Преобразователь фазового сдвига в код

Е 11 СОЮЗ СОВЕТСКИСОЦИАЛИСТ ИЧЕРЕСПУБЛИК 5/00 ЭОБРЕТЕНЕПЛЬСТВУ М АВТОРСМОМУ УДАРСТОЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СССР Е 510676, кл. 6 01 К 2 УОО, 1976.2, Авторское свидетельство СССР У 72 бй 89, кл. 6 01 й 2 УОО, 25 09.78.(54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ФАЗОВОГО СДВИГА В КОД, содержащий два нуль-органа, компаратор, блок определения порога, два триггера, два счетчика, три Формирователя импульсов, два ключа, инвертор, элемент совпадения и две группы вентилей, причем. вход пер" вого нуль-органа соединен с первым входом, а вход второго нуль-органас вторым входом преобразователя, выход второго нуль-органа подключен к входам первого и второго Формирователей импульсов, выход первого ключа соединен с входом первого счетчи - ка и с первым входом второго ключа, :первый вход компаратора подключен к первому входу блока определения порога и к входу второго нуль-органа, а второй вход - к выходу блока определения порога, второй вход которого соединен с третьим входом преобраэова теля, первый вход первого ключа подключен к входу инвертора, выход кото-. рого соединен с первым входом элемента совпадения, второйвход которо. го подклачен к выходу первого формирователя импульсов, а выход - к первым входам первой группы вентилей и к первому входу первого триггера, второй вход которого соединен с выхо. дом второго Формирователя ймпульсов, а выход - с вторым входом второго клоча, выход второго ключа подключен к первому входу второго счетчика, второй вход которого соединен с выхо. дами первой группы вентщвей, вторые входы которой подключен.Ф.выходу первого счетчика, выход .ефрргр счетчика соединен с первыми входами второй группы вентилей, выходы ко. торой подклочены к первому выходу преобразователя, о т л и ч а ю щ и й ся тем, что, с целью расширения Функциойальных воэможностей преобразователя путем обеспечения следящего режима преобразования Фазового сдвига в код и независимости его результатов от частоты следования опорного и иссле" дуемых импульсов, в него введены умножитель частоты, Формирователь им" пульсов, триггер, инвертор и два элемента совпадения., причем выход первого нуль.-органа соединен с вторым входом первого счетчика и с входом вгэрого инвертора, а также черезЭавйумножитель частоты - с входом инвер"тора и первым входом первого ключа, ; выход второго инвертора подключен к второму входу первого ключа, выход компаратора соединен с входами тре-. тьего и четвертого Формирователей им" пульсов, первый вход второго триггера подключен к выходу второго Фор,иирова-,еля импульсов, а его выходн первому входу второго элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом первого Формирователя ,)Эф импульсов, выход второго элемента совпадения подключен к первому входу третьего триггера, второй-вход которого соединен с выходом третьего Формирователя импульсов, а выход - с первйм входом третьего элемента совпа101935 У 25 дения, второй вход третьего элементасовпадения подключенк выходу четвертого формирователя импульсов и к 1Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано в измерительных приборах для преобразования Фазового сдвига в цифровой код. 5В частности, задача преобразования фазового сдвига в цифровой код возникает при вибрационном диагностировании двигателей внутреннего сгорания, При этом особенностью пре О образования фазового сдвига вибрационного импульса в цифровой код является наличие в предварительно отФильтрованном с помощью полосовых Фильтров сигнале узкополосного шума, источниками которого являются разлицные рабочие процессы объекта диагностирования, а также сопряжения, не связанные с циклом его работы.1 Другой особенностью преобразования фазовых параметров вибрационного сигнала в код является Фо, что последний представляет собой определенную последовательность вибрационных импульсов, Формируемых отдельными кинематицескими парами в течение цикла Т работы объекта.