Цифровой фазометр

СООЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК19) 01) 8 УДАРСТВЕННДЕЛАМ ИЗ ЫИ КОМИТЕТ СССР ТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАН РЕТЕНИЯ(2 ас ет есевляоме АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 1) 3283806/18-21(56) Авторское свидетельство ССВ 573772, кл. С 01 К 25/00, 197Авторское свидетельство СССРВ 311214, кл, С 01 Н 25/00, 197 54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР57) Изобретение относится к об адиоиэмерительной техники и мо ыть использовано для построени овых фазометров с широким дина им и частотным диапазоном иссл мых сигналов. Целью изобретения тся повышение быстродействия и оустойчивости цифрового фазом с 59 4 С 01 Н 25/00 С 01 Для достижения этой цели в устройство дополнительно введены в каждом канале четыре стандартизатора импульсов, второй реверсивный счетчик, два дешифратора и триггер, а также общий для обоих каналов формирователь импульсных последовательностей, На чертеже показаны: идентичные каналы 1 и 2, формирующее устройство 3, блоки 4 и 5,привязки к экстремальным значениям сигнала, состоящие из элементов 6, 7 и 8, 9 совдадения, стан-. дартизаторы 10, 11 и 12, 13; реверсивные счетчики 14 и 15, дешифратооы 16 и 17, триггер 18, генератор 19 счетных импульсов, счетный триггер 20, формирователь 2 1 импульсных последовательностей, блок 22 время импульсного преобразования. Каждый стандартизатор включает в себя 0- триггер 23 и элемент И 24. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.1273831 0 15 20 2530 35 40 45 5055 Недостатком такого фаэометра является то, что при отсутствии ложных нулей импульсы привязки к максимальным значениям сигнала формируются через период сигнала, что снижает быстродействие фазометра, а также то, что при наличии ложных нуль переходов имеют место сбои триггеров управления и потеря работоспособносИзобретение относится к радио- измерительной технике и может быть использовано для построения цифровых фазометров с широким динамическим и частотным диапазоном исследуемых сигналов.Известен цифровой фазометр с привязкой к экстремальным значениям сигнала, содержащий в каждом канале 1Взаимосвязанные счетчик, регистр памяти и блок сравнения кодов, триггер и формирующее устройство, выход которого подключен к входу счетчика и первому входу триггера, связанному вторым входом блока сравнения кодов, а выходом - с входом Запись регистра памяти, общие для обоих каналов генератор счетных импульсов и подключенный к нему время-импульсный преобразователь, включающий в себя последовательно соединенные времяэадающий делитель, связанный с входами начальной установки триггера и регистра памяти, электронный ключ, соединенный входами с выходами блоком сравнения кодов и регистрирующий счетчик.Недостатком данного фазометра является ограничение быстродействия и точности измерения за счет уменьше ния числа усредняемых за время измерения фазовых интервалов.Известен также цифровой фазометр, содержащий в каждом канале формирователи импульсов в моменты переходов исследуемых напряжений через нулевые значения (в дальнейшем - формирующие устройства) и устройства выделения моментов переходов исследуемых напряжений (сигналов) через максимальные значения, которые связаны с общими дляобоих каналов цепью пуска, генератором эталонной частоты и подключенным к нему времяимпульсным преобразователем, включающим в себя умножитель частоты, связанный с электронным ключом, соединенным с ре гистрирующим устройством. ти и быстродействия цифрового фазометра.Цель изобретения - повышение быстродействия и помехоустойчивости.Эта цель достигается тем, что в цифровой фазометр, содержащий время- импульсный преобразователь с подключенным к нему генератором счетных импульсов, счетный триггер и два идентичных канала, включающих в себя формирующее устройство, четыре элемента совпадений и реверсивный счетчик, введены в каждом канале четыре стандартизатора импульсов, второй реверсивный счетчик, два дешифратора и триггер, а также общий для обоих каналов формирователь импульсных последовательностей, который соединен входами с выходами последовательно включенных генератора счетных импульсов и счетного триггера, а первым выходом - с входами первого и третьего элементов совпадений, подключенных.