Цифровой фазометр

(191 111) 1326 511 4 С О 1 К 25/08 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ А ВТОРИЧНО ЬСТВУ И ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(56) Авторское свидетельство СССР524141, кл. С 01 К 25/00, 1970.Авторское свидетельство СССР363045, кл. С 01 К 25/04, 1967, (54)(57) ЦИФРОВОЙФАЗОМЕТР, содержащий генератор, измерительный счетчик, распределитель, счетчик переходов через 2% и блок привязки, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения и быстродействия за счет регистрации мгновенного значения фазового сдвига, в него введены два дискриминатора нуля опорного и измерительного сигналов, делитель импульсов, три элемента И, элемент ИЛИ, одновибратор, счетчик, дешифратор, выходной, буферный регистр, триггер синхронизации, причем входы дискриминаторов нуля измерительного и опорного сигналсв соединены соответственно с выходами измерительного и опорного каналов, вход блока привязки соединен с внешним генератором, выход дискриминатора нуля опорного сигнала соединен с первым входом счетчика переходов через 2 й и блоком привязки, выход которого соединен с первым входом распределителя, выход дискриминатора нуля измерительного сигнала соединен с вторым входом счетчика переходов через 2 У и вторым входом распределителя, вход делителя импульсов соединен с выхо-. дом генератора и с входом первогоэлемента И, другой вход первого элемента И соединен с выходом распределителя, выход того же элемента Исоединен с входом измерительногоСчетчика, выход делителя импульсовсоединен с одними входами второгои третьего элементов И, другие входыкоторых соединены с выходами распределителя, выход второго элемента Исоединен с входом одновибратора, авыход третьего элемента И - с входомсчетчика, выход одновибратора соединен с входом счетчика переходов через 27 и входом распределителя, выходы счетчика соединены с входами дешифратора, выходы которого соединеныс входами счетчика переходов через2 Г, выходного буферного регистра,триггера синхронизации и элементаИЛИ соответственно, при этом входсигнала начальной установки соединен с входом счетчика переходов через 27, входом триггера синхронизациии вторым входом элемента ИЛИ, выходкоторого соединен с установочнымивходами распределителя, измерительного счетчика, делителя импульсов, исчетчика, выход триггера синхронизации соединен с входом управленияиндикатора разности фаз, вход сбросатриггера синхронизации соединен свыходом управления, выходы счетчикапереходов через 2 и измерительногосчетчика соединены с входами выходного буферного регистра выходы которого являются информационными выхо-,дами фазометра.Изобретение относится к областифазоизмерительной техники и можетбыть использовано совместно с субмил -лиметровым интерферометром в качестве устройства, измеряющего и регистрирующего мгновенное значение разности фаз.Известно устройство для измеренияразности фаз двух периодических электрических колебаний, содержащее формирователь, делители частоты, времязадающую схему, триггер, счетчик,одновибратор, генератор эталонныхсигналов.Существенным недостатком устройства является невозможность измерения относительного изменения разности фаз между опорным и измеряемымсигналами.Известен цифровой фазометр, содержащий генератор высокочастотныхимпульсов, устройство распределенияимпульсов и схему синхронизации,блок привязки, измерительный счетчик, кроме того, он снабжен схемойуправления режимами счета, триггером запоминания переходов через 2%,счетчиком переходов через 27, который выполнен реверсивным.