Известен преобразователь Фазового сдвига в код, содержащий два нуль- органа, триггер, ключ, генератор и счетчик 11 1.Недостатками этого Фазометра являются невозможность преобразования Фазового сдвига в цифровой код при наличии узкополосного шума, зависимость результатов преобразования от частоты следования опорного и исследу. емых импульсов, а также невозможность реализации следящего режима преобразования.Наиболее близким техническим реше О нием к изобретению является устройство преобразования Фазового сдвига в цифровой код, содержащее два нуль-органа, компаратор, блок определения порога, два триггера, два счетчика, три фор мирователя импульсов, два ключа, генератор образцовой частоты, инвертор,второму входу второго триггера,а выход "к вторым входам второй группы вентилейи к второму выходу преобразователя,2элемент совпадения и двегруппы вентилей, причем входы нуль-органов соединены с двумя входами преобразователя, выход первого нуль-органа подключен к первому входу первого триггера, а выход второго - к входам первого и второго формирователей импульсов выход первого триггера соединен с входом третьего формирователя импульсов и с первым входом первого ключа, выход которого подклюцен к входу счетчика и к первому входу второго ключа, второй вход первого триггера соединен с выходом компаратора, первый вход которого подключен к первому входу блока определения порога и к входу второго нуль-.органа, а второй вход к выходу блока определения порога, второй вход которого соединен с третьим входом преобразователя, второй вход первого ключа подключен к выходу генератора образцовой частоты и к входу инвертора, выход которого соединен с первым входом элемента совпадения, второй вход которого подключен к выходу первого формирователя импульсов, а выход - к первым входам первой группы вентилей и к первому входу второго триггера, второй вход которого соединен с выхоДом второго формирователя импульсов, а выход - с вторым входом второго ключа, выход второго ключа подключен к первому входу второго счетчика, второй вход которого соединен с выходами первой группы вентилей, вторые входы которой подключены к вь 1 ходу первого счетчика, выход второго счетчика соединен с первыми входами второй группы вентилей, вторые входы которой подключены к выходу третьего формирователя импульсов, а выходы - к выходу преобразователя 2.Недостатком известного преобразователя является невозможность реализации следящего режима преобразования, так как он обеспечивает преобразование Фазового сдвига только одного из п импульсов импульсной последовательности на периоде опорного сигнала. Для преобразования Фазового сдвига в код остальных 1-1 импульсов необходимо п -1 периодов опорного сигнала, цто связано с дополнительными затратами времени, А при налиции только одной реализации сигнала одной последовательности импульсов, соответ 10 ствующей одному циклу работы объекта ) или же при наличии зависимости Фазовых параметров импульсов от времени применение известных преобразователей становится вообще невозможным. Недостатком преобразователя является также зависимость результатов преобразования от частоты следования опорного и исследуемых импульсов.Целью изобретения является расширение Функциональных возможностей преобразователя путем обеспецения следящего режима преобразования Фазового сдвига в код и независимости его результатов от частоты следования опорного и исследуемых импульсов,Указанная цель достигается тем, цто в преобразователь Фазового сдвига в код, содержащий два нуль-органа, компаратор, блок определения порога, два триггера, два счетцика, три Формирователя импульсов, два ключа, инвертор, элемент совпадения, и две группы вентилей, причем вход первого нуль-органа соединен с первым входом, а вход второго нуль-органа 35 с вторым входом преобразователя, выход второго нуль-органа подключен к входам первого и второго Формирователей. импульсов, выход первого ключа соединен с входом первого счетчика и с первым входом второго ключа, первый вход компаратора подключен к первому входу блока определения порога и к входу второго нуль-органа, а второй вход в . к выходу блока опре деления порогавторой вход которого соединен с третьим входом преобра.