Цифровой фазометр

(71) Красноярский политехнический институт(56) 1, Авторское свидет во СССР Р 682844, кл. 0 01 К 25/ 979,2. "Измерительная тех , 1982, Р 7, с. 51-53.(54)(57) ЦИФРОВОЙ ФАЗОИЕТР, содержащий в обоих каналах формирователи и блоки цифровой фильтрации ложных нулей, последовательно соединенные преобразователь Фаза-интервалы времени, блок квантования, счетчик кода фазы, микропроцессорный вычислительный блок и индикатор, последовательно соединенные генератор, элемент И и счетчик кода периода, соединенный выходами с микропроцессорным вычислительным блокой, а также блок управления и блок синхронизации, выход которого соединен с вторым входом элемента И, преобразователем фаза-интервалы времени и блоком управления, выходы которого соеельст 00, 1 ника око вантования СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И.ОТНРИСАНИЕВТОРСКВЖ СВИДЕЛ динены с микропроцессорным вычислительным блоком, входами обнулениясчетчиков кода Фазы и кода периодаи первым входом блока синхронизации,второй вход которого соединен с одним из выходов счетчика кода периода, вторые входы блоков циФровойфильтрации ложных нулей соединены сгенератором, о т л и ч а ю щ и й -с я тем, что, с целью повьппения точности измерения, в него введены элемент задержки и два Э-триггера в каж,дом канале, при этом С-входы всех0-триггеров соединены с генератором,а выходы - с преобразователем фазаинтервалы времени, Р-входы вторых 30-триггеров обоих каналов соединены с выходами соответствующих блоков ЪГФцифровой фильтрации ложных нулей,к первым входам которых подключенывыходы соответствующих первых Р-триггеров обоих каналов, соединенныхВ-входами с выходами соответствующих формирователей, выход второго0-триггера одного из каналов соединен с третьим входом блока синхронизации, а выход элемента И черезэлемент задержки соединен с бл м1 1155957 2Изобретение относится к импульс- ропроцессорным вычислительным блоком,ной и радиоизмерительной технике и и третий элемент И, первый вход котоможет быть использовано в метрологии рого соединен с выходом генератора,вторыми входами с выходами распределителя импульсов, а выходами черезэлемент ИЛИ и элемент совпадений -со счетчиком с индикацией, вход распределителя импульсов соединен с выходом генератора импульсов и входом времязадающего блока, выход которого подключен к элементу совпадений иблоку синхронизации триггеров-делителей, соединенному с выходом четвертого элемента переноса первого канала и вторым входом триггера-делителявторого канала 1.Наличие задержек, зависящих отразличного рода дестабилизирующихфакторов (изменений температуры, питания и т.д.), а также взаимного влияния каналов в данном фазометре приводит к увеличению частотнофазовой и основной погрешности и росту нестабильности характеристик фазометра.Наиболее близким к предлагаемому 35 по технической сущности является цифровой фаэометр, содержащий входнойкоммутатор, к первому и второму выходам которого подключены два канала из последовательно соединенных формирователя и блока цифровой фильтрации ложных нулей, соединенных с общимдля обоих канапов преобразователемфаза - интервалы времени, последовательно соединенные блок квантования,счетчик кода фазы, микропроцессорный вычислительный блок и индикатор,регистр систематической погрешности,соединенный со счетчиком кода фазы и микропроцессорным вычислительным блоком, генератор, соединенный с вторыми входами обоих блоков цифровой фильтрации ложных нулей, блок управления и времязадаищий блок с преобразователем период-код, содержащий два триггера, два элемента И, счетчик кодапериода, соединенный выходами с миксвязи, радионавигации, системах автоматики и контроля, 5Известен триггерный цифровой фазометр, содержащий последовательно соединенные формирователи и триггеры- делители первого и второго каналов, соединенные в каждом канале с четырьО мя элементами переноса, соединенными выходами с четырьмя управляемыми триггераьы, к выходам которых подключены четыре электронных ключа, соединенных а выход - с входами счетчика кодапериода и блока квантования, другиевходы которого подключены к выходампреобразователя Фаза-интервалы времени, один из выходов счетчика кода периода соединен с входом первого триггера, выходы которого подключены кпервым входам соответственно первого и второго элементов И, вторыевходы которых подключены к выходуодного из блоков цифровой фильтрации ложных нулей, а выходы - к входам второго триггера, соединенноговыходом с преобразователем фаза в интервалы времени, вторым входом третьего элемента И и блоком управления,который соединен также с микропроцессорным вычислительным блоком, регистром систематической погрешности, управляющим входом входного коммутатора, вторым входом первого триггера ивходами обнуления счетчиков кода фазы и кода периода 1.2 1.