Однако данное устройство лишено,воэможности непосредственной регистрации мгновенного значения разностифаз между опорным и измерительнымсигналами, что влечет за собой невозможность получения полной картины изменения фазового сдвига междуопорным и измерительным сигналами завремя регистрации. Использование реверсивного счетчика переходов через2 Ф снижает скорость измерения значения разности фаэ,Цель изобретения заключается вповышении точности измерения и быстродействия за счет регистрации мгновенного значения фазового сдвига,Поставленная цель достигаетсятем, что в цифровой фазометр, содержащий генератор, измерительный счет. чик, распределитель, счетчик переходов через 2 Т и блок привязки, введены два дискриминатора нуля опорногои измерительного сигналов, делительимпульсов, три элемента И, элементИЛИ, одновибратор, счетчик, дешифратор, выходной буферный регистр, триг.гер синхронизации, причем входы дискриминаторов нуля измерительного иопорного сигналов соединены соответ 5 О 20 25 30 35 40 45 50 55 ственно с выходами измерительного иопорного каналов, вход блока привязки соединен с внешним генератором,выход дискриминатора нуля опорногосигнала соединен с первым входомсчетчика переходов через 27 и блоком привязки, выход которого соединен с первым входом распределителя,выход дискриминатора нуля измерительного сигнала соединен с вторым входом счетчика переходов через 2 Т ивторым входом распределителя, входделителя импульсов соединен с выходом генератора и с входом первогоэлемента И, другой вход первого элемента И соединен с выходом распределителя, выход того же элемента И соединен с входом измерительного счетчика, выход делителя импульсов соединен с одними входами второго и третьего элементов И, другие входы которых соединены с выходами распределителя, выход второго элемента И соединен с входом однов братора, а выходтретьего элемента И с входом счетчика, выход однсвибратора соединен свходом счетчика переходов через 2и входом распределителя, выходы счетчика соединены с входами дешифратора,выходы которого соединены с входамисчетчика переходов через 2 п, выходного буферного регистра, триггерасинхронизации и элемента ИЛИ соответственно, при этом вход сигнала начальной установки соединен с входомсчетчика переходов через 2, входомтриггера синхронизации и вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с установочными входами распределителя, измерительного счетчика,делителя импульсов, и счетчика, выход триггера синхронизации соединенс входом управления индикатора разности фаз, вход сброса триггера синхронизации соединен с выходом управления, выходы счетчика переходовчерез 29 и измерительного счетчикасоединены с входами выходного буферного регистра, выходы которого являются информационными выходами фазометра,На фиг,1 изображена структурнаясхема цифрового фазометра, содержащего дискриминатор нуля 1 опорногосигнала, блок привязки 2, счетчик 3переходов через 21, дискриминаторнуля 4 измерительного сигнала, распределитель 5, генератор 6, элемент10 И 7, элемент И 8, элемент И 9, де"литель импульсов 10, измерительныйсчетчик 11, одновибратор 12, счетчик 13, выходной буферный регистр14, дешифратор 15, триггер синхрони 5зации 16, элемент ИЛИ 17.На фиг,2 представлена структурная схема счетчика переходов через27, содержащего счетчик 18 опорныхимпульсов, буферный регистр 19,сумматор 20, буферный регистр 21,счетчик 22 излерительных импульсов.На фиг.З представлена структурнаясхема распределителя, содержащеготриггер 23, триггер 24, триггер 25,элемент И 26 и триггер 27,Устройство содержит дискриминатор нуля 1 опорного сигнала, входкоторого соединен с выходом опорногоканала интерферометра, а выход дискриминатора 1 соединен с входом блока привязки 2 и входом "+" счетчика3 переходов через 2, Вход дискриминатора нуля 4 измерительного сигналасоединен с выходом измерительногоканала интерферометра, а выход - свторым входом распределителя 5 и входом "-" счетчика 3 переходов через2. Вход блока привязки 2 соединен свыходом таймирующего устройства, а 3 Овыход блока привязки 2 соединен спервым входом распределителя 5, выход А которого соединен с входом генератора 6, выход Г - с входом элемента И 7, выход Б - с входом элемента И 8, а выход В - с входом элемента И 9. Выход генератора соединенс входом делителя импульсов 10 ивторым входом элемента И 7, выходделителя импульсов 1 О соединен с вто рыми входами элементов И 8 и И 9.