- .зователя, первый вход первого клоча подключен к входу инвертора, вы" ход котОрого соединен с первым вхо дом элемента совпадения, второй вход которого подключен к выходу первого Формирователя импульсов, а выход - к первым входам первой группы вентилей и к первому входу первого триг гера, второй вход которого соединен с выходом второго Формирователя им" пульсов, а выход - с вторым входом второго ключа, выход второго ключаподключен к первому входу второгосоветчика, второй вход которого соединен с выходами первой группы вентилей, вторые входы которой подкло" цены к выходу первого счетчика, выход второго счетчика соединен с первыми входами второй группы вентилей,выходы которой подключены к первомувыходу преобразователя, введены умножитель частоты, Формярователь им- пульсов, триггер, инвертор и два элемента совпадения, причем выход первого нуль-органа соединен с вторым-,входом первого счетчика и с входом второго инвертора., а также через умножитель частоты - с входом инвертора и первым входом первого клоца, выход второго инвертора подключен к второму входу первого ключа, выход компаратора соединен с входами третьего и четвертого формирователей. импульсов, первый вход второго триггера подключен к выходу второго Формирователя импуль" сов, а его выход - к первому входу второго элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом первогоФормирователя импульсов, выход второго элемента совпадения подключен к первому входу третьего триггера, второй вход которого соединен с выходом третьего Формирователя импульсов, а выход - с первым входом третьего элемента совпадения, второй вход третьего элемента совпадения подключен к выходу четвертого Формирователя импульсов и к второму входу второго .триггера, а выход - к вторым, входамвторой группы вентилей и к второмувыходу преобразователя.На фиг. 1 представлена блок-схемапреобразователя; на Фиг2 - временная диаграмма его работы, Преобразователь содержит два нульоргана 1 и 2, блок 3 определения порога, компаратор 1, четыре Формирователя 5-8 импульсов, два инвертора 9. и 10, элемент 11 совпадения, триг" гер 12, ключ 13, элемент 1 Ь совпадения, умножитель 15 частоты, тригге- . ры 16 и 17, ключ 18, элемент 19 совпадения, счетчик 20, группу.венти"лей 21, счетчик 22, группу вентилей 23, первый 24, второй 25 и третий 26 входы и первый 27 и второй 28 выходы.Вход нуль-органа 1 соединен с входом 21, а вход нуль-органа 2 - с входом 25 преобразователя и первыми5 1019 входами блока 3 и компаратора 4, вто-; рой вход которого подключен к выходу блока. 3, второй вход блока 3 соединен с входом 26 преобразователя, выход нуль-органа 2 подключен к входам формирователей 5 и 6, выход ключа 13 соединен с первыми входами ключа 18 и счетчика 20, второй вход которого подключен к выходу нуль-органа 1 и к входам инвертора 9 и умножителя 15, 10 выход которого соединен с входом инвертора 1 О и первым входом ключа 13, второй вход которого подключен к выходу инвертора 9, выход инвертора 10 соединен с первым входом элемента 11, 15 выход которого подключвн к первым входам группы вентилей 21 и к первому входу триггера 1 б, второй вход которого соединен с выходом формирователя 6 и первым вхедом триггера 12, 20 а выход - с вторым входом ключа 18, выход которого подключен к первому входу счетчика 22, второй вход счетчика 22 соединен с выходами группы вентилей 21, вторые входы которой р 5 подключены к выходу счетчика 20, выход счетчика 22 соединен с первыми входами группы вентилей 23, выходы которой подключены к выходу 27 преоб", разователя, выход компаратора 4 соединен с входами формирователей 7 и 8, выход триггера 12 подключен к перво" му входу элемента 14, второй вход которого соединен с выходом Формирова" теля 5 и вторым входом элемента 11, выход элемента 14 подключен к первому входу триггера 17, второй вход которого соединен с выходом Формиро" вателя 7, а выход - с первым входом элемента 19, второй вход элемента 19 подключен к выходу Формирователя 8 и о второму входу триггера 12, а выходк вторым входам группы вентилей 23 и выходу 28 преобразователя.