Цифровой фазометр

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 119) (11) А 1) 001 К 25 ЕТЕНИЯ ЕЛЬСТВ эл йденов Фиг, 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР ОПИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ СВИДЕ(56) Авторское свидетельство СССР йф 1112309, кл. С 01 К 25/00, 1983,Авторское свидетельство СССР В 1118935,. кл. С 01 К 25/00, 1983. (54) ЦИФРОВОЙ ФАВОМЕТР(57) Изобретение может быть использовано для измерения сдвига фаз меж ду опорным и флуктуирующим измерительным сигналом тойже частоты, например, при иэмерениях угловых координат Цель изобретения - повышение надежности работы, расширение диапазона частот и флуктуации измерительного сигнала, Устройство со 2ержит формирователи 1 и 2 импульсов,ементы И 3 и 11, триггеры 4 и 9 управления, делители 5 и 12 частоты, блоки 6-8 выделения временных сдвигов, счетчик 10 числа измерений, элементы ИЛИ 13 и 14, реверсивный счетчик 15 и генератор 16 квантующих импульсов. 1 ель достигается формированием трех импульсных последовательностей из измерительного и опорного сигналов, дополнительным сдвигом измерительных импульсных последовательностей на период опорного сигнала, измерением временных сдвигов между попарнымн опорной и измерительными импульсными последовательностями и накоплением результатов измерения всех трех каналов. 1 з,п. ф-лы, 3 нл.Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения сдвига фаз между опорным и флуктуирующим измерительным сигналом той же частоты и может использоваться, например, при измеренииугловых координат.Целью изобретения является повышение надежности работы, расширениедиапазона частот и Флуктуации измерительного сигнала.На фиг. 1 изображена структурнаясхема цифрового Фазометра; на Фиг.2 блок-схема блока выделения временных,сдвигов; на фиг. 3 - временныедиаграммы работы цифрового Фазометра,Цифровой фазометр содержит первый 1 и второй 2 формирователи импульсов, первый элемент И 3, первыйтриггер 4 управления,.первый делитель 5 частоты, первый 6, второй 7и третий 8 блоки выделения временных сдвигов, второй триггер 9 управления, счетчик 10 числа измерений,второй элемент И 11, второй делитель 12 частоты, первый 13 и второй 14 элементы ИЛИ, реверсивныйсчетчик 15 и генератор 16 квантующихимпульсов,Каждый из блоков 6, 7 и 8 выделения временных сдвигов содержит триггер 17, триггер 18, первый элемент И-НЕ 19 и второй элемент И-НЕ 20.Вход первого Формирователя 1 импульсов соединен с опорным входом устройства, а вход второго формирователя 2 импульсов - с измерительным входом устройства, причем выход первого Формирователя 1 импульсов соединен с первым входом первого элемента И 3, второй вход которого соединен с выходом первого триггера 4 управления, а выход первого элемента И 3 соединен с входом первого делителя 5 частоты, первый выход которого соединен с первым входом первого блока 6 выделения временных сдвигов и вторым входом третьего блока 8 выделения временных сдвигов. Второй выход первого делителя 5 частоты соединен с первым входом второго блока 7 выделения временных сдвигов, вторым входом первого блока 6 вйделения временных сдвигов и единичным входом второго триггера 9 управления. Третий выход первого целителя 5 часто 35 40 45 50 "5 10 15 25 30 ты соединен с первым входом третьего,блока 8 выделения временных сдвигов, вторым входом второго блока 7выделения временных сдвигов и входом счетчика 10 числа измерений,выход которого соединен с К-входами .первого 4 второго 9 триггеровуправления, Выход второго Формирователя 2 импульсов соединен с первым входом второго элемента И 11,второй вход которого соединен с выходом второго триггера 9 управления, Второй К-вход триггера 9 соединен со сбросовым входом первогоделителя 5 частоты, единичным входом первого триггера 4 управления,со сбросовым входом второго делителя 12 частоты, со сбросовым входом реверсивного счетчика 15 и входом "Пуск" устройства, Первый, вто.