В известном устройстве регистрсистематической погрешности выполняет функции ячейки памяти, в качестве которой практически используетсяодна из ячеек оперативного запоминающего устройства, имеющегося в микропроцессорном вычислительном блоке,поэтому в дальнейшем этот регистрвключается в состав этого блока.Триггеры и первый и второй элементы И образуют блок синхронизации,так как осуществляют синхронизациюначала и конца времени измерения свходным сигналом, обеспечивая кратность времени измерения и периода.Входной коммутатор, используемыйдля автоматическс . коррекции систематической погрешности по нулевомуфазовому сдвигу путем подачи на обавхода фазометра одного и того жесигнала, не является принципиальнымдля решаемой задачи и в дальнейшемопущен,Усложнение структуры цифровой двухканальной части фазометра между формирователями и блоком квантования приводит к дополнительным погрешностям, обусловленным задержками сигналов в каналах и их нестабильностямии прохождением импупьсных сигналовиз канала в канал за счет паразитныхсвязей. Также возрастает неетабипь1155957 4фильтрации ложных нулей и вторые ю-триггеры 7 и 8, соединенный с 0 триггерами 3, 4, 7 и 8 преобразователь 9 фаза-интервалы времени, выходы которого подключены к последовательно соединенным блоку 10 квантования, счетчику 11 кода фазы, микропроцессорному вычислительному блоку12 и индикатору 13, последовательно1 О соединенные генератор 14, выходы ко 3ность характеристик фазометра привоздействии различных дестабилизирущих факторов (изменения температурыпитающих напряжений ит,д,),Цель изобретения - повышение точности измерения сдвига фаз.Указанная цель достигается тем,что в цифровой фазометр, содержащийв обоих каналах формирователи и блоки цифровой фильтрации ложных нулей,последовательно соединенные преобразователь фаза-интервалы времени,блок квантования, счетчик кода фазы,микропроцессорный вычислительныйблок и индикатор, последовательносоединенные генератор, элемент И исчетчик кода периода, соединенныйвыходами с микропроцессорным вычислительным блоком, а также блок управления и блок синхронизации, выходкоторого соединен с вторым входомэлемента И, преобразователем фазаинтервалы времени и блоком управления, выходы которого соединены смикропроцессорным вычислительным бло ком, входами обнуления счетчиковкода фазы и кода периода и первымвходом блока синхронизации, второйвход которого соединен с одним извыходов счетчика кода периода, вторые входы блоков цифровой фильтрации ложных нулей соединены с генератором, введены элемент задержки и два0-триггера в каждом каиале, при этомС-входы всех 0-триггеров соединеныс генератором, а выходы - с преобразователем фаза-интервалы времени,0-входы вторых Э-триггеров обоихканалов соединены с выходами соответствующих блоков цифровой фильтрации ложных нулей, к первым входамкоторых подключены выходы соответствующих первых 0-триггеров обоих каналов, соединенных 0-входами с выходами соответствуницих ФоргягрователейУ 45выход второго 0-триггера одного изканалов соединен с третьим входомблока синхронизации, а выход элемента И через элемент задержки соединенс блоком квантования. 50На фиг. изображена структурная схема цифрового фазометра; на фиг,2 временные диаграммы; на Фиг.З - вариант реализации блока управления.Цифровой фазометр содержит после довательно соединенные в обоих какалах формирователи 1 и 2, первые 0- триггеры 3 и 4, блоки 5 и 6 цифровой торого соединены с 0-триггерамн 3,4,7 и 8 и блоками 5 и 6 цифровой фильтрации ложных нулей, элемент И 15.,соединенный через элемент 16 задержки с блоком 10 квантования, и счетчик 17 кода периода, соединенный смикропроцессорным вычислительнымблоком 12, блок 18 управления, соединекный входом и выходом соответственно с выходом и входом блока 19синхронизации, который соединен свторым 0-триггером 8 одного из каналов, преобразователем 9 фаза-интервалы времени, элементом И 15 исчетчиком 17 кода периода блок 18управления соединен с микропроцессорным вычислительным блоком 12, счетчиком 11 кода Фазы и счетчиком 17кода периода.В одном из возможных вариантоввыполнения (фиг.3) блок 18 управления может содержать пульт 20 управления, соединенный с элементом 2 1ввода, выход которого соединен сэлементом 22 вывода, формирователь23 одиночных импульсов, выход которого соединен с одним из входов элемента ИЛИ 24, второй вход которогосоединен с одним из выходов элемента 22 вывода, второй выход которогосоединен с формирователем 25 импульсов пуска,Фазометр работает следующим образом. Входные гармонические сигналы, преобразованные Формирователями 1 и 2 в прямоугольные импульсы со стандартными логическими уровнями (Фиг.20,6), поступают на 0-входы первых 0-триггеров 3 и 4 обоих каналов, где осуществляется привязка их Фронтов и спадов к последовательности счетных импульсов генератора 14, поступающих на С-входы 0-триггеров 3 и 4 (фиг.2). Сигналы с выходов 0-триггеров 3 и 4 (фиг.2, ) поступают на преобразователь 9 фаза- интервалы времени и блоки 5 и 61155957 рителя управления цифровой фильтрации ложных нулей, где обеспечивается исключение ложных нулей, возникающих в сформированном сигнале за счет широкополосных шумов, которые вызывают грубые погрешности 5 при преобразовании сдвига Фаз в интервалы времени.