Цифровой фазометр мгновенных значений

(61) (21) (22) (46) (72) и В,И (53) (56) Р 12 ис. / ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 12707184040853/24-2119.02.8630.10.87, Бюл, У 40В.Г.Гладилович, А.Д. ВоропаевЛавринович621. 317. 77 (088. 8)Авторское свидетельство СССР0718, кл С 0 1 К 25/00, 1986.(54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР МГНОВЕННЫХЗНАЧЕНИЙ(57) Изобретение может быть использовано при измерении статических характеристик флуктуаций фазы сигналаи позволяет повысить достоверностьрезультата измерения ширины диапазона изменения переменной составляющейфазового сдвига. Фазометр содержитформирователи 1 и 2, дискриминатор5 опережения, формирователь 6 временных интервалов, генератор 7, элементы И 8 и 9, регистры 10 и 12, блок11 вычитания кодов, триггер 13 знака,пиковые детекторы 14 и 16, инвертор15, блок 17 управления, сумматор 18и индикатор 19, В устройство введены триггер 3 управления и элементИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 4, предназначенныйдля повторения или инвертирования (взависимости от величины потенциалана выходе триггера 3 управления) одного из сигналов, подаваемых на.входформирователя 6 временных интервалов,В устройстве устраняется ошибка изменения в тех случаях, когда измеряемая ширина диапазона измерения превосходит разницу между верхним пределом измерения фазометра и первыммгновенным значением сдвига фаз,фиксируемым в регистре 10 в начале измерительного цикла, но не превышаетопредельно допустимой величины 180При этом обеспечивается воэможностьсигнализации о выходе измеряемогопараметра эа допустимый предел, когда ширина диапазона измерения превыОшает 180, 2 ил, 1348745Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении статистических характеристик флуктуаций фазы сигнала.Цель изобретения - повышение достоверности измерения ширины диапазона изменения переменной составляющей фазового сдвига,На фиг, 1 представлена структурная схема цифрового фазометра мгновенных значений; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства. 10 15 Цифровой фазометр мгновенных значений содержит два входных формирователя 1 и 2, триггер 3 управления,элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 4, дискриминатор 5 опережения, формирователь 6 20временных интервалов, генератор 7,элементы И 8 и 9, первый регистр 10,блок 11 вычитания кодов, второй регистр 12, триггер 13 знака, первыйпиковый детектор 14, инвертор 15, 25второй пиковый детектор 16, блок 17управления, сумматор 18, индикатор19,При этом выходы формирователей 1и 2 подключены к входам формировате- З 0ля 6 временных интервалов и дискриминатора 5 опережения. Причем выходформирователя 1 подключен через элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 4. Выход генератора 7 соединен с первыми входамиэлементов И 8 и 9, вторые входы которых объединены и подключены к выходуформирователя 6 временных интервалов,а выходы раздельно соединены: у элемента И 8 - со счетным входом первого регистра 10, у элемента И 9 - свходом второго регистра 12.Информационные выходы пиковых де-текторов 14 и 16 поразрядно соединены с соответствующими Входами сумматора 18, выходы которого поразрядноподключены к входам индикатора 19.Вход блока 17 управления соединен свыходом второго формирователя 2, первый его выход подключен к третьему 50входу элемента И 8, третий выход подключен к управляющему входу первогорегистра 10 и двух пиковых детекторов 14 и 16, второй выход подключенк УпраВлнюЩему Входу ВТОРОГО РеГистра 12, пятый выход подключен к первымуправляющим входам пиковых детекторов 14 и 16, шестой выход подключенк управляющему входу цифрового индикатора 19, а четвертый вьжод подключен к первому входу триггера 13 знака.Выход триггера 13 подключен к второму управляющему входу блока 11 вычитания кодов, второй вход триггера 13 знака объединен с первым управляющим входом блока 11 вычитания кодов и подключен к выходу дискриминатора 5 опережения, Первый информационный вход блока 11 вычитания кодов поразрядно соединен с информационным выходом регистра 10, второй информационный вход поразрядно соединен с информационными выходами регистра 12, выходы блока 11 вычитания кодов поразрядно подключены к входам пиковых детекторов 14 и 16, а управляющий выход блока 11 вычитания кодов подключен непосредственно к второму управляющему входу первого пикового детектора 14 и через инвертор 15 - квторому управляющему входу второгопикового детектора 16.Кроме того, вход триггера 3 управления соединен с выходной шиной переноса сумматора 18, а выход подключен к входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕИЛИ 4.