Фазоизмерительное устройство

69 80 и сОюз сОветснихкца алееаииЙйпувлин 1230 За) С 01 К 25 0 Яс: СА гаэда ственнцй нам по дялдм изоБ 1 стени К АВТОРСКОМУ(56) Кирьяков В.П. и др. Электронное устройство счета и регистрации для лазерного измерителя перемещений. "Автометрия", 1971, В 1.2, Авторское свидетельство СССР по заявке В 2565726/2 1,кл . С 01 К 25/00, 1978. (54)(57) ФАЗОИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее два блока преобразования фазы, первые входы которых соединены с выходом первого источника входных сигналов, второй вход первого блока преобразования фазы соединен с выходом второго источни" ка входных сигналов непосредственно, а второй вход второго блока преобразования фазы соединен с ним че рез фазосдвигающую цепь, первые выходы первого и второго блоков преобразования. фазы подключены к первой группе входов блока пространственно-временного разделения импульсов, два первых выхода которого соединены с входами реверсивного счетчика, на выходе которого включен индикатор нулевого состояния, выход которого соединен с входом элемента НЕ и первым входом блока управления, другие четыре входа которого подключены к вторым выходам блоков преобразования фазы, а пятый вход соединен с выходом элемента ИЛИ, выходы блока управления подключены к входам установки и сброса триггера знака, выходы которого подключены к вторым входам блока пространственного разделения импульсов, вход установки нуля реверсивного счетчика соединен с первьвч входом элемента ИЛИ и выходом формирователя установки нуля, о т л и ч а ю щ е" е с я тем, что, с целью повышения его разрешающей способности, в него введены две фазосдвигающие цепи и два блока преобразования фазы, первые входы которых соединены с входом первого источника входных сигналов, а вторые входы через допол-, нительные фазосдвигающие цепи соединены с входом второго источника . входных сигналов, второй и третий входы элемента ИЛИ подключены к дополнительным выходам блока пространственно-временного разделения импульсов, к третьему входу которого подключен выход элемента НЕ, первые выходы дополнительных блоков преобразования фазы подключены к четвертой группе входов блока пространственно-временного разделения импульсов, а вторые выходы соединены с остальными входами блока управления..1, 1112Изобретение относится к измерительной технике и предназначено дляизмерения сдвига фазы между двумяэлектрическими сигналами путем реверсивного счета циклов.Известно фазоизмерительное устройство с реверсивным счетом циклов,содержащее два блока преобразованияфазы, включающие по одному фаэоаналоговому преобразователю в оптическом,диапазоне частот, одномутриггеру Шмитта и паре Формирователей счетных импульсов кажцый, фазосдвигающую цепь, блок пространственно-временного разделения счетныхимпульсов, реверсивный счетчик с индикатором нулевого состояния,триггер знака с узлом управления и формирователь установки нуля 1.Недостаток этого устройства - ма 20лая разрешающая способность реверсивного счета циклов, составляющаячетверть периода, При применении,например, в лазерном измерителе перемещений это устройство позволяетпроизводить отсчеты перемещениячерез каждую четверть периода длиныволны лазерного излучения, что в ряде .случаев может оказаться недостаточным,Известно фазоизмерительное устройство с реверсивным счетом циклов,содержащее блоки преобразования фазыс двумя потенциальными и двумя им"пульсными выходами каждый, один изкоторых соединен с двумя источниками входных сигналов непосредственно, а другой - с первым источником непосредственно, а с вторымчерез Фазосдвигающую цепь со сдвигом Л/2, блок пространственно-вре 40менного разделения импульсов, соединенный с выходами блоков преобразования фазы, реверсивный счетчик синдикатором нулевого состояния,подключенный по двум входам к выхо 45дам блока пространственно-временного разделения импульсов, и потретьему - к формирователю установки нуля, узел управления, соединенныйс потенциальными выходами блоковпреобразования фазы и выходом индикатора нулевого состояния, триггерзнака, включенный между узлом управления и блоком пространственно-временного разделения импульсов, трехвходовой элемент ИЛИ, один извходов которого подключен к формирователю установки нуля, а выход -306 1к узлу управления, и элемент НЕ,подключенный к индикатору нулевогосостояния 123,Недостатком известного устройстваявляется малая. разрешающая способность реверсивного счета циклов,составляющая четверть периода. Этоограничивает его применение, например, в лазерном динамометре, гдетребуется производить иэмерейиеперемещений, составляющих малые доливолны лазерного излучения. Одновременное же измерение фазового сдвигав пределах цикла при помощи вольтметра вызывает трудности при эксплуатации.