Устройство для периодического цифрового измерения фаз сигналов искаженной формы

 

П ИСАЙ ю 737864

О И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Соав Советсимк

Социалистические

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (8т ) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 09,12.77 (2l) 2551678/18-21 (51)М. Кл.

0 01 R 25/08 с присоединением заявки М (23) Приоритет

9Ьаударетевлный кемнтет

СССР до делам лзабретеклл н открытнй (53) УДК621.317..77(088.8) Опубликовано 30.05.80. Бюллетень М 20

Дата опубликования описания 30,05,80 (72) Автор изобретения

Е. Т. Шариков (7!) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ЦИФРОВОГО

ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗ СИГНАЛОВ ИСКАЖЕННОЙ ФОРМЫ

Изобретение относится к цифровым двухканальным фаэометрам, может быть использовано прн разработке фаэовой системы съема информации в электростатических и криогенных гироскопах, а также

5 в радиотехнических установках, Известный цифровой фазометр для помехоустойчивого измерения фаз имеет в каждом канале управляемый по фазе источник компенсирующего напряжения, реверсивный счетчик, интегрирующий аналого-цифровой преобразователь и преобразователь кода (1). Такой фазометр обладает большой динамической погрешностью.

Из известных устройств наиболее близ-, ." ким является устройство для измерения сдвига фаэ сигналов искаженной формы, которое содержит входные фильтры н, для устранения неидентттчности фазовых характеристик фильтров, схему автоматической йериодической калибровки, Состоящую из переключателя входных сигналов, счетчикарегистра, счетчика задержки, схемы

М71И и схем совпадения. Учет калибровочf

2 ной поправки происходит до измерения сдвига фаз путем задержки импульсов с одного формирователя в счетчике задержки 21. B этом фвзометре счетчик задержки вносит свои погрешности, связанные с быстродействием и искажением импульса.

Калибровка фазометра осуществляется измеряемым сигналом, форма, амплитуда и спектр помех которого меняются. Устройство не имеет выходного сигнала в процессе калибровки и дает сбои в работе.

Эти недостатки снижают точность измерения фазы и надежность, Целью предлагаемого изобретения является повышение точности при работе в диапазоне амплитуд входных напряжейий и цовышение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство выполненное в виде двух каналов, состоящих из последовательно соединенных активных фильтров и формирователей и общего для обоих каналов иэмервтельного триггера, содержащее счетчик и генератор счетчика импульсов, соечиненный с блоком управления, введены

5лок знака, соединенный с измерительным триггером, дополнительным выходом одного ю формирователей и блоком управления, первым регистром, йодсоединенным с бло-ком анака и счетчиком, сумматором,подключенным к счетчику и первому регистру, причем вход переноса последнего раэ ряда сумматора соедийен с выходом блока знака, вторым регистром, соединенным 1О с выходом сумматора, калибровочным генератором, соединенным с введенными коммутаторйми, подключенными на входах обоих активных фильтров, генераторов управляющих импульсов, соединенным с комму- 15 таторами, блоком знака, первым регистром и через блок управления со счетчиком и вторым регистром.

На чертеже приведена функциональная схема устройства для периодического из- 1р мерения фаэ сигналов искаженной формы.

Устройство включает в себя два коммутатора 1 и 2, два активных фильтра 3 и 4, два формирователя 5 и 6, иэмерйтель ный триггер 7, блок знака 8, два регист- 25 ра 9 и.10,счетчик 11, сумматор 12,блок .

13 управления, генератор 14 счетных импульсов калибровочный генератор 15 и генератор 16 управляющих импужсов..

На чертеже видно, что входные сигнады О и О фазу между которыми треiбуется измерить, подаются íà комм гаторы 1 и 2, представляющие собой электронныв ключи. другие входы коммутаторов соединены вместе. На них подается сину- . соидальное напряжение от калибровочного генератора 15, частота которого весьма близка к частоте входных сигналов, Управляющие входы коммутаторов Соединены 4О с генератором 16 управляющих импульсов.

