Цифровой фазометр

,140651 19) 11 4 0 01 Б 25/00 КОМИТЕТ СССРЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОСУДАРСТВЕН О ДЕЛАМ ИЗО ИСАНИЕ СВИДЕТЕЛЬСТ Н АВТОРСН ССР 198(21) 4135212/24-21 (22) 17.10,86 (46) 30,06,88. Бюл. У 24 (71) Пензенский завод-втуз (72) Ю,А.Смагин, Н.П.Данилина, Е.Ф.Трифонов, р,М.Фролов и М,П.Шадрин (53) 621.317,373 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР Ф 600472, кл. О 01 В 25/00, 1975.Авторское свидетельство С У 943599, кл. О 01 Р 25/02, О. (54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР (57) Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения сдвига фаз между исследуемыми сигналами. Цель изобретения - увеличение быстродействия фазометра при обеспечении требуемой точности,измерения, Фаэометр содержит формирующий блок 1, блок 2 управления, генераУ ЕНИЯь/ тор 3 тактовой частоты, управляемый делитель 4 частоты, формирователь 5, блок 6 определения отношения двух чисел, результирующий счетчик 9, делитель 11 частоты на 360Введение формирователя 7, элемента 8 запрета и управляемого делителя 10 частоты с соответствующими связями позволяет в течение одного периода исследуе мого сигнала производить автоматический выбор тактовой частоты, измерение периода исследуемого сигнала Ти временного интервала , пропорционального сдвигу фазАвтоматическое преобразование результатов измерения Т ив непосредственный отсчет сдвига фаэ в граду" сах производится эа время не более одного периода. Таким образом, общее время измерения в наихудшем случае составит не более двух периодов исследуемого сигнала, Ь ил, 1406511Изобретение относится к цифровойэлектроиэмерительной технике и можетбыть использовано в устройствах измерения сдвига фаз двух электрическихсигналов с цифровым выходом.5Цель изобретения - повышение быстродействия цифрового фазометра приобеспечении требуемой точности измерения за счет одновременного автома-.тического выбора тактовой частотыпри измерении периода Тисследуемого сигнала и временного интервалаис, пропорционального измеряемомусдвигу фаз 1, в течение одного пе" 15риода исследуемого сигнала.На фиг. 1 изображена структурнаясхема цифрового фазометра; на фиг.2 -блок-схема формирующего блока; нафиг.3 - блок-схема первого управляемого делителя частоты; на фиг. 4блок-схема блока определения отношения двух чисел; на фиг, 5 - блок-схема второго управляемого делителя частоты; на фиг. 6 - временные диаграммы, поясняющие работу цифрового фазометра.Цифровой фазометр содержит формирующий блок 1, блок 2 управления, генератор 3 тактовой частоты, первый 30управляемый делитель 4 частоты, первый формирователь 5 импульсов, блок6 определения отношения двух чисел;второй формирователь 7 импульсов, элемент 8 запрета, результирующий счетчик 9, второй управляемый делитель1 О частоты, делитель 11 частоты на360 (Д), Первый и второй входы цифрового фазометра соединены соответственно с первым и вторым входами фор" 40мирующего блока 1, первый выход которого соединен с первым входом блока 6 определения отношения двух чисел и с запрещающим входом элемента8 запрета, выход которого соединен 45с первым входом управляемого делителя 10 частоты, выход которого соединен с входом счетчика 9, Второй выход формирующего блока (ФБ) 1 соединен с вторым входом блока 6, первыйвыход которого через делитель 11 соединен с первым входом блока 2, первыйи второй выходы которого соединенысоответственно с третьим и четвертымвходами блока 1, пятый вход которогосоединен с выходом делителя 4, первыйвход которого соединен с вторым входом блока 2 и с выходом генератора3. Второй вход делителя 4 соединенА с информационным входом элемента 8 и с первым выходом формирователя 7 имЪпульсов, второй выход которого соединен с третьим входом блока 6, второй и третий выходы которого соединены соответственно с входом формирователя 7 и вторым входом делителя 1 О, Третий выход блока 2 соединен с четвертым входом блока 6, четвертый выходкоторого через формирователь 5 соединен с пятым входом блока 6,Блок-схема формирующего блока 1содержит два формирователя 12 и 13 идва ключа 14 и 15. Первый и второйвходы блока 1 через формирователи 12и 13 соединены соответственно с первыми входами ключей 14 и 15, Третийи четвертый входы блока 1 соединенысоответственно с вторыми входами ключей 14 и 15, а пятый вход блокасоединен с третьими входами ключей14 и 15. Выходы ключей 14 и 5 являются соответственно первым и вторымвыходами блокаБлок-схема первого управляемогоделителя 4 частоты содержит делитель16 частоты, блок 17 элементов совпадейий, двоичный счетчик 18, элементИЛИ 19. Первый вход делителя 4 соединен с входом делителя 16, -выходыкоторого (где= 1,и) соединены с,1-е выходы которого (где= 1,п)соединены с -ми (где= 1,п)входами элемента ИЛИ 19, выход которого является выходом делителя 4.