вторыми входами соответственно к прямому и инверсному выходам формирующего устройства, а выходами - к входам соответствующих стандартизаторов импульсов, которые соединены вторыми входами с вторым выходом формирователя импульсных последовательностей, подключенного третьим выходом к входам второго и четвертого элементов совпадений, связанных ,вторыми входами соответственно с инверсным и прямым выходами формирующего устройства, а выходами - с входами соответствующих стандартизаторов импульсов, соединенных вторыми входами с четвертым выходом формирователя импульсных последовательностей, а выходами - с вторыми входами соответственно первого и второго реверсивных счетчиков, соединенных первыми входами с выходами первого и третьего стандартизаторов импульсов, а выходами - с входами дешифраторов, соединенных выходами с третьими входами второго и четвертого элементов совпадения и входами триггера, подключенного выходом к времяимпульсному преобразователю.При этом стандартизатор импульсов выполнен в виде последовательно включенных П-триггера и элемента И, выход которого является выходом стандартизатора импульсов, а второй вход, соединенный с С-входом Р-триггера, - вторым входом стандартизато 1273831ра импульсов, первым входом которого является Я-вход Р-триггера, В-вход которого подключен к уровню логического нуля.На фиг. 1 приведена блок-схема 5 цифрового фазометра; на Фиг. 2 блок-схема стандартиэатора импульсов; на фиг. 3, 4 и 5 - временные диаграммы сигналов.Фаэометр содержит два идентичных 10 канала 1, 2, каждый из которых включает в себя последовательно соединенные формирующее устройство 3, первый и второй блоки 4, 5 привязки к экстремальным значениям с сигнала, состоящим из элементов б, 7 и 8, 9 совпадений, стандартизаторов 10, 11 и 12, 13 импульсов, реверсивных счетчиков 14 и 15 и дешифраторов 16 и 17, соединенных с триггером 18, общие для Ю обоих каналов и связанные с ними и друг с другом генератор 19 счетных импульсов, счетный триггер 20, Формирователь 21 импульсных последовательностей и блок 22 времяимпульсного преобразования. Стандартизатор импульсов включает в себя последовательно соединенные 0-триггер 23 и элемент И 24.Фазометр работает следуюшим об- ЭО разом.Исследуемые сигналы поступают на формирующие устройства 3 первого и второго каналов 1, 2 фазометра, которые преобразуют их в последователь- д ность прямоугольных импульсов, фронты которых соответствуют переходам сигналов через нулевой уровень, На фиг. 3 показаны временные диаграммы сигналов для случая достаточно 40 больших отношений сигнал-шум, когда отсутствуют ложные нуль-переходы за счет широкополосных шумов, В блоках 4, 5 привязки к экстремальным значениям сигнала обоих каналов форми руются импульсы (фиг. 3 в, е), привязанные отрицательными фронтами к серединам положительных (в блоке 5) и отрицательных (в блоке 4) полуволн сигнала, что соответствует по време ни (без учета запаздывания в формирующих устройствах) экстремальным значениям гармонического сигнала. Привязка осуществляется путем цифрового интегрирования полуволн сфор мированного сигнала с различно постоянной времени, определяемой частотой счетных импульсов (фиг. 3 б,д). При этом во время действия положительной полуволны сигнала реверсивный счетчик 14 работает в режиме суммирования, а реверсивныйсчетчик 15 - в режиме вычитания, вовремя действия отрицательной полуволны сигнала режимы работы реверсивных счетчиков меняются на обратные, В режиме суммирования на входы реверсивных счетчиков 14, 15 через элементы 6, 8 совпадений и стандартизаторы 10, 12 поступают импульсы с формирователя 2 1 импульсных последовательностей с частотой следования 1/2, в режиме вычитания через элементы 7, 9 совпадений и стандартизаторы 11, 13 импульсов поступают импульсы вдвое большей частоты следования (фиг. 5). Момент привязки регистрируется по отрицательному фронту импульса на выходе дешифратора (Фиг. 3 в, е), когда текущий код реверсивного счетчика (Фиг, 3 б, д) в режиме вычитания принимает нулевое значение, которое поддерживается до окончания действия отрицательной полуволны сигнала путем запирания второго и четвертого элементов 7, 9 совпадений выходным напряжением соответствующего дешифратора 16, 17.