Преобразователь работает следующим образом.45.В момент перехода через нуль "снизу-вверх" опорного сигнала, представляющего собой видеоимпульс и поступающего на первый вход 24 преобразователя (Фиг. 2-н 24"), нуль-орган 1 50 формирует на своем выходе короткий импульс (Фиг. 2 -цВых.1"), который устанавливает счетчик 20 в нулевое состояние, а также поступает на входы инвертора 9 и умножителя 15. Инвер 55 тор 9 блокирует на время "длительности импульса на его входе ключ 13, нд другой вход которого поступают 357 6 импульсы с выхода умножителя 15 частоты. Коэффициент умножения частотыследования импульсов на входе умножителя 15 определяется исходя из необходимой разрешающей способности преобразования фазового сдвига. Так,например, при измерении в процесседиагностирования двигателей внутрен"него сгорания Фазового сдвига вибра"ционных импульсов с разрешающей спо"собностью в 1 градус необходим коэф"Фициент умножения умножителя, равный720, так как период следования Т опорных импульсов равен двум оборотам ко"ленчатого вала объекта, т.е. 720 градусам. Таким образом, на выходе умно"жителя 15 за период времени Т, независимо от величины последнего Формируется 720 импульсов. По окончании импульса на выходе нуль-органа 1 ключ 13разблокируется и импульсы с выходаумножителя 15 начинают поступать навход счетчика 20 (фиг. 2 - "Вых,- 20")и на первый вход .ключа 18. На второйвход 25 преобразователя поступает сигнал (Фиг, 2 - "24" ), представляющийсобой смесь последовательности вибрационных импульсов и узкополосного шума. При переходе сигнала через нульсрабатывает нуль-орган 2 (фиг, 2"Вых.2" ). При этом в зависимости отнаправления этого перехода срабатывает либо Формирователь 5, либо формирователь 6. Так, при переходе сигналачерез нуль "снизу вверх" сигнал навыходе нуль-органа 2 состояния "0"переходит в состояние "1", При этомна выходе формирователя б появляетсяимпульсный сигнал (фиг. 2 - "Вых.б"),который устанавливает триггер 16 в,состояние "0" на его выходе (фиг.2"Вых. 16" ) и закрывает тем самым йслюч 18. Поступление импульсов с выхода умножителя 15 через ключ 13 навход счетчика 22 прекращается, и всчетчике 22 Фиксируется число импульсов Я.,(фиг. 2 - "Вых. 22"), отсчитанных за интервал времени между переходом через нуль опорного сигнала и рассмотренным переходом через нуль сигнала на втором входе преобразователя.При этом на вход счетчикз 20 импульсы с выхода умножителя 15 продолжают поступать и тем самым формироватьна выходе последнего код текущего значения Фазового сдвига, Переход сигнала на входе 25 преобразователя через нуль может быть вызван или полезным сигналом или. шумом, Если после019357 8 50 55 7 1: перехода сигнала через нуль "снизу вверх" следует и переход последнего через порог, то код, записанный в счетчике 22, является кодом Фазового сдвига исследуемого импульсного сигнала, который необходимо выдать на выход 27 преобразователя. Бсли после перехода сигнала на входе 25 преобоаэователя через нуль "снизу вверх следует переход последнего через нуль "сверху вниз", то полезный сигнал на вход 25 преобразователя не поступал, и код с выхода счетчика 22 на выход 27 преобразователя выдаваться не должен. При переходе сигнала на входе 25 преобразователя через нуль "сверху вниз" сигнал на выходе нуль-органа 2 иэ. состояния "1" переходит в состоя" ние фО". При этом на выходе формирователя 5 появляется импульсный сигнал (Фиг, 2 - "Вых. 5"), который поступает на один вход элемента 11. совпадения, на другой вход которого через инвертор 10 поступают импульсы с выхода умножителя 15. В результате чего в паузе между импульсами опорной частоты осуществляется перепись в счетчик 22 через вентили 21 кода чйсла импульсов, поступивщих к данному моменту времени на вход счетцика 20, кода текущего значения фазового