Вто"рой вход делителя 4 соединен с входомсчетчика 18, "е выходы которого (где1,и) соединены с -ми входами(где= и + 1,2 п) блока 17;Блок-схема блока 6 определенияотношения двух чисел состоит изсчетчика 20 сдвига фазы, блока 21элементов совпадений, общего счетчика 22, блока 23 элементов совпаде"ний, счетчика 24 импульсов периода(СП) и двух элементов ИЛИ 25 и 26.Первый вход блока 6 соединен с первымвходом счетчика 20, первый выход которого является четвертым выходомблока 6. Второй вход блока 6 соединен с первым входом счетчика 24, пер"вый выход которого является вторымвыходом блока 6. Третий вход блока 6соединен с вторым входом счетчика 24,-е выходы которого (где= 2,п+1)соединены с -ми входами (где1,п) блока 23, 1-е выходы которо 3 140го соединены с -ми входами (где1; и) элемента ИЛИ 26, выход которого является первым выходом блока 6Четвертый вход блока 6 соединен свходом счетчика 22 1-е выходы которого (где ь = 1 п) соединены са-ми (где б щ пт 1 ь 2 п) вхадеми бпаке23 ь е ь-е (где ь = п Ь 1,2 п) вьыадысчетчика 22 соединены с -ми входами(где= 1,п)блока 21, -е выходы которого соединены с -ми (где =1,п)входами элемента ИЛИ 25, выход которого является третьим выходом блока6, Пятый вход блока 6 соединен с вто"рьы входом счетчике 20 ь-е вьыодыкоторого (где ь = 2,п т 1) соединеныс -ми входами (где= и+1,2 п) блока 21,Блок-схема второго управляемогоделителя 10 частоты состоит из двоичного счетчика 27 переполнений, блока28 элементов совпадений, делителя29 частоты и элемента ИЛИ 30. Первыйвход делителя 10 соединен с входомсчетчика 27, -е выходы которого(где х = 1,п) соединены с -ми входами (где= 1,п). блока 28, 1-е выходы которого (где= 1,п) соединеныс -ми входами элемента ИЛИ 30, выход которого является выходом делителя 10. Второй вход делителя 10соединен с входом делителя 29, -евыходы (где ь щ 1,п) которого соединены с -ми (где= п+1,2 п) входами блока 28.Работа цифрового фазометра основана на автоматическом выборе тактовойчастоты в течение одного периодавходного сигнала при одновременномизмерении .периода Т х исследуемогосигнала и временноГо интервала ,пропорционального измеряемому сдвигу фаз р, и последующем автоматическом преобразовании результатовэтих двух измерений в непосредственный отсчет сдвига фаз в градусах.Цифровой фазометр работает следующим образом,Перед началом измерения счетчик9,делитель 11, счетчики 18, 20, 24и 27 импульсом с блока 2 устанавливаются в нулевое состояние. Формирователи 12 и 13 из входных сигналови У (диаграммы 31 и 32 нафиг.б) формируют импульсы, равные подлительности периоду Тисследуемого сигнала и времени б запаздывания (опережения) одного входного 6511 4сигнала относительно другого (диаграммы 33 и 34 на фиг.б). Длительность этих импульсов определяетвремя заполнения импульсами тактовой частоты счетчиков 24 и 20 соответственно. В течение первого периодавходного сигнала на счетчики 24 и 20от генератора 3 через делитель 4 иблок 1 поступает максимальная тактовая частота Г , соответствующая верхнему поддиапазону исследуемых частот.При поступлении на вход счетчика24 количества импульсов 2 , где и -разрядность двоичного счетчика, про"исходит переполнение этого счетчикачастотой Го, которое осуществляетсяэа отрезок времени Т = 2 /1 Импульс1переполнения длительностью Л -- О опоступает на счетчик 18, который через блок 17 управляет работой делителя 16 так, что с последнего черезтот же блок 17, элемент ИЛИ 19 и ключ15 на заполнение счетчика 24 пост/пает тактовая частота Г 1 = Г/2, т,е.вдвое меньшая по сравнению с предыдущей тактовой частотой (диаграммы 33и 34 на фиг.б). Этот же импульс переполнения счетчика 24 через формиро"ватель 7 поступает в старший разрядсчетчика 24 и записывает в нем "1".