Каждый из пиковых детекторов 14 и16 содержит регистр 20, блок 2 1 сравнения кодов и элемент И 22, Первыйкодовый вход блока 21 сравнения кодов поразрядно объединен с информационным входом регистра 20, являющимся информационным входом пикового детектора 14 (16), второй информационный вход поразрядно объединен с выходом регистра 20, являющимся выходомпикового детектора 14 (16), а выходблока 21 сравнения кодов подключенк первому входу элемента И 22, выходкоторого соединен с вторым управляющим входом регистра 20, а второй итретий входы являются первым и вторым управляющими входами цифровогопикового детектора 14 (16),В качестве входных формирователей1 и 2 могут быть использованы фаэостабильные усилители-ограничители,Формирователь 6 временных интервалов выполняется по схеме с перекрытием и обеспечивает выделение времен-.ного интервала, пропорциональногоофазовому сдвигу в диапазоне от +180до -180,Дискриминатор 5 опережения определяет знак мгновенной разности фаэ,3 13 Если опорный сигнал отстает отисследуемого, то дискриминатор 5 опережения выдает на своем выходе высокий потенциал, соответствующий положительному сдвигу фаз, В противном случае, на его выходе присутствует низкий потенциал, что соответствует отрицательному фазовому сдвнгу.В качестве эталонного генератора 7 может быть применен генератор прямоугольных импульсов, частота которого стабилизирована с помощью кварцевого резонатора.Первый регистр 10 фиксирует и помнит в течение всего измерительного цикла первое мгновенное значение фазового сдвига. Регистр 10 представляет собой счетчик импульсов. Допускается также фиксирование и запоминание регистром 10 некоторого среднего значения сдвига фаэ, вычисленного эа определенный промежуток времени,Второй регистр 12 представляет собой счетчик импульсов, но фиксирующий текущие мгновенные значения фазовых сдвигов эа каждый период входных сигналов.1Пиковые детекторы 14 и 16 формируют за время измерительного цикла с помощью регистра 20 и блока 21 сравнения кодов максимальное отклонение сдвига фаз в сторону больших (детектор 14) и меньших (детектор 1 б) значений относительно первого значения, запомненного в регистре 10. Регистр 20 может быть выполнен на 0- триггерах, Р-входы которых являются информационными входами регистра, а С-входы объединены и подключены к выходу элемента И 22, Блок 21 сравнения кодов выдает на своем выходе высокий разрешающий запись очередного мгновенного значения отклонения в регистр 20 потенциал, если это значение по абсолютной величине превышает величину отклонения, ранее записанную в регистр 20, Запись большего значения отклонения в регистр 20 производится по команде (фиг. 2 д), поступающей с пятого выхода блока 17 управления после окончания измерения каждого текущего мгновенного значения фазового сдвига.Сумматор 18 предназначен для вычисления ширины диапазона изменения переменной составляющей фазового сдвига путем сложения максимальных отклонений сдвига фаз в сторону боль 48745 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ших и в сторону меньших значений относительно первого значения, запомненного в начале цикла, и представляет собой логический сумматор.Индикатор 19 включает в себя регистр памяти, выполненный на Р-триггерах, дешифратор и индикатор состояний. Перепись результата измеренияв регистр памяти осуществляется покоманде (Фиг, 2 з), подаваемой на Свходы П-триггеров с шестого выходаблока 17 управления.При необходимости индикатор 19может содержать регистрирующее устройство, Вместо перечисленных вышефункциональных узлов индикатор 19может содержать устройство сопряжения с ЭВМ.Блок 17 управления содержит времязадающий счетчик, определяющий длительность измерительного цикла (фиг.2 ж), и формирователи команд, выполненные на генераторах одиночного импульса (одновибраторах, выдающих поперепаду из логической "1" в логический 0 короткие отрицательные импульсы), элементах задержки, инверторах и триггере с раздельными входами,Блок 11 вычитания кодов служитдля получения текущей разности (мгновенного значения отклонения) междумгновенными значениями фазовых сдвигов, периодически записываемыми врегистре 12, и первым значением фазового сдвига, зафиксированным вначале измерительного цикла в регистре 10 с учетом их знаков,На выходе блока 11 вычитания кодов формируется код, соответствующийабсолютному значению текущей разности, на управляющем вьжоде - знак текущей разности, При этом плюсу соответствует высокий потенциал, а минусу - низкий потенциал.Блок 11 вычитания кодов может бытьвыполнен на логических сумматорах(например, 155 ИМЗ), элементах ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элементах И и элементах НЕ,Триггер 13 знака предназначен длязапоминания знака первого значениясдвига фаз, занесенного в начале измерительного цикла в регистр 10, иможет быть выполнен на Э-триггере,Запоминание осуществляется по команде с четвертого выхода блока 17 управления, подаваемой по окончании5 13измерения первого значения фазовогосдвига.