Цифровой фазометр

Союз СоветскииСоциалистическиеРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУив делан изобретений и открытий(71) Заявитель Московский институт электронной техники(54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР 1Изобретение относится к измерительной технике и может найти применениепри создании цифровых фазометров повышенной точности, а также высокоточныхвходных преобразователей фаза-код дляуправляющих цифровых вычислительныхсистем.Известен цифровой фаэометр, содержащий усилители-формирователи, триггеры,счетчик с индикацией, дополнительный1 осчетчик, ключ, генератор импульсов, элемент совпадения, вентиль и элемент задержки, в котором устранены сбои, обусловленные неустойчивой работой триггера при малых значениях фазовых углов 11Недостатками данного фазометра являются невозможность различать значения.фазовых углов, находящихся внутри эонынеустойчивой работы триггеров, а также юнизкая точность измерений в условияхшумов,Известен цифровой фазометр, содержащий триггерный преобразователь аналог 2код, состоящий из двух формирователей импульсов, триггеров и ключа, выход которого подключен к счетчику, блок коррекции результатов измерений, блок анализа области значений измеряемого сдвига фаз блок управления формирователем преобразователя аналог-код, вход которого соединен с выходом одного из формирователей преобразователя аналогкод, а выход - с управляющим входом другого формирователи и счетчика, при этом входы блока анализа подключены к выходам первых трех декад счетчика, его выход - к управляющему входу блока управления формирователем, входы блока коррекции соединены с выходами двух последних декад счетчика и с выходом преобразователя аналот-код, а выход блока коррекции подключен к входам двух последних декад счетчика. Известный фазометр работает по принципу постоянного измерителвного времени 213 9381Недостатками фаэометра явля котся зависимость величины областей измеряемого сдвига фаз от частоты входных сигналов, вследствие чего уменьшается точность измерения при наличии шумов, что приводит к необходимости сужать диапазон частот входных сигналов, а также резкое снижение точности измерения при наличии нелинейных искажений входных сигналов, обусловленного однополупери одным принципом формирования фазовых интервалов.Пель изобретения - повышение точности измерения.15Поставленная цель достигается тем, что в цифровой фаэометр, содержащий первый и второй формирователи, три триггера, четыре ключа, счетчик, элемент ИЛИ и генератор тактовых импульсов, ввход первого триггера соединен с первым входом первого ключа, введены сдвиговый регистр умножитель частоты, четыре формирователя, два управляемых инвертора, блок синхронизации, выходной регистр и инвертор, причем первый выход первого формирователя подключен к первому входу первого управляемого инвертора, выход второго формирователя соединен с первым входом сдвигового регистра, входом ум 30 ножителя частоты и входами шестого и пятого формирователей выход первого управляемого инвертора подключен ко входам третьего и четвертого формирователей, второй выход первого формирователя соединен с первыми входами второго и третьего ключей, при этом выход сдвигового регистра подключен к второму входу третьего ключа, и, через инвертор, к второму входу второго ключа, выход умножителя частоты соединен с вторым входом сдвигового регистра, выход второго ключа подсоединен к первому входу второго триггера, а выход третьего ключа, соединен с вторым входом второго трнггера, выход которого подключен к вторым входам обоих управляемых инверторов, выход четвертого формирователя соединен с первым входом третьего триггера, а выход пятого формирователя - с вторым входом того же триггера н первым входом блока синхронизации, выход третьего триггера подключен к первому входу четвертого ключа, первый выход генератора тактовых импульсов соединен с вторым входом блока синхронизации, и второй выход генератора тактовых импульсов подключен к второму входу первого ключа, а третий выход - к второму входу четвертого ключа, выход первого ключа подсоединен к первому входу элемента ИЛИ, а выход четвертого ключа - к второму входу элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу первого разряда счетчика, первый выход блока синхронизации соединен с третьими входами первого и четвертого ключей, второй выход - с входом записи выходного регистра, третий выход - с входом установки в нуль счетчика, в четвертый выход с третьими входами второго и третьего ключей, выходы счетчика с ( М - и +1)-го по ( и -1)-й подключены к входам выходного регистра с 1-го по (и -1)-й соответственно, а в-й выход счетчика соединен с первым входом второго управляемого инвертора, выход которого подключен к и-му входу выходного регистра,На чертеже изображена структурная схема цифрового фазо метра.Фазометр содержит усилители-ограничители 1 и 2, компараторы 3 и 4, формирователи 5-9 импульсов, инвертор 10, сдвиговой регистр 11, умножитель 12 частоты, ключи 13-16, триггеры 17-19, управляемые инверторы 20 и 21 генератор 22 импульсов, формирователь 23последовательностей счетных импульсов,блок 24 синхронизации, элемент ИЛИ 25, счетчик 26 и вькодной регистр 27, генератор 22 импульсов и формирователь 23 последовательностей счетных импульсов образуют генератор 28 тактовых импульсов, первый формирователь 29 импульсов представляет из себя последовательное соединение усилителя-ограничителя 1 компаратора 3 и формироватеця5 коротких импульсов, второй формирователь 30 импульсов представляет иэсебя последовательное соединение усилителя-ограничителя 2 и компаратора 4. Устройство работает следукюцим образом.На входы фазометра подаются напряжения синусоидальной формы Х 1 и Х 2, сдвиг фазы между которыми необходимо измерить, причем напряжение Х 2 счита ется опорным.