рой и третий выходы второго делителя 12 частоты соединены с третьими входами соответственно первого 6,второго 7 и третьего 8 блоков выделения временных сдвигов. Первые выходы 6, 7 и 8 выделения временных спгиговсоединены с входами первого элементаИЛИ 13, выход которого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика 15, а вторые выходы блоков 6, 7и 8 выделения временных сдвигов соединены с входами второго элементаИЛИ 14, выход которого соединен свычитающим входом реверсивного счетчика 15. Выход генератора 16 вантующих импульсов соединен с четвертыми входами блоков 6, 7 и 8 выделения временных сдвигов. Каждый из блоков 6, 7 и 8 выделения временных сдвигов содержит триг. геры 17 и 18 и элементы И-НЕ 19 и 20, причем первый вход 21 блока соединен с Я-входами триггеров 17 и 18, второй вход 22 - с К-входом триггера 17, инверсный выход которого соеди-. нен с первым входом элемента И-НЕ 19, а прямой выход - с первым, входом элемента И-НЕ 20, третий вход 23 блока соединен с К-входом триггера 18, инверсный выход которого соединен с вторым входом элемента И-НЕ 20, а прямой выход - с вторым входом элемента И-НЕ 19, .четвертый вход 24 блока соединен с третьими входамиэлементов И-НЕ 19 и 20, выходы которых соответственно являются первым и вторым выходами блока.На фиг. 3 обозначены;сигнал, поступающий на вход "Пуск",О - импульсы на выходе первого формирователя 1 импульсов,импульсы на выходе второго формирователя 2 импульсов,Я,Д, Т - импульсы на первом., втором и третьем выходах первого пелителя 5 частоты;,М,- импульсы на первом втором и третьем выходах второго делителя 12 частоты,Я,И, ф - импульсы временных интервалов на прямом выходе первого триггера 17 первого б, второго 7 и третьего 8 блоков выделения временных сдцигов;Ж,п, Х в импульсы временных интервалов на прямом выходе второго триггера 18 первого 6, второго 7 и третьего 8 блоков выделения временныхсдвигов,И Ц - пакеты квантующих импульсов на первом выходе первого 6, второго 7 и третьего 8 блоков выделения временных сдвигов;К,с, Ц - пакеты квацтуюгих импульсов на втором входе первого 6, второ.го 7 и третьего 8 блоков выделениявременных сдвигов,Цифровой фазометр работает следуютим образом,Входные сигналы ч.ерез опорный иизмерительный входы фазометра (Лиг.1поступают на входы первого и второго формирователей 1 и 2 импульсов, на выходах которых формируются им пульсные последовательности(фиг.31,5). Сигналом цПуск"(фиг.31) производится установка в исходное нулевое состояние первого и второго делителей 5 и 12 частоты на три, второго триггера 9 управления, реверсивного счетчика 15 и в единичное состояние первого триггера 4 управления, который разрешает прохождение через первый элемент И 3 импульсов (фиг.Зо) опорного сигнала на вход первого делителя 5 частоты, на трех выходах которого формируются импульсные последовательности(фиг.32,Л,т), сдвинутые друг относительно друга на период входного сигнала.55 На первый вход 21 блока (фиг.2) с первого выхода первого делителя 5 частоты поступает опорная импульсная последовательность (фиг.ЗМ поделенной частоты, импульсы которой устанавливают триггеры 17 и 18 в единичное состояние, формируя начала вреВторой после сигнала "Пуск импульс опорного сигнала, снимаемыйс второго выхода первого делителя 5частоты, устанавливает второй триггер 9 управления в единичное состояние и разрешает прохождение измерительных импульсов (фиг.З б) на входвторого делителя 12 частоты. На трех 1 О выходах второго делителя 12 частотыформируются импульсные последовательности (фцг.З,м,ф), сдвинутые друготносительно друга на период входного сигнала, Каждая импульсная по следовательцость дополнительносдвинута на период опорного сигнала относительно импуль сных последовательностей (фиг,ЗЕ,Л,Т), формируемых на одноименных выходах первого делителя 5 частоты, т.е, введен дополнительный фазовый сдвиг, равный периоду опорного сигнала, вследствие чего исключается совпадение импульсов опорного и измерительного сигналов при флуктуации измерительоного сигнала в пределах +360Измерение фазового сдвига междуопорным и измерительным сигналамипроизводится между импульсными последовательностями, снимаемыми с одноименных выходов первого ц второгоделителей 5 и 12 частоты, в которыхистинный фазовый сдвиг отличается отизмеренного на 36 П. ля исключенияэтого дополнительного сдвига формируются вспомогательные временные интервалы, равные периоду опорного сиг.нала, начала которых совпадают сначалом временного сдвига между опор ным и измерительным сигналами .