Цифровой фазометр среднего значения

Союз СоветскнкСоцнапистнческнзРеспубпнк ОП ИСАНИЕ ИЗОВГИтВНИа и 930156 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51)М, Кл. С 01 Й 25/00 ВЬеударсткннцй кемвтвт СССР вв делам изобретений и аткрмтвв(72) Авторы изобретения Опытно-конструкторское бюро специального физическогоприборостроения при Воронежском политехническом институте(54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ Изобретение относится к радиоизмарительной и вычислительной технике и может быть использовано в радионавигационных устройствах, а также в устройствах автоматики и вычислительной техники.Известен цифровой фазометр с постоянным измерительным временем, содержащий формирующие устройства, триггеры, времязадающий блок, элементы совпадений, генератор счетных им,10 пульсов, индикаторный счетчик, делители частоты, дешифраторы, элементы пуска с синхронизацией Г)2.Это устройство предназначено в1 основном для работы с сигналами в низкочастотной области йне может быть использовано в среднечастотной (порядка сотен килогерц) по причине существенного увеличения ошибки квантования временных интервалов, пропорциональных сдвигу фаз контролируемых сигналов, прн постоянном времени измерения. 2Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения разности фаз, содержащее два формирующих бло" ка, выходы которых соединены со входом триггера, подключенного выходом к первому входу элемента И, второй вход которой соединен с выходом генератора квантующих импульсов, а выход - со счетчиком, делитель часто-, ты, вход которого соединен с одним из двух Формирующих блоков непосредст" венно, а с другим - через упомянутый триггер, а выход соединен со входом второго триггера, подключенного выходом ко входам первого и второго элементов И,а также третий формирую-. щий блок, имеющий общий вход со вто- рым, а выходом подключенный через третий триггер ко входу второго элемента И, второй вход которого соединен с генератором квантующих импульсов, а выход - со вторым Счетчиком, выходы обоих счетчиков через ариф 3 930метический блок подключены к общемувыходу 2 .Наряду с известными достоинствами цифрового метода измерения среднего значения, сдвига фаз за постоянное число периодов контролируемогосигнала известный Фаэометр имеетограниченную полосу рабочих частоти существенную погрешность измерения в области средних частот, Этоможно объяснить тем, что при измерениях сдвигов фаз отношения числаквантующих импульсов, заполняющихп-периодов контролируемых сигналов,к числу квантующих импульсов, заполняющих временные ийтервалы, пропорциональные сдвигу фаз, оказываются неэквивалентными на низких 1 порядка сотен герц) и высоких (порядка сотенкилогерц) частотах контролируемыхсигналов, Это связано прекде всего стем, что при фиксированной частотегенератора квантующих импульсов ошибка квантования временных интерваловсущественно возрастает с увеличением частоты контрблируемых сигналов идля расширения полосы рабочих частоти уменьшения погрешностй измерениясдвига фаз контролируемых сигналов вобласти средних частот необходимоувеличивать частоту квантующих импульсов. Однако при увеличении частоты генератора квантующих импульсов визвестном Фазометре для нормальнойработы устройства в области низкихчастот требуется организация. многоразрядного арифметического блока,что .Существенно усложняет Фазометр.Устранить указанный недостаток можновведением в Фазометр блока, позволяющего автоматически выбрать частотуквантующих импульсов.краткую частоте контролируемого сигнала.,Цель изобретения - повышение точности,Поставленная цель достигается тем,что в устройство, содержащее первыйи второй формирующие блоки, выходыкоторых соединены с соответствующимивходами первого триггера, подключенного к первому входу первого элемента И, второй вход которого соединенс выходом генератора, а третий - свыходом второго триггера, вход которого подключен к выходу первого делителя частоты, первый счетчик, входкоторого соединен с выходом первогоэлемента И, второй счетчик, вход которого соединен с выходом второго 156 4элемента, И, введены третий элемент И, одиниз входов которого подключен к выходу второго формирующего блока, а выход - ко входу второго счетчика, первый синхронизирующий блок, первый вход которого является входом пуска, второй соединен с выходом второго триггера, второй синхрониэирующий блок, первый вход кбторого соединен 10 с выходом первого синхронизирующегоблока, второй - с выходом второго