сдвига й (фиг. 2 - "вых.22") а также установка триггера 16 в состояние "1" на его выходе фиг, 2- "Вых. 16" )При этомсигналом на его втором входе ключ 18 открывается, и импульсы с выхода умножителя 15, поступающие на его первый вход через ключ 13, подаются на счетный вход счетчика 22. В счетчике.22 производится подсчет импульсов с выхода умножителя 15, которые при этом прибавляются к коду И до очередного перехода сигнала, поступающего на вход 25 преобразователя, через нуль. Указанный процесс повторяется до тех пор, пока не появится полезный сигнал (вибрационный импульс ). При появлении полезного сигнала происхо.дит срабатывание компаратора 4 фиг,2 "Вых. 1" ), который осуществляет сравнение текущего значения сигнала на его первом входе с порогом, поступающим на .его второй вход с выхода блока 3 определения порога (фиг, 2 - "Вых.3" ), Значение порога представляет собой предельное значение узко гйолосного шума, определяемое блоком 3определения порога. Блок 3 представляет собой стробируемый пиковый детек- .тор, измеряющий максимальное значение 5 сигнала в течение строб".импульса,по"ступающего на третий вход 26 преобразователя. Строб-импульс подается навход 26 в моменты отсутствия полезного сигнала (для таких объектов диагно 1 ф стирования, как двигатель внутреннего сгорания, эти моменты, определяе-,мые его кинематикой, известны априори)При переходе сигнала через порог взависимости от направления этого пе" 5 рехода срабатывает либо формирователь 7, либо формирователь 8. Так 1при переходе сигнала через порог"снизу вверх" сигнал на выходе компаратора Ч иэ состояния "0" перехо 2 в дит в состояние ". При этом на выходе Формирователя О появляется импульсный сигнал (Фиг. 2 - "Вых. 8" )который устанавливает триггер 12 всостояние."0" на его выходе (Фиг,2- 25 "Вых. 12" ), а также поступает на второй вход элемента 19 совпадения. Им.пульсный сигнал с второго входа элемента 19 совпадения в зависимости отсостояния выхода триггера 17 либо зо проходит, либо не проходит на выход.элемента 19 совпадения и далее навторые входы вентилей 23 и выход 28преобразователя. При переходе сйгнала через порог "сеерху вниз" сигнал, на выходе компаратора 1 из состояния 1 переходит в состояние "0",1 иПри этом на выходе формирователя 7появляется импульсный сигнал (Фиг.2 -"Вых. 7" ), который устанавливает триг" 49гер 17 в состояние "0" на его выходе (Фиг. 2 - "Вых. 17" ). При поступ" ленни на вход 25 преобразователя вибрационного импульса наблюдается последовательность переходов сигнала через порог Фиг. 2 - "25"), Из этой последовательности переходов необходи- ч мо выделить первыи переход сигналачерез порог "снизу вверх", которыйсигнализирует о появлении полезногосигнала. Выделение указанного перехода осуществляется триггерами 12 и 17и элементами 14 и 19 совпадения,при помощи которых анализируются последовательности переходов сигналачерез нуль и через порог и Фиксируется первый переход сигнала через порог "снизу вверх" Фиг. 2 - "Вых,12","Вых. 11", "Вых. 17" и "Вых, 19"),При этом импульсный сигнал с выхода9 101937 1 Оэлемента 19 совпадения поступает насов ничем не отличается от описанновторые входы вентилей 23, разблоки- го ранее.руя их, и на выход 28 преобразователя, Таким образом в предлагаемом пре" в результате чего на выходе 27 преоб- образователе обеспечивается следящий эазователя выдается код Йз - код фа-режим преобразования фазового сдвига ювого сдвига первого импульса из им- каждого из последовательности радио" аульсной последовательности, а на вы- импульсных сигналов относительно опорход 2 о преобразователя - сигнал синхро- ного и независимость результатов уканизации,Процесс преобразования фазо- занного преобразования от частоты слевого сдвига в код последуоцих импуль- дования опорного и исследуемых сигналов.Н. Агееце ого комитетний и открыРаушская н ииб. 8/е ю ектн П я жгород, у Составитеактоо В Ланко Техоед 0еюий юеюМаэ,3695/39Тираж 710ВНИИПИ Государствпо делам иэобр11 ОД Москва Ифилиал ППП"ППатент",Корректор В, ГПодписноеСССР