Цифровой фазометр

СОЮЗ СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ. РЕСПУБЛИН 9) УА ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ Р 638 (прот (54)( щий у второ АРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР М ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВф(21) 3414078/18-21(,56) 1. Авторское свидетельство СССРВ 822076, кл. 0 01 В 25/00, 1981. "2. Авторское свидетельство СССР139, кл. 0 01 В 25/08, 1979отип),57) ЦИФРОВОИ ФАЗОМЕТР, содержаправлякщий:триггер, первый ий элементы ИЛИ, три элемента .И, счетчик импульсов первого времен- ного интервала, блок отсчета числа,измерений, регистрирующий счетчик,генератор квантующих импульсов,триггер, первый и второй формирователи импульсов, входы которых подключены соответственно к измерительйойи опорной шинам устройства, а выхо-.ды первого и второго формирователейимпульсов соединены соответственнос первым и вторым входами тригге"ра, выход которого подключен к .первым входам первого элемента И иблока отсчета числа измерений, второй вход которого соединен с уста-.новочным входом регистрирующегосчетчика и с пусковой шиной устройства, второй вход первого элементаИ подключен к выходу генератора. квантующих импульсов и к первомувходу второго элемента И, третийвход первого элемента И соединен свыходом блока отсчета числа измере"ний, а выход первого элемента Иподключен к входу регистрирующегосчетчика, выход второго элементаИ соединен с входом счетчика импульсов первого временного интервала, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения быстродействия, в него введены триггер выделения первого временного интервала,блок элементов И-ИЛИ, запоминающий регистр, а счетчик импульсов первого временного интервала выполнен реверсивным, регистрирующий счетчик содержит делитель частоты, второй элемент ИЛИ и накопитель, причем вход регистрирующего счетчика сое" динен с входом делителя частоты, выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ и с выходом третьего элемента И, а выход второго элемента ИЛИ подключен к входу накопителя, установочный. вход которого соединен с установочными входами делителя частоты ирегистрирующего счетчика, выходтриггера соединен с вторым входом второго элемента И и первыми входа" ми управляющего триггера и триггера выделения первого временного интервала, второй вход которого подклю-, чен к первому входу блока элементов И-ИЛИ, установочному входу триггера и пусковой шине устройства, инверсный выход триггера - к пусковой шине устройства, инверсный выход триггера выделения первого временного интервала соединен с первым управляющим входом блока элементов И-ИЛИ, выход триггера выделения первого временного интервала подключен к управляющим входам управляющего триггера, блока отсчета числа измерений, счетчика импульсоВ . первого временного интервала, к входу запоминающего регистра,.к вто рому управляющему входу блока элементов И-ИЛИ, первые и вторые информационные входы которого соединены соответственно с шинами установки начального кода устройства и с выходами апоминающего регистра, а информационные выходы и выход блока элементов И-ИЛИ соединены соответственно с установочными входами и входом разрешения установки счетчи1041954 ка импульсов первого временногоинтервала, выход переполнения которого подключен к второму входу первого элемента ИЛИ, а информационныевыходы счетчика импульсов первоговременного интервала соединены с,информационными входами запоминаю"щего регистра, второй вход управляю 1Изобретение относится к электрическим и магнитным измерениям и можетбыть использовано для измеренияразности фаз между двумя гармоническими сигналами при наличии помех и возможном прерывании одногоиэ сигналов,Известно устройство для измерения разности Фаз, содержащее фазо"цифровой преобразователь, счетчик, 10цифровой накопитель, блок отсчета,блок коррекции 11 .Недостатком данного устройстваявляется его конструктивная сложность, обусловленная необходимостьюопределения разности между результатами измерения разности фаэ в пер.вом периоде исследуемых сигналови результатом, полученным в каждомйоследующем периоде, и сравнениякода, соответствующего абсолютнойвеличине разности, с фиксированнымкодом. Операции вычитания и сравнения параллельных кодов приводят ксущественному усложнению аппаратуры,Наиболее близким к предлагаемому является цифровой фазометр,содержащий первый и второй формиро".ватели импульсов, входы которыхподключены соответственно к измерительной и опорной шинам, триггер, 30три элемента И, два элемента ИЛИуправляющий триггер, генератортактовых импульсов, регистрирующийсчетчик, блок выделения первого интервала времени, дополнительный 35счетчик 2 .Недостатком известного устройства является большое время измерения разности фаз, обусловленное формированием временных интервалов, 40фпропорциональных разности фаз У+ЗбО,во всех случаях, когда длительностьпервого временного интервала больше половины периода следования опорного и приемного сигналов. Так касдвигу фаз 360 ф соответствует временной интервал, равный длительности периода исследуемых сигналов, тоизмеряемые временные интервалы,заполняемые квантующими импульсами,больше временных интервалов, проо щего триггера соединен с выходомпервого элемента ИЛИ, а выход управляющего триггера подключен кпервому входу третьего элемента И,второй вход которого соединен свыходом второго формирователя импульсов и с вторым входом блока элемЕнтов И-ИЛИ. 2порциональных разности фаэ,ф , навеличину длительности периода, чтоувеличивает общее время измеренияв два раза.