поделенной частоты.Формирование временных сдвигов между импульсными последовательностямиподеленной частоты и исключение до полнительного сдвига производится- блоками 6,. 7 и 8 выделения временных сдвигов.Работа блоков 6, 7 и 8 выделениявремеиных сдвигов идентична.Рассмот 5 О рим работу первого блока 6 выделениявременных сдвигов,менных интервалов (фиг.36,40 в момент времени й.На второй вход 223блока с второго, выходя делителя 5 частоты поступает импульсная последовательность (фиг.З,Ь), сдвинутая5. на один период опорного сигнала не- деленной частоты, и устанавливает первый триггер 17 в исходное состояние, формируя конец вспомогательного интервала (момент С).Следующий измерительный импульс (фиг.3 5), пройдя через третий вход 23 первого блока 6, в момент устанавливает второй триггер 18 в 15 нулевое состояние, формируя конец временного сдвига.Таким образом, на выходах триггеров 17 и 18 формируются временные интервалы, начала которых строго сов падают по времени, а длительности этих интервалов соответственно равны периоду опорного сигнала и периоду опорного сигнала плюс истинный временной сдвиг между опорным и измери тельным сигналами неделенной частоты.Выделение истинного временного сдвига и формирование пакетов квантующих импульсов производится элементами И-НЕ 19 и 20. 30При положительном сдвиге фаз конец временного интервала (Лиг,З,Ж, момент Т) задержан относительно конца временного интервала (фиг,З,В, момент С ) на величину времени сдвига Т- Сэ между опорным и измерительным импульсами неделенной частоты, В этом случае на первом и втором входах элемента И-НЕ 19 высокие уровни напряжений, снимаемые с инверсного выхода 40 триггера 17 (фиг.ЗВ) и прямого выхода триггера 18 (фиг.З;Д, перекрываются и на выходе элемента И-НЕ 19 формируется пакет квантующих импульсов низкого уровня напряжения, которые через 45 первый выход блока 6 и первый элемент ИЛИ 13 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 15.При отрицательном сдвиге Ааз конец временного интервала (фиг.З,ж, момент 1) опережает конец временного интервала (фиг. З,е, момент г. ) на величину временного сдвига С-з между измерительным и опорным импуль. сами неделенной частоты. В этом55 случае на первом и втором входах элемента И-НЕ 20 высокие уровни напряжения, снимаемые с. прямого выхода первого триггера 17 (фиг.3,6) и инверсного выхода второго триггера 18 (фиг,Зж), перекрываются и на выходе элемента И-НЕ 20 формируется пакет квантующих импульсов низкого уровня напряжения, которые через второй выход блока 6 и второй элемент ИЛИ 14 поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 15.Аналогично работают второй 7 (фиг.ЗА,М,И,О, ,с) и третий 8 блоки (фиг АОЗТ,Р, Х, ц,Ч), сформированные пакеты квантующих импульсов которыхчерез вторые и третьи входы элементов ИЛИ 13 и 14 поступают на входы реверсивного счетчика 15.Таким образом, на выходе цифровогофазометра в виде двоичного кода формируется накопленная за мерный интервал времени сумма квантующих импульсов, определяющих сумму временных сдвигов между опорным и измерительным сигналами неделенной частоты.Мерный интервал времени определяется количеством периодов опорного сигнала поделенной частоты, сосчитаиных счетчиком 10 числа измерений,импульс переполнения которого является концом мерного интервала времени и возвращает в исходное состояние триггеры 4 и 9 управления, которые запрещают прохождение опорныхи измерительных импульсов через первый и второй элементы И 3 и 11 до следующего появления сигнала "Пуск 11,Знак результирующего числа определяется суммой чисел, полученных приположительных и отрицательных сдвигах фаз.При преобладании суммы чисел отрицательного значения реверсивный счетчик 15 переходит через нулевоесостояние и его двоичный код изменяется от большего числа к меньшемуи старший знаковый разряд принимаетединичное состояние, что являетсясигналом съема информации с инверсных выходов разрядов числовой, частиреверсивного счетчика 15. При преобладании суммы чисел положительного значения старший знаковый разряд находится в нулевом состоянии и информация в этом случае выдается с.прямых выходов разрядов числовой части реверсивного счетчика 15.