Выходы входных коммутаторов соединены с активными фильтрами 3 и 4, в задачу которых входит выделение первых гармоник сигналов с подавлением помех и выс 45 ших гармоник, Активные фильтры соедине ны с формирователями 5 и 6, которые производят дальнейшее усиление и преобразование синусоидальных колебаний в прямоугольные импульсы. На выходах фор- 50 мирователей 5 и 6 получаются короткие импульсы соответствующие временй прохож. дения первых гармоник через нулевые значения в положительном направлении.

Выходы формирователей 5 и 6 соединены с установочным. и нулевым входами измерительного триггера 7, выходы которого

737864 ф подключены на вход блока знака 8 и блок

13 управления.

Получив информацию от измерительного триггера 7 и с дополнительного выхода формирователя 6, блок знака 8 выдает команду в регистр 9 на запись в него показаний счетчика 11 в прямом или обратном коде.

Блок 13 управления соединен со счетчиком, регистром 10, генератором 14 счез ных импульсов и двумя выходами генера-, тора 16 управляющих импульсов. В задачу блока 13 унравления входит: открытие счетчика 11 для заполнения счетными импульсами на время, равное длительности одного импульса, поступающему с выхода измерительного триггера 7, выдержка показаний счетчика в течение 8-10 периодов входного напряжения, сброс показаний счетчика 11 в конце периода измери-.. теля, блокирование сброса регистра 10 в течение цикла калибровки.

Регистр 9, выполняющий роль хранителя калибровочной поправки, соединен своими входами со счетчиком 11, а выходами с сумматором 12. Команду, разрешающую запись, регистр 9 получает от генератора 16 управляющих импульсов. Сумматор 12 соединен также со счетчиком

11, В задачу сумматора входит сложение результата измерений фазы с результатом калибровки и выдача результатов сложения в регистр 10. Вход переноса последнего разряда сумматора соединен с одним выходом блока знака 8, что дает возможность переписать обратный код, записанный в

- регистре 0 в дополнительный код, необходимый для производства вычитания калибровочной поправки. Показания регистра 10 являются выходными всего устройства.

Принцип работы предлагаемого устройства сводится к следующему.

В режиме измерения фазы от генератора 16 управляющих импульсов поступает сигнзл, переключающий коммутаторы 1 и

2 так, что исследуемые напряжения U и IJ частотой f ïoäêëþ÷aþòñÿ на входы активных фильтров 3 и 4 и далее на формирователи 5 и 6. Короткий импульс формирователя 5 первого канала переключает иаменительный триггер 7 в единичное состояние, а импульс с формирователя 6 второго канала переключает измерительный триггер 7 в нулевое состояние. Тем самым фазовое запаздывание, имеющееся в сигнале Ц, относительно фазы сигнала Ц преобразуется во временной интервал, выделенный положительным импульсом.

737864

Импульсы, соответствующие временному интервалу, поступают на блок 13 управления. При поступлении очередного импульса от генератора 16 управляющих импульсов происходит сброс выходного ре- 5 гистра 10 и блок 13 управления, произведя сброс счетчика 11, подготавливается к приему импульса от измерительного трю гера 7. Передний фронт импульса от измерительного триггера 7 откроет блок 13 управления и импульсы, поступающие от генератора 14 счетных импульсов, заполняет счетчик 1 1. По окончании импульса, соответствующего временному интервалу, блок 13 управления закроется. Счетчик

11 будет выдерживаться в заполненном состоянии до прихода следующего импульса от генератора 16 управляющих импульсов. Период следования этих импульсов составляет 10 периодов измеряемого на пряжения.

Счетчик 11 передает своя показания в сумматор 12, в котором иэ регистра 9

,записана в цифровой форме поправка к иэ-.

25 меряемо и фазе. П роизведя суммирование, сумматор 12 передает результаты параллельным кодом в регистр, 10, который будет хранить эти результаты в течение всего цикла измерения и в процессе калибровки.

В режиме калибровки импульсом, поступающим от генератора 16 управляющих импульсов, коммутаторы подключают на вход активных фильтров 3 и 4 синфазный синусоидальный сигнал от калибровочного генератора 15 и спустя десять периодов, результат калибровки запишется в счетчик 11. Импульсом, поступающим от генератора 16 управляюших импульсов, подается команда на запись результата

49 калибровки в регистр 9. Одновременно этот импульс, поданный в блок 13 управления, блокирует команду на сброс показаний выходного регистра 10, Код записи показаний в регистр 9 эа45 висит от знака фазового запаздывания, выносимого активными фильтрами 5 и 6.