В блоках 5 и 6 цифровой Фильтрации ложных нулей возникает задержка и их фронты и спады будут иметь произволь-ное временное положение относительно последовательности счетных импульсов генератора 14 (Фиг,2 е,м), По Фронтам и спадам этих сигналов в преобразователе 9 Фаза-интервалы времени дол жны формироваться интервалы времени, пропорциональные сдвигу фаз, а совместно с выходньи сигналами первых Р-триггеров 3 и 4 - интервалы кор-.рекции, компенсирующие систематичес- Я кие погрешности, возникающие в блоках 5 и 6 цифровой Фильтрации ложных нулей. Произвольное временное положение фронтов и спадов (в том числе и взаимное) фазовых интервалов и ин- Б тервалов коррекции затруднит их последующее квантование одной общей последовательностью счетных импульсов. Эти трудности снимаются,. если выходные сигналы блоков 5 и 6 цифро - "О вой фильтрации ложных нулей снова привязать к последовательности счетных импульсов генератора 14, что и осуществляется с помощью вторых Р-триггеров 7 и 8 обоих каналов. Их ,.,3 входные сигналы (фиг.2 ти) и поступают далее на преобразователь 9 фаза-интервалы времени, где формируют- сЯ Фазовые интеРвалы Г.ет. (Фиг,2 К А) и интервалы коррекции (фиг,2 м ). 1 е Очевидно, что длительность этих интервалов строго кратна периоду счетных импульсов генератора 14. 1 Лцтервалы коррекции Формируются в преобразователе 9 фаза-интервалы времени 43 по выходным сигналам вторых Р-тригге-. ров 7 и 8 обоих каналов. При этом интервалы коррекции 1 де,;, Формируемые по сигналам Р-триггеров 3 и 7 первсго канала (фиг,2 м), суммируются с Я 1фазовыми интервалами, а интервалы коррекции Гкоуг Формируемые цо сигналам Р-триггеров 4 и 8 второго канала (фиг,2 н), вычитаются из них, Операцию вычитания можно исключить, если кванЯ товать в блоке 10 квантования проин вертярованную последовательность интервалов коррекции 1, , что эквивалент но доавленню интервала Тд, где Т - период сигнала. 1 оолнительо цый фазовый сдвиг равнььй 360 при :этом легко исключается, Все эти интервалы поступают далее на блок 10 квантования, где производится ихквантование задержанной с помощьюэлемента 16 задержки последовательностью счетных импульсов (фиг.2 о ).Время задержки элемента 16 выбирается так -:тобы не было наложения счетных импульсов на фронты испады квантугмых интервалов, в томчисле и с учетом возможных нестабильностей их временного положения, вызьваемых воздействием различных дестабилизирующих Факторов, а такжевзаимного влияния каналов., В результате число импульсов на выходе блока 10 квантования и, следовательно,показание Фазометра остается неизменным при наличии нестабильностей задержек сигналов в преобразователе9 Фаза-интервалы времени, если величина этих нестабильностей не превышает периода. счетных импульсов, Также полностью исключается влияние нестабильностей задержки сигналов вблоках 5 и 6 цифровой Фильтрации ложньп. нулей, В результате этогообеспечивается повышение точяостя измерения и долговременнойстабильности характеристик измеЧисло импульсов с выхода блока 10 квантования регистрируется счетчиком 11 кода фазы и по окончании времени измерения этот код И вводится в микропроцессорнььй вычислительный блок 12,. Сюда же вводится код периода Ыт с выхода счетчика 17 кода периода и по его значению вычисляется результат измерения т =360 К(Кт, Время измерения (базовое) задается счетчикомкода периода, а с помощью блока 19 синхронизации осуществляется его привязка к сигналу, снимаемогу с выхода Р"триггера 8 что обеспечиваеткратность времени измерения н перио -ца сигнала Вае;уск устройства, сброссчетчиков 11 и 7 кода фазы и кодапериода и обмен управляющими сигналами с .микропроцессорным вь 1 числитель -цым бло.еом 12 осуществля-т б:.ок 18 пшается точность измерения сдвигафаз за счет исключения погрешностей,обусловленных нестабильностями за 1155957 8держек в блоках цифровой фильтрациии преобразования сдвига фаз в интервалы времени.1155957 Составитель Н.Агеевадактор Ю.Ковач Техред Т,Дубинчак Корректор И. Эрдейи П писн ССР Филиал ППП "Патент", г.узтород, ул.Проектная, 4 134/40 Тираж 748 ВНИИПИ Государстве по делам изобрет 113035, Иосква, Жого комитета Сий и открыгийРаувская наб.,