Таким образом, перед началом заполнения тактовой частотой Г, = Г /2 внем зафиксировано количество импульсов И = 2" , что соответствует числу импульсов, поступивших на входсчетчика с учетом новой, уменьшеннойвдвое, тактовой частоты. Действитель" 40но, количество импульсов Б, поступивших с частотой Г = Г /2 за отрезок времени Т = 2 "/Г, равно Б =2 п Го - м- ТГ = -- - - - 245 Если время Я)( запаздывания одного входного сигнала относительно друго превышает отрезок времени Т, то одновременно с переполнением в счет" чике 24 происходит переполнение в счетчике 20, Импульс переполнения счетчика 20 через формирователь 5 поступает в старший разряд счетчика 20. Таким образом, в счетчике 20 (как и в счетчике 24 перед началом запол" .нения его тактовой частотой Г 1 =/2) зафиксировано количество поступивших на вход счетчика импуль(3)55 сов с учетом новой уменьшенной вдвое, тактовой частоты,Если при заполнении счетчиков 20 и 24 тактовой частотой Г, вновь про- изойдет переполнение обоих счетчиков, то импульс переполнения счетчиков вызовет уменьшение тактовой час" тоты вдвое (т,е. Г = в= - )2 Г 10 и через формирователи 7 и 5 поступит в старшие разряды счетчиков 20, 24 и запишет в них "1".Если при заполнении счетчиков 20 и 24 тактовой частотой Г к (где К = 15 = 0,1,2 ш " номер частотного поддиапазона) произойдет переполне" ние только в счетчике 24, а в счетчи ке 20.переполнение отсутствует, чтосвидетельствует о завершении измерения временного интервала С, то импульс переполнения счетчика 24 черезэлемент 8, открытый отсутствием сиг, налас блока 1, поступает в счет чик 27, Таким образом, н счетчике20 будет зафиксировано число, пропорциональное интервалу(1) в счетчике 27 фиксируется количество 30 1 переполнений счетчика 24 при измерении интервала (Т хх)а уменьшенная вдвое тактовая частота Г = Г /2 бук 1 к дет поступать только в счетчик 24 (диаграмма 34 на фиг,6) Подобным образом будет осуществляться измене" ние тактовой частоты и фиксация количества переполнений счетчика 24 до конца интервала Т , а в счетчике 9 получается число, пропорциональное 40 периоду Т, т,е,где- номер частотного поддиапазо на (К 4 Ыш) .Учитывая, что после каждого переполнения тактовая частота уменьшается в.два раза, то количество 1 переполнений в счетчике 24 при иэмере Нии интервала (Т - 7) определится как Таким образом, в течение одного йериода Тпроисходит получение кодов Ли 11 т в счетчиках 20 и 24 соответственно. По окончанию периода Т происхохдит считывание информаций со счетчиков 20 и 24 следующим образом. Сблока 2 поступает команда, по которой импульсы максимальной тактовойчастоты Го поступают в счетчик 22.Выходные уровни триггеров разрядов счетчиков 20 и 24 управляют потенциальными входами блоков 21 и 23,а выходные сигналы триггеров разрядов счетчика 22 поступают на импульсные входы блоков 21 и 23. При совпадении обоих сигналов на входах блоков 21 и 23 появляются сигналы, которые проходят через элемент ИЛИ 25 иделитель 29, управляемый кодом всчетчике 27, через блок 28, элементИЛИ 30 на результирующий счетчик 9и через элемент ИЛИ 26 на делитель 11,Состояние блоков 21 и 23 и, следовательно, суммарную частоту на выходе элементов ИЛИ 25 и 26,задают состояния триггеров счетчиков 20,24 и22. Например, триггеры самых старшихдвоичных разрядов счетчикбв 20 и 24управляют элементами блоков 21 и 23совпадений, на которые подаются сигналы от триггера самого младшего разряда счетчика 22,Суммарная частота с выхода элемента ИЛИ 26 равнаГ11 т"т д . оф(4)о где Ио - числовая емкость каждогоиз счетчиков 20, 24 и 22.Принимая во внимание выражениеСуммарная частота с выхода элемента ИЛИ 25 равна Учитывая выражение (1), получим вГлт.,.мж- в (6)Ь 11оо Импульсы с выхода элемента ИЛИ 25поступают на делитель 29, которыйчерез блок 28 управляется счетчиком27 переполнений так, что на выходеэлемента ИЛИ 30 суммарная частотаполучается в 2 раз меньше, чем навходе делителя 29, т,е, на выходеэлемента ИЛИ 30 частота импульсаравна- - " - -г(7)ооПри поступлений на делитель 11 360 импульсов суммарной частоты Гт выдается импульс переполнения на блок 2 который прекращает доступ тактовой частоты на счетчик 22. Импульсы частоты Го поступают в счет" чик 22 в течение временид 1114 ч(8)т 10 15 где 11 ч = 360 - коэффициент делениячастоты делителя 11,Число подсчитанных импульсов в 20счетчике 9 эа интервал Дт, равно11 = с 11; Гл. Принимая во внимание выражение (5), (7) и (8), получимлхБ = 360. --- =срТ " фхт.