Следящий фазометр

САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 24 лит я Вели кой ре ССР981. зме- ьзо- ых 2 ил ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Киевский ордена Ленина инический институт им. 50-лет)кой Октябрьской социалистичесволюции(57) Изобретение относится крительной технике, Может исповаться, например, в гетеродин интерференционных измерителях перемещений для измерения фазовых сдвигов,означительно превышающих 360 . Цель изобретения - повышение точности измерений быстроменяющихся фазовых сдвигов и расширение диапазона частот входных сигналов. Устройство содержит входы 2 и 3, блок 4 счета це" лых циклов, информационные входы 5 и 6, формирователи 7 и 8, регистры 9 и 11, выходы 12. Для достижения поставленной цели в устройство дополнительно введены измеритель 1 фазового сдвига, дешифратор 3 и кнопка 17 установки нуля. В описании изобретения приводится функциональная схема блока счета целых циклов, используемого в следящем фазометре. 1 з.п.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в частности, в гетеродинных интерференционных измерителях перемещений для измерения фазовых сдвигов, значительно превышающих 360 о.Цель изобретения - повышение точности измерения быстроизменяющихся фазовых сдвигов и расширение диапазона частот входных сигналов. 10 Г На Фиг. 1 изображена структурная схема следующего фазометра; на Фиг.2- структурная схема блока счета целых циклов.Следящий Фазометр содержит иэмери тель 1 фазового сдвига, входы которого соединены со входами 2 и 3 следя" щего фазометра, блок 4 счета целых циклов, информационные входы 5 и 6 которого соединены через формирова тели 7 и 8 соответственно со входами 2 и 3 следящего фазометра, первый регистр 9, входы которого соединены с выходами блока 4 счета целых циклов, а выходы - с выходами 1025 старших разрядов следящего фазомет.ра, второй регистр 11, входы которого подключены к выходам измерителя 1 фазового сдвига, а выходы - к выходам 12 младших разрядов следя щего фазометра, дешифратор 13, входы которого подключены к выходам старших разрядов регистра 11, а выходы - к управляющим входам 14-16 блока 4 счета целых циклов, кнопку 17 установки нуля, первый контакт которой соединен с земляной шиной 18, а вто" рой - со входом начальной установки в нуль измерителя 1 фазового сдвига и входом 19 установки в нуль блока 40 счета целых циклов, при этом выход 20 переноса последнего соединен непосредственно с синхровходом второго регистра 11 и через линию 21 задержки - с синхровходом первого 45 регистра 9.Блок 4 счета целых циклов (фиг.2)содержит счетчики 22 и 23, счетныевходы которых соединены соответственно с информационными входами 5 и б 50блока счета целых циклов. Управляющие входы счетчиков 22 и 23 соединены со входами 19 начальной установки в нуль блока 4 счета целых циклов. Кроме того, блок 4 счета целых 55 циклов содержит регистры 24-26 с тремя устойчивыми состояниями, Информационные входы первого 24 и второго 25 регистров соединены с выходами счетчика 23, а входы третьего регистра 26 - с выходами сумматора 27,первая, группа входов которого соединена с выходами счетчика 23, а втораягруппа входов подключена младшим разрядом к шине 28 логической единицы,а остальными разрядами - к землянойшине 18. Выход переноса счетчика 22соединен с синхровходом первого регистра 24, выходом 20 переноса блока 4счета целых циклов и входом инвертора 29 выход которого соединен с синхровходами регистров 25 и 26, в товремя как входы перевода регистров24-26 в третье устойчивое состояниесоединены соответственно с управляющими входами 14-16 блока 4 счета целых циклов.Полное значение Фазового сдвига(кумулятивный фазовый сдвиг) междусигналами на входе следящего Фазометра определяется согласно выражениюФ = ЛТ(И+лИ), (1)где И - число целых фазовых циклов,измеряемое блоком 4 счетацелых циклов;ьИ - код доли Фазового цикла, получаемый на выходе измерителя 1,В предлагаемом следящем фазометре (в отличие от прототипа) нет необходимости в синхронном измерении И и 6 Я, что позволяет использовать для измерения ь И любой позиционный фазометр, в том числе и Фазометр с преобразованием частоты входных сигналов работающий в широком диапазоне частот. Следовательно, предлагаемый следящий фаэометр может измерять кумулятивные фазовые сдвиги в широком диапазоне частот и с более высокой точностью. Кроме того, в тех случаях, когда измеряемый фазовый сдвиг вначале изменяется (накапливается) с очень высокой скоростью, а затем остается неизменным или изменяется очень медленно (такие задачи встречаются очень часто, например, при измерении расстояния гетеро" динным жтерферометром), в качестве точного измерителя 1 фазового сдвига могут быть использованы высокоточные фазометры среднего значения фаэ, например выпускаемые серийно приборы Ф 5131, Ф 5126, и др.Для нормальной работы блока счета целых циклов цет необходимости в синхронизации входных сигналов, так как каждый из входных сигналов поступает на отдельный счетчик 22 и 23 импульсов.