Цифровой Фазометр за счет исключения совпадения опорного и измерительного сигналов путем деления на три частоты входных сигналов, формирования трех каналов попарных импульсных последовательностей, сдвига. измерительных импульсных последовательностей на один период опорного сигнала относительно одноименной опорной импульсной последовательности, измерения временных сдвигов между попар ными опорной и измерительной импульсными последовательностями и накопления результатов измерений всех трех каналов обеспечивает надежную работу вблизи нулевого фазового сдвига и 15 .высокую точность измерений в широком диапазоне частот при флуктуации фазыо измеряемого сигнала в пределах +180формула изобретения 20.1. Цифровой фазометр, содержащий два формирователя импульсов, входы которых соединены соответственно с опорным и измерительным входами уст ройствами, два делителя частоты, два триггера управления, два элемента И, два элемента ИЛИ, счетчик числа измерений, реверсивный счетчик и генератор квантующих импульсов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности работы и расширения диапазона частот и флуктуации измеряемого сигнала, введены три блока вьделения временных сдвигов; при этом выход первого формирователя импульсов соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого триггера управления, авыход 40 первого элемента И соединен с входом первого делителя частоты, первый выход которого соединен с первым входом первого блока выделения временных сдвигов, с вторым входом третьего 45 блока выделения временных сдвигов, второй выход первого делителя частоты соединен с первым входам второго блока выделения временных сдвигов, с вторым входом первого блока вь 1 деления временных сдвигов и с входом установки единицы второго триггера уп" равления, третий выход первого делителя частоты соединен с первым входом третьего блока, с вторым входом второго блока и с входом счетчика числа измерений, выход которого соединен с входами установки нупя первого и второго триггеров управления, выход второго формирователя импульсов соединен с первым входом второго элементаИ, второй вход которого соединен с выходом второго триггера управления, второй вход установки нуля которого соединен со сбросовым входом первого н второго делителей частоты, с входом установки единицы первого триггера управления, со сбросовым входом реверсивного счетчика, с входом "Пуск" устройства, первый, второй и третий вьводы второго делителя частоты соединень 1 с третьими входами соответственно первого, второго и третьего блоков выделениявременных сдвигов, первые выходы которых соединены с входами первогоэлемента ИЛИ, выход которого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, а вторые выходы блоковвьделения временных интервалов соединень 1 с входами второго элементаИЛИ, выход которого соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика, выход генератора квантующихимпульсов соединен с четвертымивходами трех блоков вьделения временных интервалов.2. фазометр по и. 1, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что каждыйблок вьделения временных сдвигов содержит третий и четвертый триггерыи первый и второй элементы И-НЕ, причем первый вход блока вьделения временных сдвигов соединен с входамиустановки единицы третьего и четвертого триггеров, второй вход блокасоединен с входом установки нулятретьего триггера, инверсный выходкоторого соединен с первым входомпервого элемента И-НЕ, а прямойс первым входом второго элементаИ-НЕ, третий вход блока выделениявременных интервалов соединен с входом.установки нуля четвертого триггера, инверсный выход которого соединен с вторым входом второго элемента И-НЕ, а прямой выход - с вторым входом первого элемента И-НЕ,четвертый вход блока вьделения временных интервалов соединен с третьими входами первого и второго элементов И-НЕ, выходы которых соответственно являются первым и вторым выходами блока выделения временных интервалов,.Кравчук, Коррект остави Техреду мар А.Лежни КНТ по и 35оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 1 О Заказ .926 Тира ВНИИПИ Государственного комитет 113035, Москва, етенияушская Подписное и открытиям и б, д, 4/5