Цель изобретения - повышениебыстродействия.Поставленная цель достигаетсятем, что в цифровой фазометр, содержащий управляющий триггер, первый и второй элементы ИЛИ, три элемента И, счетчик импульсов первоговременного интервала, блок отсчетачисла измерений, регистрирующийсчетчик, генератор квантувщихимпульсов, триггер, первый и второй формирователи импульсов, входы которых подключены соответственно кизмерительной и опорной шинам устройства, а выходы первого и второго Формирователей импульсов соединены соответственно с первым и вторым входами триггера, выход которого подключен к первым входам первого элемента И и блока отсчета числа измерений, второй вход которого соединен с установочным входом регистрирующего счетчика и с пусковой шиной устройства, второй вход первого элемента И подключен к выходу генератора квантующих импульсов и к первому входу второго элемента, И, третий вход первого элемента И соединен с выходом блока отсчета числа измерений, а выход первого элемента И подключен к входу регистрирующего счетчика, выход второго элемента И соединен с входом счетчика импульсов первого временного интервала, введены триггер выделения первого временного интервала, блок элементов И-ИЛИ, запоминающий регистр, а счетчик импульсов первого временного интервалавыполнен реверсивным, регистрирующий счетчик содержит делитель частоты, второй элемент ИЛИ и накопитель, причем вход регистрирующего счетчика соединен с входом делителя частоты, .выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ и свыходом третьего элемента И, авыход вгорого элемента ИЛИ подклю-чен к входу накопителя, установочный вход которого соединен с устано-вочными входами делителя частоты ирегистрирующего счетчика, выход триггера соединен с вторым входом второго элемента И и первыми входамиуправляющего триггера и триггеравыделения первого временного интервала, второй вход которого подклю- . Ючен к первомувходу блока элементовИ-ИЛИ, установочному входу триггераи пусковой шине устройства, инверсный выход триггера - к пусковой шинеустройства, инверсный выход триггера 15выделения первого временного интер-,вала соединен с первым управляющимвходом блока элементов И-ИЛИ, выходтриггера выделения первого временного интервала подключен к управляю":. ;рщим входам управлякщего триггера,блока отсчета числа измерений, счетчика импульсов первого временногоинтервала, к входу запоминающегорегистра, к второму управляющему входу блока элементов И-ИЛИ, первые ивторые информационные входы которо"го соединены соответственно с шинами установки начального кода устройства и с выходами запоминающегорегистра, а информационные выходы .и выход блока элементов И-ИЛИ соединены соответственно с установочными входами и входом .разрешения установки счетчика импульсов первоговременного интервала, выход переполненйя которого подключен к второму входу первого элемента ИЛИ, аинформационные выходы счетчика им-пульсов первого временного интерва+ла соединены с информационными : 4 Овходами запоминающего регистра, вто.рой вход управляющего триггера соединен с выходом первого элементаИЛИ, а выход управляющего триггера.,подключен к первому входу тРетьего 45элемента И, второй вход которогосоединен с выходом второго формирователя импульсов и с вторым входомблока элементов И-ИЛИНа фиг. 1 изображена структурнаясхема цифрового фазометра; нафиг. 2 - временные диаграммы.Фазометр состоит из первого фор"мирователя 1 импульсов, на входкоторого поступает напряжение исследуемого сигнала, второго формирова 55теля 2 импульсов, на его входподается напряжение опорного сигнала,триггера 3, Первого элемента И 4,.:регистрирующего счетчика 5, триггера б выделения первого временйо." 60го интервала, блока 7, отсчетачисла измерений, генератора 8 квантующих импульсов, второго элементаИ 9, блока 10 элементов И-ИЛИ,счетчика 11 импульсов первого вре- А 5 менного интеРвала, запоминающего.регистра 12, упранляющего триггера13, элемента И 14, первого элемента ИЛИ 15, делителя 16 частоты,второго элемента ИЛИ 17, наколителя 18.Временные диаграммы, иллюстрирующие работу фазометра графически изображают: 0 - импульсы на выходе первого формирователя 1;д - импульсы на выходе второго фор.миронателя 2; б - импульсы на выходе триггера 3; Ъ - сигнал на выходе триггера б выделения первоговременного интервала;- импуль-.сы на выходе первого элемента И 4;в - импульсы на выходе управляющеготриггера 13; ж - импульсы на выходе третьего элемента И 14;- импульсы на выходе второго элементаИ 9; и - импульсы на выходе первого элемента ИЛИ 15.Устройство работает следующимобразом.Измерение разности фаз производится попериодам исследуемыхсигналов, причем н делителе 16 частоты регистрирующего счетчика 5фиксируется величина дробной частипериода, а в накопителе 18 - целое.