Импульсы привязки поступают на входы триггера 18, Формирующего прямоугольные импульсы (фиг. 3 ж) длительностью, равной половине периода сигнала, и сдвинутые относительно егоона 90 в обоих каналах (при строгой симметрии выходных сигналов формирующего устройства 3, при наличии ассимметрии момент привязки имеет систематическое смещение, компенсируемое путем двухполупериодной обработки в блоке 22 времяимпульсного преобразования. Сигналы с выходов триггеров обоих каналов, а также последовательность счетных импульсов с выхода генератора 19 поступает на входы блока 23 времяимпульсного преобразования, где осуществляется формирование временных интервалов, пропорциональных измеряемой разности фаз сигналов, их кодирование и регистрация.Использование информации об обоих экстремальных значениях сигнала в каждом периоде повышает быстродействие, а также точность измерения за счет увеличения в 4 раза числа усредняемых интервалов за то же время измерения (в фаэометрах с усреднение ).15 5 1273На фиг. 4 показаны временные диаграммы работы фазометра с учетом широкополосных шумов, приводящих к многократным пересечениям нулевого уровня (фиг. 4 а, г). Блоки привязки к экстремальным значениям сигнала в5 этом случае осуществляют интегрирование по длительности выбросов и пауз сформированной смеси сигнала и шума (фиг. 4 б. д). При этом в области нуль-переходов чистого сигнала, где выбросы и паузы соизмеримы по длительности, во время действия пауз также оказываются возможными считывания кодов реверсивных счетчиков 14, 15 до нулевого значения (в области, положительных нуль-переходов для реверсивного счетчика 14 и в области отрицательных нуль-переходов для реверсивного счетчика 15), что соответствует формированию на выходах дешифраторов 16, 17 ложных импульсов привязки (фиг. 4 в, е).Однако в дальнейшем по мере интегрирования длительности выбросов текущий код реверсивных счетчиков (фиг, 4 б. д) возрастает, достигая некоторого максимального значения в области отрицательных нуль-переходов (для реверсивного счетчика 14) и положительных нуль-переходов (для реверсивного счетчика 15). Далее йреобладающими становятся длительности пауз, вызывающие уменьшение кода реверсивных счетчиков со скоростью,примерно в 2 раза большей, чем приего нарастании (во время действия положительной полуволны сигнала на соответствующем выходе Формирующего устройства). В момент достижения кодом нулевого значения на выходе дешифратора формируется импульс привязки, совпадающий по отрицательному фронту с точностью, определяемой шумами, с соответствующим экстремальным значением сигнала. Сформирован 45 ные таким образом импульсы привязки (4 в, е) определяют состояние триггера 18, в то время как ложные импульсы привязки, отстающие относительно их по времени, лишь подтверждают эти состояния, не оказывая влияния на работу устройства. В результате на выходе триггера 18 и каждом канале так же, как и в случае чистого сигнала, формируются прямоугольные импульсы длительностью, равной половине периода сигнала без ложныхнулей (Фиг, 4 ж). 831ЬТаким образом, в предлагаемом устройстве осуществляется интегральная оценка временного положения экстремумов сигнала путем анализа соотношения усредненных значений времени пребывания смеси сигнала и шума выше и ниже нулевого уровня в каждом периоде сигнала, что и предопределя-, ет его повышенную помехоустойчивость. Она определяется такими соотношениями сигнал-шум, при которых возможны ложные срабатывания и пропуски сигнала.