Цифровой фазометр

(5)5 6 01 и 25/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Научно-исследовательский институт радиотехнических измерений(56) Авторское свидетельство СССР ЬВ 1112309, кл, 6 01 й 25 ЮО, 1983.Авторское свидетельство СССР М 1118935, кл, 6 01 й 25/00, 1983.(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения среднего сдвига фаз между опорным и флуктуирующим измерительным сигналами, например для определения угловых координат движущегося объекта, Упрощение конструкции фазометра и расширение частотного диапазона входных сигналов достигается тем, что в цифровом фазометре, содержащем первый 1 и второй 2 формирователи импульсов, входы которых являются соответственно опорным и измерительным входами фазометра, а их выходы соединены соответственно с входами первого 4 и второго 5 делителей частоты на два, й-входы которых соединены между собой, а их выходы соединены с входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 6, содержащем также первый 8 и второй 9 элементы И, формирователь 11 коротких импульсов и последовательно соединенные генератор 3 импульсов эталонной частоты, трехвходовый элемент И 7 и регистрирующий ревер1709234 сивный счетчик 12, управляющий вход которого соединен с выходом триггера 10 выделения знака, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 6 соединен с вторым входом .трехвходового элемента И 7 и с первыми входами первого 8 и второго 9 элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с выходами первого 1 и второго 2 формирователей импульсов, а выходы соИзобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в информационно-вычислительныхсистемах для измерения среднего значенияфазовых сдвигов,Известен цифровой фаэометр среднегозначения, содержащий два триггера, элемент ИЛИ, два элемента И и реверсивныйсчетчик.Недостатком известного фазометра является неустойчивая работа при совпадении входных импульсов, так как в этом случаеВЗ-триггер работает в запрещенном режимеи после окончания действия импульсов можетостаться в произвольном состоянии и резуль. тат измерений будет недостоверным,Наиболее близким к предлагаемоу является фаэометр, содержащий формирователи импульсов, входы которых подключенысоответственно к опорному и измеритель. ному входам фазометра, а их выходы соединены с входами соответственно первого ивторого делителей частоты на два, выходыкоторых соединены с входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. выход которого соединен с входом элемента И, второй входкоторого соединен с выходом генератора импульсов эталонной частоты, первый и второйтриггеры выделения знака, третий триггервыделения знака, выход которого соединен суправляющим входом реверсивного счетчика, счетчик импульсов, вычитающий счетчик, три элемента ИЛИ, третий и четвертыйформирователи импульсов, триггер, триэлемента И и блок отсчета измерений,8 данном устройстве производится анализ длительности первого после сигнала"Пуск" временного интервала, если временной интервал больше половины периодаследования опорного сигнала, осуществляется обнуление ряда функциональных: узлов, необходимое для того, чтобы длительность всех последующих интерваловне превышала величины половины пе 5 10 15 20 25 ЗО 35 40 ответственно с Я- и й-входами триггера 10 выделения знака, вход формирователя 11 коротких импульсов соединен с входом задания калиброванного временного интервала фазометра и с третьим входом трехвходового элемента И, а выход формирователя 11 коротких импульсов соединен с й-входами второго делителя 5 частоты и реверсивного счетчика 12. 2 ил. риода. При таком принципе измерений частотный диапазон входных сигналов резко ограничен, так как емкость счетчика импульсов подбираетсяпо величине периода опорного сигнала, а флюктуация измерительного сигнала не должка превышать й 90,Кроме того, в фазометре, с целью повышения точности измерений при разности фаз вблизи О или 2 п, предусматривается блокирование измерений при пропадании одного из импульсов входных сигналов, что имеет место при флюктуации входного сигнала вблизи нулевой фазы. Введение дополнительных функциональных узлов, обеспечивающих исключение ложных отсчетов при пропадании импульсов, значительно усложнило устройство и снизило надежностьего работы.Целью изобретения является упрощение конструкции фазометра и расширение частотного диапазона входных сигналов,Указанная цель достигается тем. что в известном цифровом фаэометре, содержащем первый и второй формирователи импульсов, входы которых являются соответственно опорным и измерительным входами фазометра, а их выходы соединены соответственно с входами первого и второго делителей частоты на два В-входы которых соединены между собой, а их выходы соединены с входами элемента ИСКЛ ЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, содержащем также первый и второй элементы И, формирователь коротких импульсов и последовательно соединенные генератор импульсов эталонной частоты, трехвходовый элемент И и регистрирующий реверсивный счетчик, управляющий вход которого соединен с выходом триггера выделения знака, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с вторым входом трехвходового элемента И и с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с выходом первого и второго формирователей импульсов, э выходы - соответственно с Я- и В-входами триггера выделения знака, вход формирователя коротких импульсов соединен с входом кал иброванного временного интервала фэзометра и с третьим входом трехвходового элемента И, а выход формирователя коротких импульсов соединен с й-входами второго делителя частоты и реверсивного счетчика.