формирующего блока,а выход - с соответствующими входами первого и второго элементов И, времязадающий блок, 1 З вход которого подключен к выходу первого синхронизирующего блока, а выходы - к третьему элементу И и второму синхронизирующему блоку соответственно, элемент НЕ, щ-канальный селектор мультиплексор и второй делитель частоты, вход которого соединен через элемент НЕ с выходом генератора, а выходы - со входом времязадающего блока и управляющими входами а-каналь ного селектора-мультиплексора, инФормационные. входы каналов которого соединены соответствующим образом с выходами второго счетчика, а выходс четвертым входом первого элемен- ЗО таИНа чертеже показана блок-схема цифрового фаэометра среднего значения, поясняющая его работу.Устройство состоит из формирующих блоков 1 и 2, выходы которых подключены к входам триггера 3, триггер 4, выход которого подключен к одному из входов элемента И 5,элемента И би 7,соответствующие входы которых непосредственно соединены с выходом 40Формирующего блока 2, а выход элемента И подключен непосредственно к входу делителя 8 частоты на (и + 1), выход которого соединен с входом триггера 4, второй делитель 9 кванту- ющей частоты, счетчик 10, вход которого подключен к выходу элемента И 5, счетчик 11, подключенный к выходу элемента И 7, генератор 12 квантующих импульсов, выходы которого подключены к одному из входов элемента И 5 и через элемент НЕ 13 к выходу делителя 9 квантующей частоты, й-канальный селектор, мультиплексор 14, управляющие входы которого подключены к выходам делителя 9, а информационные входы каналов соединены соответствующим образом с выходами счетчика 11. Выход Е-канального селекто5 9301ра мультиплексора подключен к входуэлемента И 5.Фаэометр содержит. также времязадающий блок 15, один иэ входов которого подключен к выходу, делителя 9 5квантующей частоты, а второй - к выходу первого синхронизирующего блока 16, второй выход. которого соединен с входом второго синхронизирующего блока 17, а вход - с внешним вхо- Одом пуска. Выход синхронизирующегоблока 17 подключен к входам элементов И 5 и 6, а второй и третий входы - к выходам времязадающего блока15 и формирующего блока 2 соответст- звенно.Работает устройство следующим образом.В исходном состоянии .счетчики 10и 11 делитель 8 частоты на (и + 1)находятся в нулевом состоянии, триггер 4 - в единичном состоянии, всинхрониэирующие блоки 16 и 17 выключены, блокируя тем самым прохождениеимпульсов контролируемых сигналов на 2 Звход счетчика 11, через элемент И 7и импульсов квантующей частоты навход счетчика 1 О через элемент И 5.С приходом разрешанщего импульса пуска включается первый синхронизирующий 0блок 16, подготавливающий к работевторой синхронизирующий блок 17 иосуществляниций запуск времяэадающегоблока 15, в котором из послецовательности импульсов частотыД , посту- цпающих с выхода делителя 9 квантующихимпульсов, вырабатывается импульс скалиброванной длительностью й 1,нбвд,В течение времени Сцдрзлемент И 7пропускает импульсы с выхода формиру 0ющего блока 2 на вход счетчика 11, вкотором запоминается код контролируемой частоты, т. е,ПЕа , мп=оОб Ргде Х 1 - п-ая контролируемая частотаа - О 1 в зависимости от лощ Э Ю0гического состояния разрядов счетчика 11;2 - вес й-ого разряда счетчиП 7ка 11.С окончанием импульса йс 11 р и с приходом очередного импульса с выхоЫ да формирующего блока 2 срабатывает второй синхронизирующий блок 17, осу.", ществляющий синхронизацию начала сче 56 .6та числа квантующих импульсов, заполняющих сформированные. триггером Э вре менные интервалы ЬС, пропорциональные сдвигу фаз контролируемых сигналов, по переднему фронту импульса контролируемого опорного сигнала 11. При этом одновременно открывается эле мент И 6, пропуская на вход делителя 8 частоты на (и + 1) импульсы контролируемой частоты с выхода формирующего блока 2.