Цифровой фазометр для измерения среднего значения сдвига фаз

(51) 5 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОР У СВИДЕТЕЛЬСТВ(57) Изобретение тельной технике, измерения сред между двумя си подсчета станда изобретения явл и достоверности держит форми 3,4,5.6, элементы ратор 12, счетч 14,15, арифмети тель сбоев 17 и с им аэ ики и электроник оргун, А А.Севенк ство СССР00, 1978,МЕТР ДЛЯ ИЗМЕАЧЕНИЯ СДВИГА нератор квантующих импульсов (ГКИ) 12, счетчик-делитель 13, первый, второй счетчики импульсов 14 и 15, арифметический блок 16, обнаружитель сбоев 17 и счетчик сбоев Выход первого формирователя подклю- С чен к первым входам триггера 3, элементов СЛ И 7 и 8, обнаружителя сбоев 17, выход обна- Я ружителя сбоев 17 через счетчик сбоев 18 С)1 соединен с третьим входом арифметического блока 16, выход которого подключен ко вторым входам триггеров 4, 5, 6, первого и второго счетчиков 14 и 15, счетчика сбоев 18 Я и третьему входу обнаружителя сбоев 17, второй вход которого подключен к выходу второго формирователя и второму входу первого триггера 3, выход которого через первый вход первого ключа 9 соединен с первым входом первого счетчика 14, а выход счетчика соответственно с первым входом ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(71) Институт радиофизАН УССР(54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОРЕНИЯ СРЕДНЕГО ЗНФАЗ Изобретение относится к радиоизмерительной технике, а именно к устройствам измерения среднего значения сдвига фаз между двумя сигналами с использованием подсчета стандартных импульсов.Целью изобретения является повышение точности и достоверности измерения.На фиг.1 приведена структурная электрическая схема цифрового фазометра для измерения среднего значения сдвига фаз; на фиг.2 - временные диаграммы напряжений входных и преобразованных сигналов; на фиг,3 - алгоритмы работы арифметического блока,Цифровой фазометр для измерения среднего значения сдвига фаз содержит первый и второй формирователи 1 и 2, первый, второй, третий, четвертый триггеры 3.4, 5, 6, первый и второй элементы И 7 и 8, первый, второй, третий ключи 9, 10, 11, геотносится к радиоизмер в частности к устройства него значения сдвига ф гналами с использованием ртных импульсов. Целью яется повышение точности измерения, Устройство сорователи 1,2, триггеры И 7,8, ключи 9,10,11, генеик-делитель 13, счетчики ческий блок 16, обнаружичетчик сбоев 18, 3 ил, 1670622арифметического блока 16, второй вход которого подключен к выходу второго счетчика 15, при этом его первый вход соединен с выходом третьего ключа 11, причем его первый вход подключен ко второму входу первого ключа 9, выходу ГКИ 12, вторым входам элементов И 7 и 8 и второго ключа 10, выход которого соединен через делитель 13 с первым входом третьего триггера 5, причем второй выход этого триггера подключен к третьему входу второго ключа 10. а первый - к третьим входам третьего ключа 11 и второго элемента И 8, выход которого соединен с первым входом четвертого триггера 6, а его инверсный выход соответственно со вторым входом третьего ключа 11 и четвертым входом первого ключа 9, при этом третий вход этого ключа соединен с первым входом второго ключа 10 и первым выходом второго триггера 4, второй выход которого подключен к третьему входу первого элемента И 7, причем его выход соединен с первым входом второго триггера 4,Фазометр работает следующим образом.Опорное и исследуемое напряжения (синусоидальные) периода Тк поступают на входы формирователей 1 и 2 (фиг.2 а,б), которые в моменты перехода напряжений через нуль формируют прямоугольные импульсы (фиг.2 в,г). Импульсы с выходов формирователей 1 и 2 поступают на входы триггера 3. Импульсы опорного напряжения с выхода формирователя 1 поступают также на первые входы элементов И 7 и 8. После подачи импульса сброса с арифметического блока 16 на первые входы триггеров 4, 5, 6, третий вход обнаружителя сбоев 17 и вторые входы счетчика сбоев 18 и счетчиков 14 и 15 устройствО устанавливается в исходное состояние для проведения одного цикла измерения среднего значения разности фаз эа период измерения, Элемент И 7 в исходном состоянии открыт по своему третьему входу потенциалом с выхода триггера 4, элемент И 8 закрыт по своему третьему входу потенциалом с триггера 5, ключи 9, 10, 11 также закрыты в исходном состоянии, Квантующие импульсы длительностью т и периодом следования Т с выхода ГКИ 12 поступают на вторые входы элементов И 7 и 8, на первый вход ключа 10. При совпаде. нии во времени импульса опорного напряжения с квантующим импульсом срабатывэет элемент И 7, выходной импульс которого перебрасывает триггер 4, открывая ключи 9, 10, блокируя на время измерения элемент И 7, Через открытый ключ 9 на вход счетчика 14 начинают поступать квантующие импульсы периода То, 10 15 напряжения с квантующим импульсом сра 20батывает элемент И 8, выходной импульс которого перебрасывает триггер 6, тем са 25 30 35 40 45 50 55 сгруппированные в пачки, длительность которых пропорциональна Лр (фиг.2 д), Кроме того, квантующие импульсы через ключ 10 начинают поступать на входы счетчика- делителя 13 с коэффициентом деления, равным К, который формирует время измерения 1 иэмо= К То, т.