульсы, фронты и срезы которых привязаны к переходам входных сигналов через нулевой уровень. Прямоугольные импульсы с выходов формирователей 1 и 2 поступают на преобразователь 3 фазы в интервалы времени, осуществляющий преобразование разности фаз входных сигналов в эквивалентные интервалы времени. В первом элементе 7 совпадения эти временные интервалы заполняются высокочастотными импульсами от генератора 4 импульсов. Через второй элемент 8 совпадения, осуществляющий ог 163679110; 1; 0,1; 0,01 и т,д. Перед проведением измерения разности фаз осуществляется операция выбора времяизмерительного ин тервала и его запоминание. Величина времяизмерительного интервала 1 ,р должна быть с достаточной степенью точности кратна периоду Т сигнала и удовлетворять соотношениют ЯЗяр 1 о/Кд=36 10", где 1 о - частота генератора 4 импульсов; Кд - коэффициент деления управляемого делителя 9,Операция выбора времени измерения осуществляется в следующей последовательности. Состояние первого реверсивного счетчика 11 перед началом указанной операции соответствует нулевому коду, определяемому его состоянием после предыдущего времяизмерительного цикла, При этом срабатывает один из выходов дешифратора 25 блока 6 управления, Под действием сигнала дерифратора 25 переключается в нулевое состояние управляемый триггер 45 26 (фиг,2 б). С появлением фронта сигнала формирователя 1 (фиг,2 а) переключается О- триггер 27 (фиг.2 в), устанавливая режим счета первого реверсивного счетчика 11 суммирующим и снимая с входа установки 50 делителя 5 частоты импульс сброса (фиг.2 д),55 раничение пачек счетных импульсов времяизмерительным стробом, через первый элемент ИЛИ 19, уравляемый делитель 9 и третий дополнительный элемент 16 совпадения они поступают на счетно-регистрирующий блок 10, где происходит подсчет и регистрация старших разрядов результата измерения, Формирование времяизмерительного строба осуществляется делителем 5 частоты, пеовым реверсивным счетчиком 11, блоком 6 управления и дополнительными элементами 14 и 15 совпадения. Размерность отсчета фазового сдвига и цена младшего разряда счетно-регистрирующего блока 10 задаются величиной коэффициента деления делителя 5 частоты, Так, при необходимости измерения разности фаз в угловых градусах коэффициент деления Кб делителя 5 частоты может принимать значения 3610", где и = О, 1, 2, 3, При этом цена младшего разряда счетно-регистрирующего блока 10 соответственно составит формируемый первым дополнительным элементом 14 совпадения. С этого момента времени на первый реверсивный счетчик 11 начинают поступать импульсы с выхода делителя 5 частоты. По достижении кодом этого счетчика значения, соответствующего некоторому базовому времени ь, срабатывает другой выход дешифратора Г25 и управляемый триггер 26 5 10 15 20 устанавливается в единичное состояние. С приходом фронта синхронизирующего сигнала переключается О-триггер 27 в единичное состояние, завершая измерение времени измерения Ьзя и устанавливая режим счета первого реверсивного счетчика 11 - вычитающий. Под действием перепада "0-1" на выходе О-триггера 27 код первого реверсивного счетчика 11 переписывается в регистр 13, определяя коэффициент деления управляемого делителя 9. Для обеспечения соответствия коэффициента деления коду регистра 13 управляемый делитель 9 целесообразно выполнить на реверсивном счетчике. При этом режим счета указанного счетчика нужно установить вычитающим, шину данных регистра 13 нужно подключить к входам предварительной установки счетчика, а вход управления записью счетчика подключить к выходу его переноса, Перед началом времени измерения разности фаз запускается формирователь 24 коротких импульсов и осуществляет начальную установку счетно-регистрирующего блока 10, дополнительного счетно-регистрирующего блока 23 и управляемого делителя 9. Пачки счетных импульсов с выхода второго элемента 8 совпадения в течение времени измеренияд 3 цф дополнительно поступают через второй элемент ИЛИ 20 на тактовый вход второго реверсивного счетчика 12, Режим счета этого счетчика в течение времени измерения сдвига фаз - суммирующий, что определяется нулевым потенциалом на выходе триггера 22, определяемым его состоянием по завершениипредыдущего цикла измерения, На вход установки второго реверсивного счетчика 12 в течение времени измерения сдвига фаз через третий дополнительный элемент 16 совпадения поступают импульсы переполнения управляемого делителя 9, Это приводит к тому, что код второго реверсивного счетчика по завершении времени измерения т ,р соответствует остаточному количеству счетных импульсов, зарегистрированному управляемым делителем 9, Импульс времени измерения т р (фиг.2 г), формируемый вторым дополнительным элементом 15 совпадения, завершится после считывания из первого реверсивного счетчика 11 того же количества импульсов, что были накоплены в режиме измерения времени измерения. По достижении первым реверсивным счетчиком 11 нулевого кода, срабатывают дешифратор 25 и подключенный к нему управляемый триггер 26, Второй элемент 8 совпадения и тре 1636791тий дополнительный элемент 16 совпадения закроются. В тот же момент времени по перепаду "1-0" на динамическом входе установки триггер 22 переключится в единичное состояние (фиг.2 е), Открывая четвертый и пятый дополнительные элементы 17 и 18 совпадения и меняя режим счета второго реверсивного счетчика 12 на вычитающий. Динамический вход установки триггера 22 может быть реализован, например, при построении триггера 22 на базе О-триггера с О-входом, подключенным к потенциалу логической единицы. В этом случае тактовый вход этого триггера играет роль динамического входа установки. Обратное переключение триггера 22 в нулевое состояние происходит после считывания остаточного кода второго реверсивного счетчика 12 до нуля. Поскольку в такте счета второго реверсивного счетчика 12 установлен дополнительный делитель 21 частоты, то за время сцитывания остатоцного кода второго реверсивного счетчика 12 на вход управляемого делителя 9 поступит количество импульсов в К 21 раз большее (К 21 - коэффициент деления дополнительного делителя 21 частоты), чем число импульсов, соответствующее остаточному коду, Коэффициент деления дополнительного делителя 21 частоты выбирается, исходя из соотношения К 21 = 10, где К = 1, 2 и совместно с коэффициентом деления делителя 5 частоты определяет цену младшего разряда дополнительного счетно-регистрирующего блока 23, Результирующий отсчет фазового сдвига складывается из показаний сцетно-регистрирующего блока 10, где располагаются старшие разряды результата измерения, и корректирующих показаний дополнительного счетно-регистрирующего блока 23, где имеют место младшие разряды общего результата измерения, Дальнейшая работа устройства повторяет описанный процесс.