Выход элемента И 7 соединен с входом измерительного счетчика 11. Выход элемента И 8 соединен с входомодновибратора 12. Выход элемента И 9 45соединен с входом счетчика 13. Выходы измерительного счетчика.11, атакже выходы счетчика 3 переходовчерез 2 соединены с входами выходного буферного регистра 14. Выход 50одновибратора 12 соединен с входомЗапись З 1 счетчика 3 переходов через 2 и четвертым входом распределителя 5, Выходы счетчика 13 соединены с входами дешифратора 15.Вход 55Зп выходного буферного регистра 14соединен с одним выходом дешифрато;ра 15. Выходы дешифратора 15 соедииены с входами Зп 2 счетчика 3 перехода через 2, Я-входом триггера синхронизации 16, входом элемента ИЛИ 17. Вход сигнала установки в нуль у, соединен с вторым входом элемента ИЛИ 17, с С-входом триггера синхронизации 16 и входом "Сбросф счетчика 3 переходов через 2. Выход элемента ИЛИ 17 соединен с третьим входом распределителя 5, входами "Сброс" делителя импульсов 10, измерительного счетчика 11, счетчика 13. Выходы буферного регистра 14 соединены с входами индикатора разносги фаз, Выход "Запрос" триггера синхронизации 16 соединен с входом управления индикатора разности фаз, а К-вход триггера 16 соединен с управляющим выходом индикатора разности фаз.Устройство работает следующим образом.Цифровой фазометр измеряет мгновенное значение разности фаз между опорным и измерительным гармоническими сигналами в момент прихода синхрснизирующего,импульса Т и записывает данные о разности фаз в выходной буферный регистр 14, откуда данные передаются на индикатор разности фаз.Работа фазометра начинается с того, что сигналом установки у, обнуляются счетчик 3 и триггер 16. Сигнал у , пройдя элемент ИЛИ 17, обнуляет делитель 1 О, счетчики 11, 13, Опорный и измерительный сигналы поступают на дискриюнаторы нуля 1 и 4, которые вырабатывают импульсы, соответствующие переходу синусоиды входного сигнала через 0 со знаком плюс. С выходов дискриминаторов нуля 1 и 4 импульсы опорного и измерительного каналов поступают на счетчик 3 переходов через 2.После поступления на блок привязки 2 синхронизирующего импульса от таймирующего генератора и первого, следующего за ним, опорного импульса с дискриминатора нуля 1 блоком привязки формируется импульс запуска распределителя 5, который устанавливает лог."1" на выходах А, Б и Г триггеров 23-25 распределителя 5.Сигнал с выхода А открывает генератор высокочастотных импульсов 6, с выхода Б - элемент И 8 и с выхода Г - элемент И 7. Импульсы с выхода генератора 6 через элемент И 7 поступают на измерительный счетчик 11, кроме3132 б 5 20 75 ЗО 35 фо 45 50 55 3 1 того, с выхода генератора о импульсы попадают на вход делителя импульсов 10. Импульс переполнения делителя 10 через открытый элемент И 8 попадает на одновибратор 12, формирующий импульс., который поступает на вход Зп 1 счетчика 3 и четвертый вход распределителя 5, в счетчике 3 импульс с одновибратора 12 переписывает содержимое счетчика опорных импульсов 18 в буферный регистр 19 (см.фиг.2), а поступая на четвертый вход распредителя 5, переводит выход Б триггера 23 в состояние лог."О", закрывая элемент И 8. Первый после прошедшего опорного импульса измерительный импульс, сформированный дискриминатором нуля 4, поступает на вход - счетчика 3 и на второй вход распределителя 5 и после прохождения открытого элемента И 2 б устанавливает выход Г триггера 25 распределителя 5 в состояние лог."0", блокируя элемент И 7 и прекращая тем самым доступ импульсов генератора 6 на измерительный счетчик 11, в котором содержатся данные о величине дробной части фазы, а также устанавливает на выходе В триггера 27 распределителя 5 лог."1", открывая элемент И 9. Импульсы переполнения делителя 10 через открытый элемент И 9 поступают на счетчик .3, который совместно с дешифратором 15 формирует последовательность импульсов, управляющих работой отдельных узлов фаэометра и подготавливающих фазометр к приему следующего импульса Т, С выходов дешифратора 15 во время работы счетчика 13 снимаются следующие сигналы: импульс, поступающий на вход Зп 2 счетчика 3 переходов через 27, который переносит содержимое счетчика 22 (см,фиг,2) измерительных импульсов в буферный регистр 21 (см.