При квантовании полуволн сигнала на выходах элементов совпадений 6-9 возможно появление не стандартных по длительности счетных импульсов (при совпадении с фронтами квантуемых полуволн сигнала) и воздействующих беэ какой-вибо паузы на входы суммирования и вычитания реверсивных счетчиков. Кроме того, при наличии шумов возможно дробление счетных импульсов. Все это приводит к сбоям реверсивных счетчиков и снижению точности и помехоустойчивости фазометра. Для исключения этого явления используются формирователь 21 импульсных последовательностей и стандартизаторы 10- 13 импульсов, реализуемые, например, в соответствии с блок-схемой по фиг. 2.Формирователь 21 импульсных последовательностей формирует две пары задержанных относительно друг друга последовательностей импульсов с частотой , и Г, /2 квантующую и син" хронизирующую. Импульсы квантующей последовательности поступают на входы элементов 6-9 совпадений, соединенных выходами с Я-входами Р-триггеров 23, а импульсы синхронизирующей последовательности - на С-входы Р- триггеров 23 и вторые входы элементов И 24, соединенных первыми входами с выходами Р-триггеров. В результате на выходах элементов И 24 присутствуют стандартные по длительности счетные импульсы, соответствующие каждому срабатыванию Р-триггеров 23, причем импульсы на входах суммирования и вычитания реверсивных счетчиков всегда разнесены во времени, что исключает потери информации и возможности сбоя реверсивных счетчиков, в том числе и за счет дробления импульсов при квантовании.Таким образом, введение указанныхэлементов и связей позволяет повыситьбыстродействие и помехоустойчивостьцифровых фазометров к внутренним ивнешним широкополосным шумам и, следовательно, расширить динамический ичастотный диапазон исследуемых сигна-лов. 1. Цифровой фазометр, содержащий времяимпульсный преобразователь с подключенным к нему генератором счетных импульсов, счетный триггер и два идентичных канала, включающих в себя формирующее устройство, четыре 15 элемента совпадений и реверсивный счетчик, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что с целью повышения быстродействия и помехоустойчивости, в него введены в каждом канале четыре стандартиЮ затора импульсов, второй реверсивный счетчик, два дешифратора и триггер, а также общий для обоих каналов формирователь импульсных последовательностей, который соединен входами с 25 выходами последовательно включенных генератора счетных импульсов и счетного триггера, а первым выходом - с входами первого и третьего элементов совпадений, подключенных вторыми входами соответственно к прямому и инверсному выходам формирующего устройства, а выходами к входам соответствующих стандартизаторов импульсов, которые соединены вторыми вхо 0 Формула изобретения 1273831 8дами с вторым выходом формирователяимпульсных последовательностей, подключенного третьим выходом к входамвторого и четвертого элементов совпа"дений, связанных вторыми входами соответственно с инверсным и прямымвыходами формирующего устройства, авыходами - с входами соответствующих стандартизаторов импульсов сЬединенных вторыми входами с четвертымвыходом формирователя импульсных последовательностей, а выходами - свторыми входами соответственно первого и второго реверсивных счетчиков,соединенных первыми входами с выходами первого и третьего стандартизаторов импульсов, а выходами - с входами дешифраторов, соединенных выходами с третьими входами второго и четвертого элементов совпадений и входами триггера, подключенного выходом к времяимпульсному преобразователю.2. Фазометр по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что стандартизатор импульсов выполнен в виде последовательно включенных П-триггера иэлемента И, при этом Я-вход П-триггера и соединенные друг с другомС-вход и .второй вход элемента И являются соответственно первым и вторым входами стандартизатора импульсов, выходом которого является выход элемента И, П-вход Р-триггерасоединен с уровнем логического нуля.