Элемент ИСКЛЮЧАЮЩКЕ ИЛИ 4 предназначен для повторения или инвертирования (в зависимости от величины потенциала на выходе триггера 3 управпения) одного из сигналов, подаваемых на вход формирователя 6 времени(х интервалов.Цифровой фазометр работает следующим образом.После включения цифровой фаэометрустанавливается в исходное состояние,при котором элементы И 8 и 9 закрытынизким потенциалом с выхода формирователя 6 временных интервалов, регистр( 10,12 и 20 (в пиковых детекторах 14 и 16) находятся в нулевомсостоянии, При этом на первом выходеблока 17 управления появляется высокий потенциал (фиг. 2 к), который подготавливает к. открыванию элемент И 8.Цифровые пиковые детекторы 14 и16 и цифровой индикатор 19 заблокирован( низким потенциалом с пятого(фиг. 2 д) и шестого (фиг, 2 з) выходовблока 17 управления, На тактовом входе триггера 13 знака появляется низкий потенциал (фиг. 2 л), поданный счетвертого выхода блока 17 управления,Триггер 3 управления может находиться в произвольном положении,При поступлении исследуемого Б,(фиг. 2 а) и опорного Ц (фиг. 2 б)сигналов на выходе формирователя 6временуых интервалов появляется имlпульс положительной полярности(фиг. 2 в), длительность которого пропорциональна измеряемой мгновеннойразности фаз, При этом посколькуна один из входов формирователя 6поступает либо прямой, либо проинвертированн(й (в зависимости от состояния триггера 3 управления) входной сигнал, то длительность его выходного импульса может либо непосредственно соответствовать измеряемомуфазовому сдвигу, либо иметь дополнительную добавку, пропорциональнуюо180 и не влияющую на нормальную работу фаэометра,Этот импульс открывает элементыИ 8 и 9, через которые в(сокочастотные колебания генератора 7 поступают на входы регистров 10 и 12, Одновременно на информационный вход триггера 13 знака и второй управляющий 48745евход блока 11 вычитания кодов с в(хода дискриминатора 5 опережения подается потенциал, величина которого соответствует знаку переменного первого 5значения фазового сдвига.По окончании первого импульса закрываются элементы И 8 и 9. В регистрах 10 и 12 оказ(вается записаннымпервое значение фазового сдвига. После чего на первом и четвертом вылодах блока 17 управления, на вход которого подаются прямоугольные импульсы типа "меандр" (фиг. 2 г) с выхода 15 одного из входных формирователей (1или 2),происходит одновременное изменение потенциалов. На первом вьпсодеблока 17 управления появляется низкий потенциал (фиг. 2 к), которьй бло кирует элемент И 8 до конца измерительного цикла, а на четвертом в(ходе - высокий потенциал (фиг. 2 л),в момент появления которого (перепадом из логического "0" в логическую 25 " 1") в триггере 13 осуществляетсяфиксация (также до конца измерительного цикла) знака первого значенияфазового сдвига.В результате того, что в регистрах1 О и 12 оказалось записанным одно ито же число с одним и тем же знаком,на выходе блока 11 вычитания кодовформируется код разности, равный нулю, Перед началом следующего измерения, по команде (фиг. 2 е) с второго 35выхода блока 17 управления, регистр12 обнуляется.В момент появления второго и последующих импульсов на выходе формирователя 6 высокочастотные импульсыгенератора 7 периодически поступаютна вход регистра 12, в результате чего в нем эапис(ваются числа, соответствующие текущим мгновенным значени ям фазовых сдвигов эа.кажд(й периодпоступающих на вход фаэометра сигналов У, и Б . При этом на выходеблока 11 вычитания кодов периодичеси формируется код, соответствующийабсолютному значению разности междутекущими значениями сдвига фаз, записываемыми в регистре 12, и первымзначением фазового сдвига, зафиксированн(м в регистре 10 на время измерительного цикла, Знак текущей разности, формируемый на управляющемвыходе блока 11 вычитания кодов, зависит как от знака первого значенияфазового сдвига, поступающего на вто5 10 15 20 рой управляющий вход блока 11 с выхода триггера 13, так и от знака текущих значений фазовых сдвигов, которыйформируется на вьжоде дискриминатора5 опережения в моменты появления импульсов на выходе формирователя 6.При этом в зависимости от знака,сформированный за каждый период входных сигналов код текущей разностиобрабатывается либо в пиковом детекторе 14, в котором за время измерительного цикла формируется код, соответствующий максимальному отклонениюфазового сдвига от своего первогозначения в сторону увеличения, либов пиковом детекторе 16, в котором заэто время формируется код, соответствующий максимальному отклонению фазового сдвига от своего первого значения в сторону уменьшения.Результат измерения, соответствующий ширине диапазона изменения переменной составляющей фазового сдвига,получается путем сложения полученныхзначений максимальных отклонений фазовых сдвигов в сторону увеличенияи в сторону уменьшения относительнопервого значения в сумматоре 18. Вконце измерительного цикла этот результат по команде (фиг, 2 э), поступающей с шестого выхода блока 17 управления переносится в регистр памяти индикатора 19.