Входные сигчалы, проходя через усилители-ограничитеди 1 и 2, усиливаются и симметрично ограничиваются по амплитуде С помощью компараторов 3 и 4 происходит преобразование входных сигналов и напряжения прямоугольной формы. Полный диапазон значений измеря938197 емого сдвига фазыразбивается надве области:1) 0 +90 и 2) 180 +90",Область, в которую попадает 9 к, определяется в течение первого периодаопорного сигнала Х 2, когда блок 24синхронизации снимает блокировку ключей 13, 14. Ключи 18, 16 и этот момент заблокированы,формирователь 5 коротких импульсоввыдает короткий импульс в момент появления переднего фронта сигнала Х 1.Этот импульс попадает на первые входыключей 13, 14, На вторые входы ключей13 и 14 с выхода сдвигового регистра11 подается сигнал Х 2, сдвинутый на1/4 периода, причем на второй ключ 13через инвертор 10,На тактовый вход сдвигового регист вра 11 поступают импульсы с частотойследования , сформированные умножителем 12 частоты из сигнала Х 2, причем, если Г = 1 в. 16, то выходом сдвигового регистра 1 1 служит выход чет- Ивертого разряда регистра. В этом случаеколебания границ областей происходятв пределах 1/16 периода входных сигналов независимо от частотыи практически не оказывает влияния на точностьаизмерения,Таким образом, если 9 находится впервой области, импульс, пройдя черезвторой ключ 13, попадает на первыйвход второго триггера 17. При нахождении 9 к во второй области импульс попадает на второй вход второго триггера17 через третий ключ 14. Второй триггер 17 хранит признак области до следующего цикла измерения,Начиная с второго периода опорного сигнала происходит измерение. При этом, если находится в первой области, сигнал Х 1 проходит через первый управляемый инвертор 20 без инверсии и попадает на входы формирователей 6, 7 импульсов. Сигнал Х 2 попа пает на вхопы формирователей 8, 9 импульсов. Формирователи 6 и 8 вырабатывают импульсы, привязанные к пере ппим фронтам сигналов Х 1 и Х 2, аформи 50 рователи 7 и 9-к запним фронтам. Тригге ры 18 и 19 формируют фазовые интервалы и управпяют ключами 15, 16 которые в этот момент разблокированы. На вторые входы ключей 18, 16 пос 55 тупают последовательности счетных имО пульсов, сдвинутых по фазе на 180 друг относительно друга. Пройдя через ключи 15 и 16 этипоследовательности попадают на элементИЛИ 25 и далее на тактовый вход счетчика 26.По окончании интервала измеренияблок 24 синхронизации блокирует ключи16, 15, вырабатывает строб записисодержимого счетчика в выходной регистр 27 и обнуляет счетчик 26. Еслинаходится в первой области, то последний разряд кода результата измеренияй передается через второй управляемыйинвертор 21 без инверсии.С начдлом ближайшего периода опорного сигнала происходит следующийцикл измерения,Если Чк находится во второй области,то сигнал Х 1 инвертируется первым управляемым инвертором 20, что эквива.ентно внесению дополнительного фазового сдвига в 180 .Для компенсации внесенного фазовогосдвига старцшй разряд кода й инвертируется вторым управляемым инвертором 21,фазовая характеристика цифровогофазометра непрерывна в пределах от:-180 Р соответствует значение кодаКх О, а значению Ч .180 о значениекода й = й ,Повышение точности измерений примальх отношениях сигнал-шум достигается тем, что обработка сигналов производится вблизи середины непрерывногоучастка фазовой характеристики при любыхзначе.;.;а влияние нелинейных искажений значительно уменьшается засчет использования двухполупериодногометода обработки,формула изобретения Цифровой фазометр, содержащий первый и второй формирователи, три триггера четыре ключа, счетчик, элемент ИДИ и генератор тактовых импульсов, выход первого триггера соединен с первым входом первого ключа, о т л и ч а ю ш и й - с я тем, что, с целью повышения точности измерений,в него введены сдвиговый регистр, умножитель частоты, четыре формирователя, два управляемых инвертора, блок синхронизации, выходной регистр и инвертор, причем первый выход первого формирователя подключен к первому входу первого управляемого инвертора, вы 7 9381 ход второго формирователя соединен с первым входом сдвигового регистра, входом умножителя частоты и входами шестого и пятого формирователей, выход первого управляемого инвертора подключен к входам третьего и четвертого формирователей, второй выход первого формирователя соединен с первыми входами второго и третьего ключей, при атом Выход сдвигового регистра подключен к второму входу третьего ключа и чеоез инвертор к второму входу второго ключа, выход умножителя частоты соединен с вторым входом сдвигового регистра, выход второго ключа подсоединен к первому входу второго триггера, а выход третьего ключа соединен с вторым входом второго триггера, выход которого подключен к вторым входам обоих управляемых инверторов, выход четвертого формирова тели соединен с первым входом третьего триггера, а выход пятого формирователяс вторым входом того же триггера и первым входом блока синхронизации, выход третьего триггера подключен к первому 5 входу четвертого ключа, первый выход генератора тактовых импульсов соединен с вторым входом блока синхронизации, второй выход генератора тактовых импульсов подключен к второму входу пер- Зо 97 8вого ключа, а третий выход - к второмувходу четвертого ключа, выход первогоключа подсоединен к первому входу элемента ИЛИ, а выход четвертого ключак второму входу элемента ИЛИ, выходкоторого подключен к входу первогоразряда счетчика, первый выход блокасинхронизации соединен с третьими входами первого и четвертого ключей, второй выход - с входом записи выходногорегистра, третий выход - с входом установки в ноль счетчика, а четвертый выход - с третьими входами второго и третьего ключей, выходы счетчика с ( м- и++1)-го по (и)-й подключены к входамвыходного регистра с 1-го по ( И -1)-йсоответственно, а ю-й выход счетчикасоединен с первым входом второго управляемого инвертора, выход которогоподключен к и -му входу выходногорегистра. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР473120, кл. 501 Й 25/00,17.07.73,2. Авторское свидетельство СССР421947, кл, 501 К 25/08,03,01,72.