Если запаздывание в первом канале (активный фильтр 5) больше, чем во втором 50 канале, то высокий потенциал на дополни тельном выходе формирователя 6 совпадает с потенциалом на инвертируюшем выходе измерительного триггера 7. Блок знака 8 переключается в состояние, которое

55 дает команду в регистр 9 на запись показаний счетчика 11 в обра ном коде, а также дает единичный потенциал в сумматор 12, что позволит переписать состояние регистра 9 в сумматор 12 в дополнительном коде.

Если запаздывание во втором канале окажется больше, чем в первом, то блок знака переключается в состояние, которое позволит записать s регистр 9 показания счетчика 11 в прямом коде, Одно иэ указанных состояний блока знака 8 будет сохраняться в течение всех измерительных циклов. Изменение состояния указанной схемы произойдет при последующих калибровках, если фаэовое запаздывание, вносимое активным фильтром

5 относительно активного фильтра 6, изменит свой знак.

После окончайия калибровки по сигна» лу от генератора 16 управляющих импульсов коммутаторы 1 и 2 замкнутси ав входные клеммы, что отключит калибровочный генератор 15 от,входов активных фильтров, и работа фазометра будет происходить в режиме измерения.

В предлагаемом устройстве время, необходимое для калибровки совпадает со временем периодического измерения фазы напряжений 0 и 0>, Результат калибровки в цифровой форме с соответствуюшим знаком хранится в регистре 9, автомати чески учитывается при периодическом и мерении фазы и обновляется один раэ в минуту или через 10 периодов измеряемого сигнала.

Для устранения погрешности от расхождения частот калибровочного генератора

15 с частотой fe, он синхрониэируется высокостабильной частотой от генератора

14 счетных импульсов. Импульсы, поступающие от генератора 16 управляющих импульсов, синхронизируются от калибровочного генератора 15, Применение предлагаемого устройства позволяет значительно повысить точность измерения фазы, повысить надежность работы, упростить связи фаэометра с пот ребителями информации, в частности с

ЭЦВМ. Устройство дает возможность ос-. вободиться от громоздкого термостатирования активных фильтров, снизить энергетические и объемно-весовые характеристики всего изделия, в которое оно входит, Устройство имеет воэможность прогрессивного выполнения с применением схем микроэлектроники с высокой степенью интеграции. Все вышеуказанное дает основание утверждать, что предлагаемое устройство обладает высоким технико-экономическим аффектом. г

Составитель A. Старостина

Редактор Е. Караулова Техред "М. Петко Корректор Ю. Макаренко

Заказ 2655/26 Тираж 1019 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )K 5, Раушская наб., д, 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 с.

7 7Ý78

Формула изобретения. Устройств для периодического цифрового измерения фаз сигналов искаженной формы, выполненное в зиле двух каналов состоящих из последовательно соединенных актйвййх фильтров и формирователей и обmet о для этих каналов измерительного триггера, содержащее счетчик, и генера " тор счетных импульсов соединенный с бло-10 ком управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, надежности и получения автоматической периодической калибровки, оно дойолнительно снабжено блоком знака, 15 соединенным с измерительным триггером, с дополнительным выходом одного из формирователей и с блоком управления, первым, регистром подсоединенным к блоку

84 знака и счетчику, сумматором, подключенI ным к счетчику и первому регистру, при-! чем вход переноса последнего разряда сумматора соединен с выходом- блока знака, вторым регистром, соединенным с выходом сумматора, калибровочным генерато ром соединеннйм с,введенными коммута торами, подключенными на входах обоих активных фильтров, генератором управляк щих импульсои, соединенным с коммутаторами, с блоком знака, с первым регист ром и через блок управления, со счетчи-.. ком и вторым регистром, Источники - информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

l4 492826, кл. G 01 R 25/08, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

l4 331188888822, кл. G 01 R 25/00, 1974.