е. число будет равно непосредственно сдвигу фаэ в градусах.Таким образом, время Т и измере ния сдвига фаз цифрового фазометра складывается из периода исследуемого сигнала, в течение которого измеряются период Т х исследуемого сигнала и временной интервал ь, пропорциональный измеряемому сдвигу фази времени автоматического преобразования результатов измерения Т х ив непосредственный отсчет сдвига фаз в градусах, которое зависит 40 от требуемой погрешности измерения и быстродействия используемых элементов, т.е.Т,= Т +.4. Составляющая 41 (как следует из45 выражений (8) и (4 тем меньше, чем больше частота Го генератора тактовой частоты и значение отношения Б /Б, и чем меньше коэффициент деле" ния делителя 11. Частота Го ограничивается максимально достигаемым быстродействием компонент схемы. Отношение Б /И изменяется в пределах поддиапазона от 1/2 до 1. Что касается коэффициента деления делителя 1, то он выбирается, исходя из условия получения требуемой точности измерения, Таким образом, если, например, значение коэффициента деления выбран равным 360 что соответствует желаемойФоточности измерения сдвига фаз в 1значение Г = 1 ИГц и отношение11 /11, = (худшее быстродействие),то составляющая Д 1 будет равна 0,72 х-3х 10 с. Следовательно, при измерении сдвигафаз сигналов низкой :иинфраниэкой частот составляющая д 1соизмерима с периодом исследуемыхсигналов. Таким образом, общее времяизмерения в наихудшем случае составитне более двух периодов исследуемогосигнала, в то время, как в прототипеоно составляет три периода, т.е. приобеспечении требуемой погрешностиизмерения увеличивается быстродействие фаэометра, в /результате чего снижается динамическая погрешность измерения сдвига фаз,Предлагаемый цифровой фазометр может использоваться в качестве лабораторного измерительного прибора, атакже в качестве блока в цифровьсхсистемах обработки информации и автоматического контроля,Формула изобретенияЦифровой фазометр, содержащий формирующий блок, первый и второй входы которого соединены с входными клеммами устройства, первый и второй выходы формирующего блока соединены соответственно с первым и вторым входами блока определения отношения двух чисел, первый выход которого через делитель частоты подсоединен к первому входу блока управления, первый выход которого соединен с третьим входом формирующего блока, четвертый вход которого соединен с выходом первого управляемого делителя частоты, первый вход которого соединен с выходом генератора тактовой частоты, первый выход формирователя импульсов соединен с третьим входом блока определения отношения двух чисел, второй выход которого соединен с входом формирователя импульсов, второй выход которого соединен с вторым входом первого управляемого делителя частоты, а четвертый вход блока определения отношения двух чисел соединен с вторым выходом блока управления, а также результирующий счетчик, о т," л.и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения быстродействия эа счет одновременного автоматического выбора тактовой частоты, измерения периода исследуемого сигнала и временного интервала, пропорционально 5 го сдвигу фаэ, в течение одного пе" риода исследуемого сигнала, в него введены второй формирователь импульсов, второй управляемый делитель 10 частоты и элемент запрета, информа" ционный вход которого соединен с вторым выходом первого формирователя импульсов, запрещающий вход соединен с первым выходом формирующего блока, 15 оа выход - с перврм входом второго управляемого делителя частоты, выход которого соединен с входом результирующего счетчика, а второй вход " с третьим выходом блока определения отношения двух чисел, чет" вертый выход которого через второй формирователь импульсов соединен с пятым входом блока определения отно" шения двух чисел, при жом выход генератора тактовой частоты соединен с вторым входом блока управления, третий выход которого соединен с пя" тым входом формирующего блока.в 14065 Составитель М.КатановаТехред А.Кравчук орректор ВеГирняк едактор А.Ревин Заказ 3187/40 ираж 72 одписно Про твенно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ВНИИПИ Государств по делам изобр13035, Москва, Жого комитета ССний и открытийаушская наб., д