Частота квантующих импульсов выбирается автоматически в процессе поступления импульсов контролируемой частоты Е в счетчики 1 й-канальиным селектором-мультиплексором 14, подключенным выходом к элементу И 5 Информационные входы каналов й-канального селектора-мультиплексора 14 соединены между собой и с выходами счетчика 11 таким образом,. что при подключении соответствующих каналов квыходу й-канального селектора-мультиплексора 14 с помощью управляющегодвоичного кода, получаемого в процессе деления частоты Го генератораквантующих импульсов делителя 9 квантующей частоты, выход его непрерывноотображает состояние информационныхканалов в виде логических состоянийа счетчика 11. При этом совпадающиево времени разрешенные (единичные)состояния выхода й-канального селектора-мультиплексора 14 и импульсыгенератора квантующих импульсов частотыпроходят через элемент И 5 иподсчитываются. счетчиком 10,При поступлении на вход делителя8 частоты на и + 1) и + 1)-ого им"пульса срабатывает триггер 4, эапрещая прохождение "пачек" счетных импульсов через элемент И 5, а на вы- ,ходе счетчика 10 фиксируется код,соответствующий фазовому сдвигу контролируемых сигналов,Для любой контролируемой частотычастота заполнения временных инитервалов й Ц, пропорциональных фаэовому сдвигу, синтезированная й-канальным селектором-.мультиплексором4 и импульсами генератора квантующих импульсов частоты Г, описывается выражениеу е б,оСИнт 1 и 1:О Ч.Для получения кратности, равнойО"между последовательностью6 8что недостижимо для аналогичных устройств. Формула изобретения Цифровой фазометр среднего значения, содержащий первый и второй формирующие блоки, выходы которых соеди-.нены с соответствующими входами первого триггера, подключенного к первому входу первого элемента И, второйвход которого соединен с выходом генератора, а третий - с выходом второго триггера, вход которого подключенк выходу первого делителя частоты,первый счетчик, вход которого соединен с выходом первого элемента И,второй счетчик, вход которого соединен с выходом второго элемента И,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности в неговведены третий элемент И, один извходов которого подключен к выходувторого формирующего блока, а выходко входу второго счетчика, первыйсинхронизирующий блок, первый входкоторого соединен с источником сигнала "Пуск", второй - с выходом вто-рого триггера, второй синхронизирующий блок, первый вход которого соединен с выходом первого синхронизирующегоблока, второй - с выходом второго формирующего блока, а выход - ссоответствующими входами первого ивторого элементов И, времязадающийблок, вход которого подключен к выходу первого синхронизирующего блока, авыходы - к третьему элементу И и второму синхронизирующему блоку соответственно, элемент НЕ, е-канальный селектор-мультиплексор и второй делитель частоты, вход которого соединенчерез элемент НЕ с выходом генератора, а выход - со входом времязадающего блока и с управляющимивходами В-канального селектора-мультиплексора, информационные входы каналов которого соединены соответствующим образом с выходами второго счетчика, а выход - с четвертым входомпервого элемента И.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРР 607163, кл. С 01 Й 25/08, 1976.2. Авторское свидетельство СССРФ 402827, кл. С О 1 Й 25/00, 1973. пропорциональное сдвигуфаз контролируемых сигна лов;Х - число периодов контролируемых .сигналов, в течение которых осуществляется измерение; 30 дС "-й - временной интервал, соотЭветствующий фазовомусдвигу контролируемых сигналов;Т - период контролируемых сигзналов.Изобретение сравнительно простыми средствами устраняет недостаток изве-. стных цифровых фазометров и позволяет путем автоматического выбора частоты 40 квантующих импульсов, краткой частоте контролируемого сигнала, устранить погрешность измерения фазы связанную с неоднократностью частот квантующих рабочих частот, Кроме того, предлагае-, мый фазометр позволяет дополнительно в процессе работы устройства вести цифровой контроль частоты, на которой производится измерение среднего значения фазы, что выгодно отличает его от 0 известных.Экспериментальная проверка макета показала точность среднего значения фазы контролируемых сигналов в диапазоне частот от 10 Гц до 0,5 МГц без диапазонной перестройки фазометра,7 93015импульсов синтезированной частоты иконтролируемой, частота генератораквантующих импульсов должна быть выбрана как оХ6г 1, опах3где К - максимальная частота контролируемых сигналов,равная числу импульсов,полностью заполнившихсчетчик 11 за время 1,15 фВМ - число периодов контролируемых сигналов, но осуществляется усреднениеФазы;К - коэффициент, определяющий 1 зточность изменения фазы,Цифровой фазометр среднего значения реализует известную Формулуо ЗЬЮ" "1 д;9 Мдв20где ЛП - число импульсов, подсчитанное счетчиком 10 и930156 оставитель С. МорозовехРеД Л.ПекаРь КоРРектоР В. Синицкая Лазаре едакт аз 3459/57 Патент" жгород, ул. Проектн Тираж 719 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и. открытий 3035, Москва, 3-35, Раущская иаб., дъ 4/5