е. время измерения 1 изм,постоянно и выбрано заранее (фиг,2 е),Выходной импульс счетчика-делителя частот 13, появляющийся через время, равное сизм, после срабатывания элемента И 7 перебрасывает триггер 5, закрывая ключ 10 и открывая ключ 11. Элемент И 8 также открывается по своему второму входу потенциалом с выхода триггера 5. Через открытый ключ 11 на вход счетчика 15 начинают поступать квантующие импульсы периода Т При совпадении во времени импульса опорного мым закрывая ключи 9, 11, прекращая доступ квантующих импульсов в счетчики 14, 15. Таким образом, в счетчиках 14 и 15 зафиксируются коды т, п, причем код и соответствует временному интервалу деизм между концом времени измерения деизм и срабатыиванием элемента И 8 при совпадении импульса опорного напряжения с квантующим импульсом, Суммарное время измерения фазометра находится из выражениявиэм = виэм+ Лтиэч.Код А соответствует времени измерения 1 кЗц и равен А = Кп, Среднее значение сдвига фаз вычисляется в арифметическом блоке по формулер = 360, (1) Импульсы с первого и второго формирователей 1 и 2 поступают также на первый и второй входы обнаружителя сбоев 17 соответственно, Обнаружитель сбоев производит анализ с боевых ситуаций, заключающихся в следующем. При поступлении на вход формирователей 1 и 2 двух "чистых" сигналов, сдвинутых по фазе, на их выходах формируется прямоугольные импульсы, При этом импульсы поступают на вход триггера 3 в строго определенной последовательности, т.е, положительными фронтами импульсов опорного сигнала триггеры открываются, а положительными фронтами импульсов фазных сигналов закрываются, Импульсы, формируемые триггером, будут пропорциональны по длительности фазовым сдвигам между входными сигналами, При воздействии на входные сигналы шумовой помехи возможны смещения моментов переходов через нульвходных напряжений При этом при фазовых сдвигах, близких к 0 или 360, возможнонарушение порядка поступления открывающих и закрывающих фронтов импульсов(фиг.2 в,г), из-за чего триггером 3 производится формирование импульсов, длительность которых уже не пропорциональна подлительности фазовому сдвигу между входными сигналами, что приводит к появлениюпогрешностей, которые будут зависеть от 10времени измерения виэм, частоты входногосигнала, числа подобных сбоев за времяизмерения Ьз, Таким образом, обнаружитель сбоев 17 производит анализ правильности поступления открывающих и 15закрывающих импульсов, поступающих натриггер 3. Если поступают на входы обнаружителей сбоев сразу два открывающих либодва закрывающих импульса, обнаружительсбоев фиксирует это. Сигналы с выхода обнаружителя сбоев 17 (при наличии сбоевыхситуаций) в виде счетных импульсов поступают на первый вход счетчика сбоев 18,который подсчитывает число сбоев за период измерения, 25Алгоритм обработки полученных результатов, производимый арифметическимблоком 16, приведен на фиг.3. Подсчет числа сбоев позволяет произвести измерениясреднего значения сдвига фаз с определенной степенью точности и определить, достоверны ли данные, полученные эа периодизмерения ти, либо их следует отбраковать.Вышеизложенное проиллюстрируем на 35следующем примере,Предположим, что на входы первого ивторого формирователя 1 и 2 поступают двасинусоидальных сигнала одинаковой частоты, сдвинутые по фазе Лу 7 = 1 (фиг,2 а,б), 40деизм Тк100036000(1)Если шумы не воздействуют на входныесигналы, устройство подсчитает значениесдвига фаз на время измерения Ьз по фор 45муле (1), при этом получим10 1000Р - 3600000 360 = 1 (2).Предположим теперь, что на входнойсигнал воздействует шумовая помеха, Приэтом произошло нарушение порядка чередования открывающих и закрывающих импульсов (фиг.2 в,г,д), в результате чегопроизошло удлинение разрешающего импульса с триггера 3 и счетчик 14 зафиксиро вал дополнительно 3590 квантующих импульсов (если смещение фазовых фронтов под воздействием шумов равнялось двум градусам), При этом обнаружитель сбоев 17 зафиксирует сбой, Для простоты расчетов примем, что количество квантующих импульсов за каждый период частоты входного сигнала, поступающих на счетчик 14, было пропорционально Лр=1 . Арифметичеоский блок 16 определяет среднее значение сдвига фаз по формуле (1) 10 998 + 3590 360 = 1.357 (3) 3600000 при этом Лукаш = 1,357" - 1 - . 0,357 О.Если обнаружитель сбоев 17 и счетчик сбоев 18 зафиксируют две сбоевых ситуации, то10 996 + 2 3590У 3600000 360 = 1,714 (4)Лфош. = 1,714 - 1 = 0,714При количестве сбоевых ситуаций, равном 10,10 980 + 10 35903600000 360 = 3 57"(5) Формула изобретения Цифровой фазометр для измерения среднего значения сдвига фаз по авт.св, М 761935, о тл и ч а ю щ и й с я тем. что, с целью повышения точности и достоверности результатов измерения, внего введены последовательно соединенные обнаружитель сбоев и счетчик сбоев, причем первый и второй входы обнаружителя сбоев соответственно соединены с выходами первого и второго формирователей, выход счетчика сбоев соединен с третьим входом арифметическо о блока, а выход арифметического блока соединен с вторыми входами второго, третьего и четвертого триггеров, первого и второго счетчиков, счетчика сбоев и третьему входу обнаружителя сбоев,Лрош . 3,57 - 1 = 2 57 ОКак видно, фиксирование в подсчет числа сбоевых ситуаций позволяет производить измерение среднего значения сдвига фаз с определенной степенью точности, которая будет определяться количеством сбоевых ситуаций эа время измерения виэм, временем измерения, частотой входного сигнала.