Обеспечение измерения средних значений фазовых сдвигов в широком диапазоне частот при флюктуирующем измерительном сигнале с помощью аналогичных технических средств не обнаружено в известных цифровых фазометрах.На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого фазометра; на фиг.2 - временные диаграммы его работы,Устройство содержит первый формирователь 1 импульсов, второй формирователь 2 импульсов, генератор 3 импульсов эталонной частоты, первый делитель 4 частоты на два, второй делитель 5 частоты на два, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 6, трехвходовый элемент И 7, первый и второй элементы И 8 и 9, триггер 10 выделения знака, формирователь 11 коротких импульсов, регистрирующий реверсивный счетчик 12 импульсов.Вход первого формирователя 1 импульсов соединен с опорным входом фазометра, а вход формирователя 2 импульсов соединен с измерительным входом фазометра, выход первого формирователя 1 импульсов соединен с входом первого делителя 4 частоты на два, выход второго формирователя 2 импульсов соединен с входом второго делителя 5 частоты на два, Выходы первого и второго делителей 4 и 5 частоты на два соединены с входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И 8 и 9 и с вторым. входом трехвходового элемента И 7, первый вход которого соединен с выходом генератора 3 импульсов эталонной частоты. Вторые входы первого и второго элементов И 8 и 9 соединены с выходами соответственно первого и второго формирователей 1 и 2 импульсов. Выход трехвходового элемента И 7 соединен с входом регистрирующего реверсивного счетчика 12 импульсов, управляющий вход которого соединен с выходом триггера 10 выделения знака, Я-вход которого соединен с выходом первого элемента И 8, а его йвход соединен с выходом второго элемента И 9, й-входы первого и второго делителей 4 и 5 частоты и регистрирующего реверсивного счетчика 12 импульсов соединены с выхо 10 15 делителя 4 частоты на два; г - сигнал на 20 40 50 одного делителя и напряжение логической 25 30 дом формирователя 11 коротких импульсов, вход которого соединен с третьим входом трехвходового элемента И 7 и с входом калиброванного временного интервала фазометрэ,Нэ фиг.2 приняты следующие обозначения; э - импульсы на выходе первого формирователя 1 импульсов: б - импульсы на выходе второго формирователя 2 импульсов; распределение по времени которых отражает наличие флюктуации фазы и отображены ситуации, когда имеет место пропадание измерительного или опорного импульсов; в - сигнал на выходе первого выходе второго делителя 5 частоты на два; д- сигнал на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 6; е - сигнал на выходе триггера 10 выделения знака; ж - потенциал калиброванного временного интервала на входе фазометра,Устройство работает следующим образом,Фронтом перепада (фиг.2 ж) калиброванного временного интервала, поступающего на вход фазометра, запускается формирователь 11 коротких импульсов и на его выходе образуется короткий импульс напряжения, который обнуляет делителя 4 и 5 частоты на два и регистрирующий реверсивный счетчик 12 импульсов, устанавливая их в.исходное состояние. Входные сигналы 01 и 02 поступают на формирователи 1 и 2 импульсов, которые в моменты времени, соответствующие переходу указанных сигналов через нулевое значение в определенном направлении, например из отрицательной области в положительную, формируют импульсы (фиг,2 а, б, где для наглядности изложения все импульсы пронумерованы),которые поступают на входы соответственно первого и второго делителей 4 и 5 частоты на два. На выходе этих делителей частоты формируются перепады напряжения (фиг.2 в, г) длительностью, равной периоду входного сигнала, которые поступают на входы элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ б, при этом напряжения противоположного значения, т.е. напряжение логического нуля на выходе единицы на выходе другого делителя частоты, формируются только в интервалах времени, пропорциональных разности фазМежду входными Сигналами. На выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ появляется сигнал (фиг.2 д) логической единицы, если на одном из входов имеется сигнал логического нуля, а на другом входе - сигнал логической единицы, а при наличии на двух входах одинаковых сигналов эле 1709234мент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 6 вырабатывает сигнал логического нуля,Таким образом, на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 6 формируются положительные импульсы напряжения длительностью, пропорциональной разности фэз между входными сигналами.Для определения знака разности фаз импульсы с выхода элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 6 поступают на первые входы элементов И 8 и 9, на вторые входы которых поступают импульсы. с выходов соответственно первого и второго формирователей 4 и 5 импульсов.ПРи совпадении импульсов на входах элемента И 8 на его выходе формируется импульсный сигнал напряжения с уровнем логического нуля, который поступает на 3- вход триггера 10 выделения знака и устанавливает его в единичное состояние,Аналогично при совпадении импульсов на входах элемента И 9 на его выходе формируется импульсный сигнал, который устанавливает триггер 10 выделения знака в нулевое состояние,8 ыходной сигнал триггера 10 выделения знака управляет режимом работы регистрирующего реверсивного счетчика 12, при этом сигнал с уровнем логической единицы устанавливает в счетчике режим суммирования, а сигнал с уровнем логического нуля - режим вычитания.