Цель изобретения - повышение разрешающей способности реверсивногосчета циклов.Эта цель достигвается тем, что вФазоизмерительное устройство, содержащее два блока преобразования Фазы,первые входы которых соединены с выходом первого источника входных сигналов, второй вход. первого блокапреобразования Фазы соединен с выходом второго источника входных сигналовнепосредственно, а второй вход второго блока преобразования фазы соединен с ним через фазосдвигающую цепь,первые выходы первого и второго блоков преобразования Фазы подключены кпервой группе входов блока пространственно-временного разделения импульсов, два первых выхода которогосоединены с входами реверсивногосчетчика, на выходе которого включениндикатор нулевого состояния, выходкоторого соединен с входом элемента НЕ и первым входом блока управления, другие четыре входа которогоподключены к вторым выходам блоковпреобразования Фазы, а пятый входсоединен с выходом элемента ИЛИ,выходы блока управления подключенык входам установки и сброса триггеразнака, выходы которого подключенык вторым входам блока пространственно-,временного разделения импульсов,вход установки нуля реверсивногосчетчика соединен с первым входомэлемента ИЛИ и выходом формирователя установки нуля, дополнительно введены две фазосдвигающие цепи и дваблока преобразования фазы, первыевходы которых соединены с входомпервого источника входных сигналов,а вторые входы через дополнительныеФазосдвигающие цепи соединены с входом второго источника входных сигналов, второй и третий входы элемента ИЛИ подключены к дополнительным выходам блока пространственно-временного разделения импульсов, к третьему входу которого подключен выход элемента НЕ, причем первыевыходы дополнительных бпоков преоб-, разования фазы. подключены к четвертой группе входов блока пространственно-временного разделения импульсов, а вторые выходы соединеныс остальными входами блока управления.На фиг.1 изображена структурная схема фазоиз ерительного устройства с реверсивным счетом циклов; на Фиг.2 - вариант выполнения схемыблока пространственно-временного раз деления импульсов, на Фиг.З - вариант выполнения схемы блока управления; на Фиг.4 - вариант выполнения схемы блока преобразования фазы.фазоизмерительное устройство содержит блоки 1-4 преобразования фазы, в каждом из которых имеются два импульсных и два потенциальных выхода, фазосдвигающие цепи 5,6 и 7 со сдвигом фазы соответственно Л /2, Л/4 и ЗЛ/4, блок 8 пространственно- временного разделения импульсов, реверсивный счетчик 9 индикатор 10 нулевого состояния, блок 11 управления, триггер 2 знака, формирователь 13 установки нуля, элемент ИЛИ14, элемент. НЕ 15, источники 16 и 17 входного сигнала.Блок 8 (фиг.2) содержит две парыэлементов 4 И-ИЛИ 18 и 19, подключенные соответственно к выходам блоков1-4 преобразования Фазы, два элемента И 20 и 21, два элемента ИЛИ 22 и 23 и два элемента 2 И-ИЛИ 24 и 25,Блок 1 1 управления (фиг.З) .содержит два элемента 4 И-ИЛИ 26 и 27 с трехвходовыми элементамн И и два трехвходовых элемента И 28 и 29.Один из блоков 1-4 преобразования фазы (Фиг.4) содержит фазоаналоговый преобразователь 30, .триггер Шмитта 31 и два Формирователя 32 и 33 импульсов..Фазоизмерительное устройство работает следующим образом.На входы 1-4 преобразования фазы поступают непрерывные гармонические , сигналы, причем на вторые входы блоков 2,3 и 4 сигналы поступают сдвинутыми соответственно на х /2,1112306 4Л/4 и ЗУ/4 Фазосдвигающими цепями 5,6 и 7.Напряжения на выходах фазоаналоговых преобразователей 30 блоков 1-4в пределах каждого Л Фазовогосдвига пропорциональны этому сдвигу.