В предлагаемом следящем фаэометре результат измерения И определяется как разность кодов счетчиков 22 и 23, осуществляющих независимо 10 один от другого подсчет количества цельгс фазовых циклов входных сигналов. При этом емкость И счетчиков выбирается цэ условия И Ъ М , где И - максимально возможное значение 5 ваккода И. С целью упрощения нахождения разности кодов счетчиков 22 и 23 код И определяется не непрерывно, а только в те моменты времени, когда выходной код одного иэ счетчиков, 0 (в данном случае 22) равен нулю, т.е. в моменты переполнения этого счетчика. Код И переписывается с выхода счетчика 23 в регистр 24 передним фронтом (переход от уровня логического "0" к логической "1") импульса переполнения счетчика 22, при этом длительность импульса переполнения рави соответствует фаэоволгу сдвигу 180 между входными сигналами.Такой способ определения Ы обеспечивает возможность работы следящего фазометра при большей скорости изменения фазовых сдвигов, которая огра- З 5 ничена только быстродействием применяемых счетчиков. Однако при таком определении И вблизи точек шкалы ф=2%И за счет несинхронного измерения К и ьИ, а также за счет конечных значений погрешностей измерения фазометра и блока счета целых циклов возможно возникновение грубых погрешностей, равных й 1, при определении М, При этом возможны четыре 45 варианта определения И и ьИ. Допуо стим, что измеряемое значение Ф=720, т. е. И=2, д И=О, а погрешность измерения равны соответственно б= Ь,1= - 0, 000150Первый вариант. Ь = Ь= +0,0001, И=2, дИ= + 0,0001, откуда согласно (1) результат измерения Ф=720,036 . Грубая погрешность измерения отсутствует. 55Второй вариант. = + 0,0001, б= = -0,0001, 8=1, Ф=360,036. В этом случае грубая погрешность измерения 40 1264102равна - 360, что совершеццо недопустимо.Третий вариацт. б = - 0,0001, б ==+0,0001, И=2, ЛИ=О,9999, Ф=1079964 .Грубая погрешность измерения, равная 4.360, недопустимо велика.Четвертый варианто = Ь =-0,000 1,И=1, лИ=0,9999, Ф=719,964, Грубаяпогрешность измерения отсутствует.Анализируя вьппе рассмотренные варианты определения Ф можно предложитьследующий способ коррекции грубых погрешностей, (возникающих во второми третьем вариантах).Если в один из каналов измеренияцелого числа фазовых циклов И вцестидополнительный фазовый сдвиг ьзначение которого заведомо будет больше, чем суммарная максимально возможная погрешность дФ, измерения дИи И, цо меньше, чем 2 ЗТ (удобнее всего выбрать дч= 180, при этомдля получения дополнительного фазового сдвига 180 достаточно толькопроццвертцровать сигнал). Б том случае, когда ца вы:соде точного фазометра будет ицдццироваться малое значепце Ф, т.е. такое, величина которогоце превышает д 9, (вариант 1 и 2),то нетрудно заметить, что результатопределения Ф в первом варианте не изменится, а при определении результата измерения Ф, соответствующего вто"рому варианту, грубая погрешностьисчезнет.Лцалогпчцо можно показать, что ив случае больших значений р на выходе точного фазометра (величина которых Р )360 - др 1 ), если вдругои канал измерения целого числафазовых циклов внести дополнительныйфазовый сдвиг др ) др, , то приопределешш полного результата измерения Ф, соответствующего третьемуварианту, грубая погрешность такжебудет отсутствовать, а результатопределения Ф, соответствующий четвертому варианту, останется неизменным.Поскольку введение дополнительного фазового сдвига необходимо производить только в районе значенийфазового сдвигаФ ) ( д Ч с, то наиболее просто вышеприведенный принцип исключения грубых погрешностейможно реализовать, если вместо введения дополнительных фазовых сдвиговна входе блока 4 производить задержку во врегени ца 1/2 1 с (что соот 126415ветствует 180 ) моментов переписи кода И в соответствующие регистры па мяти.В блоке 4 изменение фазового сдвига на -180 создается путем пере"5 писи кода М со счетчика 23 в регистр 25 задним Фронтом сигнала переполне" ния, что обеспечивается включением в цепь сигнала переполнения инвертора 29.10Увеличение фазового сдвига на + 180, что необходимо (в случае второго варианта) для получения правильного отсчета, моделируется прибавлением к полученному в счетчике 23 кодуединицы с помощью сумматора 27 (что соответствует +360) и записи полученного кода в регистр 26 задним фронтом сигнала переполнения (что соответствует -180). Применение предлагаемого способа устраненйя грубых погрешностей позволяет полностью их исключить.Таким образом, повышение точности измерения быстроизмецяющихся фазовых сдвигов и расширение частотного диапазона следящего фазометра достигается за счет определения без потерь количества целых фазовых циклов при любых скоростях изменения фазовых сдвигов и возможностью применения прецйзионного Фаэометра для определения доли фазового цикла.