Для формирования пакетов импульсов эталонной частоты, пропорциональных разности фэз, сигнал с выхода элемента ИСКЛЮЧАЮЕЕ ИЛИ поступает на второй вход трехвходового элемента И 7, на другие входы которого поступают импульсы с выхода генератора 3 эталонной частоты и разрешающий потенциал калиброванного интервала времени.В результате на выходе элемента И 7 фОрмируются, пакеты положительных импульсов эталонной частоты в пределах калиброванного временного интервала, которые поступают на счетный вход регистрирующего реверсивного счетчика 12 импульсов.Совпадение импульсов на входе элемента И 8 происходит в том случае, когда опорный импульс с выхода формирователя 1 опережает измерительный импульс, сформированный формирователем 2 (момент 11, где импульс 1 опережает импульс 1).Аналогично сигнал на выходе элемента И 9 формируется при опережении измерительного импульса (момент 12, где импульс 3 опережает импульс 3 опорного сигнала). 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Таким образом, на выходе триггера 10 выделения знака формируются напряжения с уровнем логической единицы при запаздывании измерительного сигнала и с уровнем логического нуля при его опережении.При пропадании импульсов, т.е. когда в периоде входного сигнала отсутствуют импульсы другого сигнала, например между импульсами 3 и 4 (фиг,2 а) или между импульсами 5 и 6 (фиг.2 б) в предлагаемом устройстве не происходит потери информации, так как в этом случае измеряются временные интервалы между импульсами 3 и 3, 4 и 4, 5 и 5, 6 и 6 (фиг.2 д) с соответствующим знаком разности фаз.Число импульсов, накопленных в регистрирующем реверсивном счетчике 12 импульсов за время измерений, отнесенное к числу измерений, будет пропорционально среднему сдвигу фаз между входными сигналами.Таким образом, за счет введения новых связей и исключения частотно-зависимых функциональных узлов (узел анализа длительности первого временного интервала) предлагаемый фазометр обеспечивает ту же точность измерения, что и в известном фазометре, при одновременном упрощении конструкции фазометра и расширении его частотного диапазона. В известном фазометре счетчик числа импульсов настроен на частоту опорного сигнала, так как его емкость выбирается такой величины, чтобы импульс переполнения формировался через 1/2 периода опорного сигнала, а ограничение измеряемой фазы до 180 сужает пределы флюктуации до +90.В предлагаемом фазометре фаза измерительного сигнала может изменяться в пределах периода, вследствие чего допустимый диапазон флюктуации измерительного сигнала равен .180,Устройство может быть реализовано на типовых микросхемах, например на микросхемах серий 133 и 533:формирователи 1 и 2 - микросхеме 533 ТЛ 2; генератор 3 им-. пульсов на микросхеме 133 ЛА 7 с кварцевым резонатором; делители 4 и 5 частоты на два - на микросхеме 533 ТМ 2; элемент ИСКЛ ЮЧАЮЩЕ Е ИЛ И 6 - на микросхеме 533 ЛП 5; элемент И 7 - на микросхеме 533 ЛА 4; элементы И 8 и 9 - на микросхеме 53 ЗЛАЗ; триггер 10 рыделения знака - на микросхеме 533 ТМ 2; формирователь 11 коротких импульсов - на микросхеме 5 ЗЗАГЗ; реверсивный счетчик 12 импульсов - на микросхеме 133 ИЕ 7.Использование предлагаемого цифрового фазометра позволяет с помощью про. Ревская дактор Ю. Середа каз 422 ВНИИ Тираж ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открыт113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 при ГКНТ СССР Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина. 1 стих средств измерить среднее значение фазового сдвига в широком диапазоне частот, как как в нем нет частотно-зависимых функциональных узлов, при флюктуации измерительного сигнала в пределах +180, так как фаза измерительного сигнала может изменяться в пределах его периода и при этом сохраняется точность измерения.Формула изобретения Цифровой фаэометр, содержащий первый и второй формирователи импульсов, входы которых подключены соответственно к опорному и измерительному входам фазометра, а их выходы соединены соответственно с входами первого и второго делителей частоты на два, В-входы которых соединены между собой, а их выходы соединены с входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с первым входом одного из двух элементов И, а также формирователь коротких импульсов и последовательно соединенные генератор импульсов эталонной частоты, трехвходовыйэлемент И и регистрирующий реверсивныйсчетчик, управляющий вход которого соединен с выходом триггера выделения знака,5 о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюупрощения конструкции фазометра и расширения частотного диапазона, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен свторым входом трехвходового элемента И и10 первым входом второго элемента И, вторые входы обоих элементов И соединенысоответственно с выходами первого и. второго формирователей импульсов, а выходы соответственно с Я- и й-входами т риг 15 гера выделения знака, вход формирователякоротких импульсов соединен с входом калиброванного временного интервала фазометра и с третьим входом трехвходовогоэлемента И, а выход формирователя корот-20 ких импульсов соединен с В-входами второго делителя частоты и регистрирующегореверсивного счетчика,