рафики выходных напряжений преобразователей 30 в функции Фазы имеютвид пилообразных кривых, причем О пилообразная кривая напряжения в бло ке 2 сдвинута относительно кривойблока 1 на рг/2, в блоке 3-х/4 и вблоке 4 " на ЗХ/4. Триггерами Шмитта 31 эти напряжения преобразуются 5 в прямоугольные кривые, а формирователи 32 и 33 от фронтов этих кривых образуют короткие счетные импульсы. Как прямоугольные напряженияс выходов триггеров Пмитта .(с потен циальных выходов блоков 1-4), так и .счетные импульсы с выходов формирователей (с импульсных выходов этихблоков)поступают на блок 8 пространственно-временного разделения 25 импульсов. В результате того, чтошаг Фазового сдвига между пилообразными кривыми фазоаналоговых преобразователей 30 блоков 1-4 составляет Х/4, счетные импульсы также ЗО появляются с этим шагом. Объединяясь на выходах блока 8 пространственно-временного разделения, этиимпульсы поступают на реверсивныйсчетчик 9 через каждую /8 периодаизменения Фазы, что вдвое чаще, чемв известном устройстве. В реэульта"те разрешающая способность реверсивного счета циклов фазового сдвига в предлагаемом устройстве в два 4 О раза вьнне, чем в известных.Блок 8 пространственно-временногоразделения импульсов выполняет функции объединения счетных импульсови их разделения на два выхода в зависимости от направления сдвига относительно некоторого начальногозначения, принятого эа нулевое. Вэтом блоке первые элементы 4 И-ИЛИ18 и 19 объединяют счетные импульсы,появляющиеся на выходах блоков 1 и 2,вторые элементы 4 И-ИЛИ 18 и 19 работают от выходных импульсов 3 и 4.Если обозн; чить через А,В,С и Энапряжения, появляющиеся па первыхпотенциальных выходах блоков преобразования фазы 1"4 (с прямых выходов .триггеров Шмитта 31) А, Ь,Р . и Ънапряжения вторых потенциальных выходов этих блоков (с инверсных выхо"дов триггеров Шмитта), А 1 Ь Р, Р, - им-,пульсные напряжения, сформированные,по положительным перепадам напряжений А,В,с и.р и через А,ВСи Ъ-.импульсные напряжения, сформированные.5по отрицательным перепадам этихнапряжений, то появление импульсов навыходах элементов 4 И-ИЛИ 18 и 19, которые обозначены соответственно через Р, Я, М. и М может быть опнса рно прн помэщн следующих логических формул р:Аь Кв,-дв+в, Ц АВ(+АВ+Д,В+ЦЯ; м. с 0 с бс,О С 5 М = Сб+ С 1)+ СД+ С,о . 20 При этом импульсы Р и И имеютместо, если происходит изменениефазы в сторону увеличения, в дальнейшем они объединяются элементом ИЛИ22, импульсы Я и М появляются приизменении фазы в сторону уменьшенияи объединяются затем элементом ИЛИ23.На элементах 2 И-ИЛИ 24 и 25,управляемых триггером 12 знака,происходит разделение счетных им 30пульсов на два выхода, связанные свходами реверсивного счетчика 9. Приположительном значении фазы (триггер 12 знака находится,в состоянии "1") и при изменении фазы всторону увеличения счетные импульсы З 5с элемента ИЛИ 22 проходят на выход через элемент 2 И-ИЛИ 24 и поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 9. При том же значении фазы и обратном направлении ееизменения счетные импульсы с элемента ИЛИ 23 проходят на выход через элемент 2 И-ИЛИ 25, поступая навычитающнй вход реверсивного счетчика 9. При отрицательном значениифазы (триггер 12 знака находитсяв состоянии "0") импульсы поступаютна вычитающий вход реверсивногосчетчика 9 (через элемент 2 И-ИЛИ 25),если фаза возрастает, и на сумми-рующий вход (через элемент 2 И-ИЛИ24), если фаза убывает.Элементы И 20 и 2.1. предназначеныдля запрета прохождения счетного импульса, возникающего на выходе первых элементов 4 И-ИЛИ 18 и 19, в момент времени, когда реверсивныйсчетчик 9 находится в нулевом состоянии, Этот импульс проходит на один из дополнительных выходов блока 8 и затем через элемент ИЛИ 14 и блок 11 управления поступает на триггер 12 знака, изменяя его состояние,Благодаря запрету прохождения счетного импульса на вход реверсив" ного счетчика 9 в момент, когда происходит изменение состояния триггера 12 знака, обеспечивается высокая скорость реверсирования устройства. Для осуществления такого запрета одни из выходов элементов И 20 и 21 соединены с выходом элемента НЕ 15. Нулевому состоянию реверсивного счетчика 9 могут соответствовать значения фазы вблизи О, фу/2 фл или3- -д в зависимости от того, в какой момент произведена установка нуля, следовательно, запрету подлежит один из импульсов, возникающих на импульсных выходах блоков 1 и 2 преобразования фазы. Поэтому элементы И 20 и 21 включены после нервых 4 И-ИЛИ 18 и 19, объединяющих эти импульсы.