число периодов.ФоРмирование временного ннтернала, пропорционального разностифаз, производится от импульса исследуемого сигнала до опорного импульса, а регистрирующий счетчик 5является вычитающим. Прерывание исследуемого сигнала приводит к останонке счета и запоминанию промежуточного результата, а при появлении исследуемого сигнала измерениепродолжается.По сигналу "Пускф триггеры 3,6и управляющий триггер 13, накопитель .18, делитель 16 частоты и блок 7отсчета числа измерений устанавливаются н исходное состояние и сигналом, поступающим с инверсноговыхода триггера б, разрешается прохождение кода с шин установки начального кода через блок 10 элементовИ-ИЛИ на установочные входы счетчика11, на вход разрешения установкикоторого поступает сигнал "Пуск",также прошедший через блок 10. Всчетчик 11 записывается неличинаН/2. 1 определяется из условияМ: Т/1,гдей - Ц - емкость счетчика 11;Т - период следованияопорного и исследуе- .мого сигналов;- период следованиякнантующих импульсов.По окончании сигнала "Пускф короткие импульсы, сформированиыепо положительным переходам черезнуль входных сигналов, с выходовФормирователей 1 и 2 ( Фиг. 2 а,б)поступают на входы триггера 3, ко"тарый вырабатывает импульс первоговременного интервала фиг. 2 в).Этот импульс открывает элемент И 9и квантующие импульсы с выходагенератора 8 в течение интервалавремени С - 1 поступают на входсчетчика 11 фиг. 2 з ), которыйработает на вычитание. После окон-чания импульса первого временногоинтервала элемент И 9 закрывается,а в счетчике 11 Фиксируется величина К/2-И, где и - количествоквантующих импульсов, прошедшихчерез элемент И 9 в течение первого 15временного интервала.По заднему фронту импульса,сформированного триггером 3, срабатывает триггер 6, сигналом с инверсного выхода которого запрещается 20прохождение через блок 10 сигналов,поступающих по шине "Нускф и пошинам установки начального кода.Поло:хительным перепадом с выходатриггера 6 фиг. 2 г) запускаетсяблок 7 отсчета числа измерений, который снимает блокировку с первогоэлемента И 4, "и производится перепись содержимого счетчика 11 в запоминающий регистр 12. Потенциаломс прямого выхода триггера 6 раэрешается работа управляющего триггера13, счетчик 11 переключается дляработы на сложение, а блок 10 элементов И-ИЛИ открывается для прохождения сигналов с выхода второго 35формирователя 2 и с информационныхвыходов регистра 12 на входы счетчика 11. Импульсом следующеговременного интервала, формируемоготриггером 3, открывается первый и 40второй элементы .И 4 и 9, и квантующие импульсы в течение интервала времени С "14 фиг. 2 д,з) поступаютв счетчики 5 и 11. По переднемуФРОнту ульса поступающеГО 45выхода триггера 3 фиг, 2 в, моментв емени 1 ), срабатывает управляющий триггер 13 (Фиг. 2 е), открР) ываятретий элемент И 14, который в момунт времени С 4 пропускает импульс50с выхода второго формирователя2 на входы первого и второго элентов ИЛИ 15 й 17 фиг. 2 ж) Коротментовкий импульс, прошедший через и рэлемент ИЛИ 15 (фиг. 2 и), возвращае 13 в исходное состояние, и третий элемент И закрывается, По концу импульса временного интервала в момент времени14 закрываются также первый и второй элементы И 4 и 9, срабатываетблок 7, который подсчитывает количество измеряемых временных интервалов, а в счетчиках 5 и 11 Фиксируется количество квантующих импульсов, поступивших в течениевременного интервала. Импульсом свыхода второго формирователя 2,прошедшим через блок 10 на входразрешения установки счетчика 11,производится перепись содержимогозапоминающего регистра 12 черезблок 10 в счетчик 11, а импульс,прошедший через второй элементИЛИ 17, записывается в накопитель18, что эквивалентно добавлению квеличине, зафиксированной в Регистрирующем счетчике 5, числа, соот-.ветствующего количеству квантующихимпульсов, заполняющих временнойинтервал, равный периоду следования входных сигналов. Временной интервал С 4 - В 4 пропорционаленразности Фаз, близкой к нулю, а интервал С- С - разности Фаз, близкой к 360 О. В этом случае сигналпереполнения на выходе счетчика 11,появляющийся через времяТ - (Т/2- Си) = Т/2 + 1П относительно начала временного интервала, вырабатывается раньше, чем приходит импульс с выхода второго Формирователя 2, и,управляющий триггер 13возвращается в исходное состояниеимпульсом переполнения, прошедшимпервый эЛемент ИЛИ 15 в момент временифиг, 2 е), а добавление вели 6чины периода к отсчету в регистрирующем счетчике 5 не производится.После подсчета К измерительныхвременных интервалов блок 7 вырабатывает сигнал, блокирующий прохождение импульсов через первый элемент И 4 до поступления следующегосигнала "Пуск".Таким образом, в предлагаемомфазометре время измерения разностифаз уменьшено в два раза, Повышение быстродействия достигается засчет Формирования измерительныхвременных интервалов, пропорциональных сдвигу Фаз ц а не ц +как в прототипе), и осуществлениякоррекции отсчета непосредственнов регистрирующем счетчике,Тираж 710 Подпис ПИ ГосударстВенного комитета ССС по делам изобретений и открытий МосКва, Ж, Раушская наб д. Заказ 7121/4 В 4 1130 лиал ППП фПатентф, г. Ужгород, ул. Проектная