Произведем оценку погрешности измерения устройства, обусловленную некратностью времени измерения и периода входного сигнала. Максимальное отклонение Л 1 времяизмерительного строба т ,м,р от значения, соответствующего кратному соотношению 1 р /Тс, составляет период входной частоты первого реверсивного счетчика 11 или Л 1 макс = К 5 100, Максимальное значение погрешности измерения разности фаз Ьр макс можно выразить следующим соотношением;где Ь - частота генератора импульсов;.К 5 - коэффициент деления делителя 5,Так, например, при необходимости отсчета разности фаз с ценой младшего разряда 0,01 можно задаться К 5 = 360, К 21 = =100, базовым временем тб = 1 с и частотой 1 о = 10 МГЦ. ПРИ Этом получим ЬР макс = =0,010, т.е. соответствующей дискрету отсчета, Начиная с частоты 1 Гц и ниже, предложенный фазометр будет осуществлять измерение за два периода сигнала (с учетом паузы между измерениями). Для достижения указанной точности в известном устройстве требуется не менее двадцати пяти периодов сигнала, т,е. в данном случае имеет место выигрыш по быстродействию измерений в 12 раз. За сцет повышения быстродействия измерений может быть расширен частотный диапазон работы фазоизмерителя при достаточно высокой точности измерений,5 10 15 20 Формула изобретения 25 1, Цифровый фазометр, содержашийформирователи, преобразователь фазы в интервалы времени, соединенный входами с выходами формирователей, генератор импульсов, делитель частоты, блок управления, два элемента совпадения, управляемый делитель и счетно-регистрирующий блок, причем выход генератора импульсов соединен с тактовым входом 35 делителя частоты и первым входом первогоэлемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом преобразователя фазы в интервалы времени, а выход - с первым входом второго элемента совпадения, вход 40 синхронизации блока управления соединенс выходом одного из формирователей, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия измерений, расширения частотного диепазона, он снаб жен двумя реверсивными счетчиками, регистром, пятью дополнительными элементами совпадения, двумя элементами ИЛИ, дополнительным делителем частоты, триггером, дополнительным счетно-регистрирующим блоком и формирователем коротких импульсов, первый дополнительный элемент совпадения соединен входами с первым и вторым выходами блока управления, а выходом - с входом установки делителя частоты, второй дополнительный элемент совпадения соединен входами с первым и третьим выходами блока управления, а выходом - с вторым входом второго элемента совпадения, входом формирователя коротких им1636791 10 а б 3 Составитель М, КатановаРедактор Л. Гратилло Техред М.Моргентал Корректо ка аказ 814 Тираж 414 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 пульсов, первым входом триггера и первым входом третьего дополнительного элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом управляемого делителя и первым входом пятого дополнительного элемента совпадения, а выход - с тактовым входом счетно-регистрирующего блока и с входом установки второго реверсивного счетчика, выход которого соединен с вторым входом триггера, выход которого соединен с входом режима счета второго реверсивного счетчика, вторым входом пятого дополнительного элемента совпадения и первым входом четвертого дополнительного элемента совпадения, втброй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход - с тактовым входом дополнительного делителя частоты и первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго элемента совпадения и первым входом второго элемента ИЛИ, а выход - с тактовым входом управляемого делителя, выход дополнительного делителя частоты соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с тактовым входом второго реверсивного счетчика, выход формирователя коротких импульсов соединен с входами установки счетно-регистрирующего блока, дополнительного счетно-регистрирующего блока и управляемого делителя, кодовые входы которого соединены с выходной шиной данных регистра, кодовые входы которого соединены с выходной шиной данных пер вого реверсивного счетчика и кодовыми входами блока управления, первый выход которого соединен с входом . аписи регистра и входом режима счета первого реверсивного счетчика, тактовый вход которого 10 соединен с выходом делителя частоты, тактовый вход дополнительного счетно-регистрирующего блока соединен с выходом пятого дополнительно элемента совпадения.15 2, Фазометр по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что блок управления содержит дешифратор, управляемый триггер и О-триггер, выход которого является первым 20 выходом блока управления, а тактовыйвход - входом синхронизации блока управления, О-вход О-триггера, соединенный с прямым выходом управляемого триггера, является третьим выходом блока управле ния, а инверсный выход управляемого триггера является вторым выходом блока управления, входы управляемого триггера соединены с выходами дешифратора, входы которого являются кодовыми входами блока 30 управления.