Блок 1 1 управления предназначен для управления триггером 12 знака, состояние которого должно зависеть от знака фазового сдвига относительно .некоторого начального значения, принятого эа нулевое. Изменение или установка состояния триг- гера 12 знака производится одним из импульсов, проходящим через элемент ИЛИ 14 с формирователя 13 установки нуля, или с выходов первых элементов 4 И-ИЛИ 18 и 19 блока 8, в момент нулевого состояния реверсивного счетчика 9. Знак фазового сдвига в этот момент полностью определяется состоянием триггера Шмитта 31 блоков 1-4 преобразования фазы, т.е. напряжениями на потенциальных выходах этих блоков. Если нулевому состоянию счетчика 9, соответствует значение фазы вблизи 4 О, то при положительном фазовом сдвиге (в промежутке от 0 до з /4) имеются напряжения на первом потенциальном выходе блока 1 и на вторых потенциальных выходах блоков 3 и 4 (в соответствии с принятымивыше обозначениями 4., С, Э ., При отрицательном фазовом сдвиге (промежуток от 0 до -Л/4) напряжения1112306 Потенциальные выходы блоков 1-4 преобразования фазы связаны с входа" ми элементов 4 И-ИЛИ 26 и 27 блока 11 управления. Если обозначить выходные напряжения этих элементов соответственно через Х и Ч то их появление может быть описано следующими логическими формуламих дсб+вс 5 йСэ всь;УДСО+ЬСЪ фАСОВфПри этом напряжение Ч (на выхо де элемента 4 И-ИЛИ 26) имеет место при положительном сдвиге фазы относительно соответствующего нулевого значения, напряжение Ч на выходе элемента 4 И-ИЛИ 27) имеет25 место при отрицательном сдвиге фазы. Импульс установки состояния триггера знака проходит с элемента ИЛИ 14 через элементы И 28 или 29, управляемые соответственно напряжениями Х и Ч с выходов элементов 4 И-ИЛИ 26 и 27 и напряжением с выхода индикатора 10 нулевого состояния Если фазовый сдвиг положнтелен,то управляющее напряжение (Х имеет место З 5 на входе элемента И 28, и импульс поступает через этот элемент на 3-вход триггера 12 знака, приводя его в состояние "1", При отрицатель. ном фазовом сдвиге управляющее на пряжение (У) имеется на входе элемента И 29. В этом случае импульс установки состояния триггера знака(в -1:ре в блоке простренствен но-временного разделения импульсов 300 и в узле управления должны бытьприменены элементы и И- ИЛИ (вместо 4 И-ИЛИ). имеются только на вторых потенциаль.ных выходах этих блоков (А,С, Ъ ).Аналогичным образом могут бытьрассмотрены случаи, когда нулевомусостоянию счетчика 9 соответствуютзначения фазы вблизи,ев в, 3поступает на его Р "вход, прйведя в состояние "0".Таким образом, в предлагаемом фазоизмерительном устройстве величина вдвое разрешающая способность реверсивного счета циклов по срав" нению с известными устройствами, в нем также обеспечивается высокая скорость реверсирования.Применение предлагаемого фазоизмерительного устройства с реверсивным счетом циклов обеспечивает возмож" ность дальнейшего увеличения разрешающей способности. Для этого требуется увеличение числа блоков преобразования фазы с фазосдвигающими цепями и некоторое усложнение схем блока пространственно-временного разделения импульсов и узла управления, Если требуется производить счет через каждые Ь /и ( и- четное число), то необходимо иметь И блоков преобразования фазы, и -1 фазосдвигающих цепей со сдвигом соответственно ъ /р 23 г/ор,Предлагаемое фазоизмерительное устройство с реверсивным счетом циклов может найти широкое применение в прецизионных лазерных измерителях перемещений и вибраций, построенных по гетеродинной схеме. Оно позволит повысить разрешающую способность этих устройств, увели- чить чувствительность и уменьшить погрешность измерений.1112306 Максимишинец едак Мот Заказ 6453/ Филиа ф ф К яюю ИОИ.14 игюЖ кагору Ю Ру 8.4Составитель Е, МосолковТехред О,Нвцв Коррек Тираж 710 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/