Следящий фазометр работает следующим образом, 35Ло начала измерения в следящем фаэометре производятся начальные установки: Фазометр 1 и блок 4 устанавливают в исходное состояние подключением ко входам установки нуля последних через кнопку 7, нулевого потенциала земляной вины 18. Исследуемые сигналы, полный фазовый сдвиг между которыми подлежит измерению, со входов 2 и 3 следящего фазометра поступают на входы измерителя 1 Фазового сдвига и входы Формирователей 7 и 8, преобразующих входные синусоидальные сигналы в сигналы прямоугольной формы, Блок 4 определяет 50 число целых фазовых циклов М и после очередного отсчета И вырабатывает на выходе 20 переноса синхроимпульс, которым осуществляется запись кода доли фазового цикла д М полученного на выходе измерителя 1, фазового сдвига в регистр 11, Старшие разряды кода ьИ с выхода ре 02 агистра 11 пос тупают ца дешифратор 13,вырабатывающий управляющие сигналы,которые поступают на входы 14-16 блока 4 для выполнения корректировкирезультатов И после чего задержанным налинии 21 задержки сицхроимпульсов с выхода переноса 20 блока осуществляется запись полученного значения 1 в регистр 9.Блок счета целых циклов работаетследующим образом, Перед началомизмерения в блоке 4 сигналом со входа 19 поступающим на управляющиевходы и-разрядных двоичных счетчиков 22 и 23, осуществляется начальная установка счетчиков - в счетчики 22 и 23 записывается код нуляили (в случае необходимости началасчета с произвольного числа целыхфазовых циклов) счетчик 22 устанавливаются в "0", а в счетчик 23 записывается любой код от 0 до 2", Счетчики 22 и 23 осуществляют счет целыхциклов входных сигналов следящегоФазометра по передним Фронтам сигналов на входах 5 и 6 блока 4, Полученные в момент установки счетчика22 в нуль очередным счетным импульсом коды счетчика 23 переписываютсяв регистры 24 и 25, в то время как врегистр 26 переписывается выходной кодсумматора 27, выполняющего суммирование кода счетчика 23 и кода едининицы. При этом запись информации врегистр 24 осуществляется переднимфронтом импульса переноса счетчика22, а в регистры 25 и 26 с учетоминвертирования в инверторе 29 - задним фронтом того же импульсаПолуча-.емые в регистрах 24-26 коды могутотличаться ца +1,Таким образом, введение в следящий фазометр новые элементы и их соединения позволяют определить результат измерения полного фазового сдвига по полученным независимо один от другого отсчета М и дИ что обуславливает возможность применения для измерения доли Фазового цикла прецизионного фазометра, работающего в широком диапазоне частот, и блока счета целых циклов, обеспечивающего максимально высокую для выбранной элементной базы скорость счета целых фазовых циклов. Это позволяет по сравнению с прототипом повысить в 5- 10 раз точность измерения фазовых сдвигов при более чем в два разабольшей допустимой скорости изменения фазовых сдвигов в широком диапазоне частот входных сигналов. Формула изобретения51. Следящий фазометр, содержащий два формирователя, входы которых являются входами фазометра, блок счета целых циклов, подключенный информационными входами к выходам формирователей, два регистра, выходы которых являются выходами следящего фазометра, информационные входы первого регистра соединены с выходами15 блока счета целых циклов, линию задержки, выход которой соединен с син- хровходом первого регистра, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения быстро 20 изменяющихся фазовых сдвигов и расширения диапазона частот входных сигналов, в него введены измеритель,. фазового сдвига,.входы которого являются входами следящего фазометра, а .выходы соединены с входами второго регистра, дешифратор, входы которого соединены с выходами старших разрядов второго регистра, а выходы - с управляющими входами блока счета це 30 лых циклов и кнопка установки нуля, первый контакт которой подключен к земляной шине, а второй - к входу начальной установки в нуль измерителя фазового сдвига и блока счета целых циклов, при этом выход переноса блока счета целых циклов подключен квходу линии задержки и синхровходувторого регистра. 2. Фазометр по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что блок счета целых циклов содержит два счетчика, сумматор, три регистра с тремя устойчивыми состояниями и инвертор, причем информационные входы блока счета целых циклов подключены к счетным входам счетчиков, а вход начальной установки в нуль - к управляющим входам счетчиков, информационные выходы первого счетчика подключены к входам первого и второго регистров и первой группе входов сумматора, вторая группа входов которого подключена младшим разрядом к шине логической единицы, а остальными разрядами - к земляной шине, выходы сумматора соединеиыс входами третьего регистра, выход переноса второго счет" чика подключен к синхровходу первого регистра, выходу переноса блока счета целых циклов и входу инвертора, выход которого подключен к синхровходам второго и третьего регистров, выходы регистров подключены параллельно к выходам блока счета целых циклов, при.этом входы перевода регистров в третье устойчивое состояние подключены к управляющим входам блока счета целых циклов.1264102 Составитель Техред А.Кра Шубин ректор С. Черни едактор А, Рев аказ 5556/45 Тираж 728 Государственного комитета СССР елам изобретений и открытий осква, Ж, Раушская наб., д. 4