По окончании измерительного циклапо команде (фиг, 2 и) с третьего выхода блока 17 управления регистры 10,12 и 20 (в пиковых детекторах 14 и16) сбрасываются в нулевое состояниеи весь фазометр приводится в исходноеположение,Если измеряемая ширина диапазонаизменения переменной составляющей фазового сдвига не превысила предельнодопустимой для данного фазометравеличины, равной 180 , а постояннаясоставляющая изменяющегося во временифазового сдвига была такова, что несмогла возникнуть ситуация, в которойизмеряемая ширина диапазона оказаласьбы большей, чем разница между верхоним пределом измерения (+180 илио-180 ) и первым мгновенным значениемсдвига фаз, зафиксированным в регистре 10 в начале измерительного цикла,то цифровой фаэометр сразу выдаетправильный результат,Если же по какой-либо причине изеряемая ширина диапазона изменения 25 30 35 40 45 50 55 переменной составляющей фазовогосдвига оказалась больше разницы между верхним пределом измерения фазометра и первым мгновенным значениемсдвига фаз, то за счет того, чточасть мгновенных значений фазовыхсдвигов в процессе измерения попадает в этом случае через точку разрыва на другое плечо характеристики(в область противоположных по знакузначений), все эти мгновенные значения попадают для анализа величинымаксимального отклонения совсем вдругой пиковый детектор, И фазометрошибочно определяет, будто изменяющийся во времени фазовый сдвиг в течение этого измерительного цикла максимально отклонялся от первого мгновенного значения в одну сторону доо о +180, а в другую сторону - до - 180 Результат измерения в первом измерительном цикле оказывается недостоверным,Однако как только результирующкод в сумматоре 18 превысит велич,соответствующую пределу измеренияоцифрового фазометра, равному 180на выходной шине переноса сумматора18 возникает перепад напряжений, опрокидывающий триггер 13 управления.Один из входных сигналов, поступающихна вход формирователя 6 временныхинтервалов через элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕИЛИ 4, начинает инвертироваться, чтоообеспечивает смещение на 180 изменяющегося во времени фазового сдвигавдоль характеристики фазометраТеперь, если в последующих циклахизмеряемая ширина диапазона измененияпеременной составляющей фазовогосдвига не превысит предельно допусотимой для фазометра величины 180все дальнейшие отсчеты будут достоверными, поскольку в этом случае впроцессе измерения исключается вероятность попадания одной части измеряемых мгновенных значений переменного сдвига фаэ на одно плечо, а другой части мгновенных значений черезточку разрыва на другое плечо этойхарактеристики,Если измеряемая ширина диапазонаизменения переменной составляющей фаозового сдвига превышает 180 , вследствие чего в данном фазометре впринципе становится невозможным получить достоверный результат, триггер3 управления будет постоянно в каж13 8 Г д Ж 3 оставитель С, Кулишехред М,Ходанич рректор О.Кравцов едактор Ю. Серед аказ 5185/44 Тираж 729 И Государственног делам изобретений ква, Ж, Раушск Подписноекомитета СССР и М открытиинаб д, 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 дом цикле изменять свое состояние напротивоположное, что, в свою очередь,можно использовать для сигнализациио выходе измеряемой величины за допустимый предел,Таким образом, преимущество предлагаемого фазометра перед известнымзаключается в повышенпой достоверности измерения ширины диапазона изменения переменной составляющей фазового сдвига, которая достигаетсяза счет введения в его состав элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и триггера управления. При этом устраняется ошибкаизмерения в тех случаях, когда измеряемая ширина диапазона измененияпревосходит разницу между верхнимпределом измерения фаэометра и первым мгновенным значением сдвига фаэ,.фиксируемым в первом регистре в начале измерительного цикла, но не превышает предельно допустимой величины 48745 10о180 ,и обеспечивается, воэможностьсигнализации о выходе измеряемогопараметра эа допустимый предел, когдаширина диапазона изменения превышает180 Формула изобретенияПифровой фазометр мгновенных значений по авт,св, Ф 1270718 о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повьшения достоверности измерения ширины диапазона изменения переменной составляющей фазового сдвига, в него введены элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и триггер управления, вход которого соединен с выходной шиной переноса сумматора,а выход подключен к входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом одного Иэ формирователей, а выход - с входами формирователя временных интервалов и дискриминатора опережения,