фиг.2), после чего на выходе сумматора 20 (см.фиг,2) появляются данные о числе целых переходов через 27; импульс записи данных из измерительного счетчика 11 и счетчика 3 переходов через 2 в выходной буферный регистр 14, в нем теперь содержится значение измеренной разности фаз; импульс запуска триггера синхронизации 16, который устанавливает триггер 1 б в состояние лог."1", после чего индикатор может принимать данные о разности бфаз с выхода регистра 14; импульс,поступающий через элемент ИЛИ 17 на установку в исходное состояние триггеров 24, 25, 27 распределителя 5, делителя 10 и счетчиков 11, 13; после этого фазометр готов к приему следующего импульса Т.Работа счетчика переходов через 2 заключас:я в следующем: после начала работы опорные и измерительные импульсы поступают соответственно на входы счетчика опорных импульсов 18 и счетчика измерительных импульсон 22, к моменту прихода синхронизирующего импульса Т в счетчикахсодержится определенное число импульсов, разность значений счетчиков говорит о количестве полных переходовчерез 2 разности фаз между опорными измерительным сигналами, содержимое счетчика опорных импульсов 18переносится в буферный регистр 19импульсом с одновибратора 2 (см,фиг,1), а содержимое счетчика измерительных импульсов 22 переносится вбуферный регистр 21 управляющие импульсом с выхода дешифратора 15 (см.биг,1), Выходы буферных регистров:прямые регистра 19 и инверсные регистра 21 подключень. к входам сумматора 20, работающего в режиме вычитания., на выходе сумматора 20 послезаписи значений счетчиков в буферныерегистры появляется число целых переходов через 2 ь разности фаз опорного и измерительного сигналов,Предлагаемое устройство позволяет по сравнению с Прототипом повысить точность измерения разности фаз, как минимум, в четыре рейза: в известном устройстве измерительный счетчик за-полняется каждым четвертым импульсом в то время как остальные три используются для служебных целей; в данном устройстве счетчик считает каждый импульс генератора высокой частоты,Измерение фазометром мгновенного значения разности фаз позволяет значительно расширить область его применения, так как при этом появляется возможно"ть передавать данные о разности фаз непосредственно без какой- либо обработки в ЭВМ. Кроме того, структура такова, что управление фазометром целиком может осуществляться при помощи ЭВМ.Пифровой фазометр имеет следующие преимущества по сравнению с известными:1131326 7Шире диапазон измерений.Фаэометр позволяет измерять разность фаз сигналов в диапазоне от 0 до 25 бс погрешностью 0,017 Базовый объект позволяет измерять разность фаз в диапазонах (выбирается ручным переключателем) : (О); (0-,8) 1 (0-32); (О); (О). Погрешность измерений базового объекта в средней части диапазонов не более 17.2. Не требуется дополнительного оборудования для автоматической регистрации данных. Данные в цифровой форме могутбыть введены с фазометра непосредственно в ЭВМ.3, Повышается скорость измерений.Фазометр позволяет измерять разность фаз с частотой до 500 кГц. Базовый объект в диапазоне от 16 до128 измеряемой разности фаз обеспечивает одинаковую точность изме рений с фазометром при использованииАЦП с предельными частотами опросовот 500 кГц до 50 кГц, т,ечастотаизмерения разности фаз базового объекта уменьшается на порядок.113132 б оставитель О,Беехр ед Л. Се рдюко в ск ор. В, Бутяга едактор С.Тит орре 8 Заказ 484 мите от ска Производственно-полиграФическое предприятие,г,ужгород,ул.Проектна ВНИИПИ Государств по делам изобре113035, Москва, Ж ираж ного нии 5, Р Подписна СССРийнао., д, 4/5