RU2024027C1 - Low-frequency instant-value digital phase and frequency meter - Google Patents
Low-frequency instant-value digital phase and frequency meter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2024027C1 RU2024027C1 SU4872599A RU2024027C1 RU 2024027 C1 RU2024027 C1 RU 2024027C1 SU 4872599 A SU4872599 A SU 4872599A RU 2024027 C1 RU2024027 C1 RU 2024027C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- control unit
- integrator
- electronic key
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Phase Differences (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения частоты и фазового сдвига медленно изменяющихся гармонических колебаний. The invention relates to a radio engineering technique and can be used to measure the frequency and phase shift of slowly changing harmonic oscillations.
Известен цифровой низкочастотный фазометр [1], определяющий значение фазового сдвига в течение двух периодов исследуемого сигнала. Недостатком такого фазометра является наличие дополнительной погрешности, обусловленной изменением частоты сигнала от периода к периоду. Known digital low-frequency phase meter [1], which determines the value of the phase shift during two periods of the signal under study. The disadvantage of such a phase meter is the presence of an additional error due to a change in the frequency of the signal from period to period.
Наиболее близким к заявляемому устройству является низкочастотный измеритель частоты и фазы [2] , определяющий значения частоты и фазового сдвига. Недостаток такого устройства - большое время измерения частоты и фазы и отсутствие измерения и индикации мгновенной частоты сигнала. Closest to the claimed device is a low-frequency meter of frequency and phase [2], which determines the values of frequency and phase shift. The disadvantage of this device is the long time to measure the frequency and phase and the lack of measurement and indication of the instantaneous frequency of the signal.
Цель изобретения - уменьшение времени измерения. The purpose of the invention is the reduction of measurement time.
Цель достигается тем, что в заявляемом устройстве производится интегрирование постоянного напряжения в течение образцового интервала времени, а также в течение интервала времени, пропорционального фазовому сдвигу с последующим одновременным делением полученных напряжений на напряжение, пропорциональное периоду исследуемого сигнала. The goal is achieved in that the inventive device integrates a constant voltage during an exemplary time interval, as well as during a time interval proportional to the phase shift with subsequent simultaneous division of the obtained voltages into a voltage proportional to the period of the signal under study.
На чертеже приведена структурная схема низкочастотного фазометра-частотомера. The drawing shows a structural diagram of a low-frequency phasemeter-frequency meter.
Устройство содержит формирователи 1 и 2, RS-триггер 3, источник 4 опорного напряжения, электронные ключи 5 ... 10, первый, второй и третий интеграторы 11 ... 13, первый и второй компараторы 14 и 15, первый и второй узлы 16 и 17 выборки-хранения, первый и второй инвертирующие усилители 18 и 19, блок 20 управления, генератор 21 счетных импульсов, первый и второй временные селекторы 22 и 23, первый и второй счетчики 24 и 25 импульсов, одновибратор 26. The device contains
Первый вход измерителя через формирователь 1 соединен с входом S RS-триггера 3, первым входом блока 20 управления, второй вход измерителя через формирователь 2 соединен с входом R RS-триггера 3, выход которого соединен с четвертым входом блока 20 управления. Источник 4 опорного напряжения соединен с входом электронного ключа 5, выход которого соединен с точкой, объединяющей выход электронного ключа 6 и вход первого интегратора 11, выход которого соединен с объединенными входами электронных ключей 6, 7, 10 и узлов 16 и 17 выборки-хранения. Выход узла 16 выборки-хранения соединен с входом инвертирующего усилителя 18, выход которого соединен с входом электронного ключа 8, выход узла 17 выборки-хранения соединен с входом инвертирующего усилителя 19, выход которого соединен с входом электронного ключа 9. Вход второго интегратора 12 соединен с точкой, объединяющей выходы электронных ключей 7 и 8, а выход - с входом первого компаратора 14, выход которого соединен с вторым входом блока 20 управления. Вход третьего интегратора 13 соединен с точкой, объединяющей выходы электронных ключей 9 и 10, а выход - с входом второго компаратора 15, выход которого соединен с пятым входом блока 20 управления. Генератор 21 счетных импульсов соединен с точкой, объединяющей входы первого и второго временных селекторов 22 и 23, выходы которых соединены соответственно с входами первого и второго счетчиков 24 и 25 импульсов, выход первого счетчика 24 импульсов соединен с третьим входом блока 20 управления. Первый выход блока 20 управления соединен с точкой, объединяющей управляющий вход ключа 5 и вход одновибратора 26, выход которого соединен с управляющим входом второго узда 17 выборки-хранения. Второй, третий, четвертый, седьмой выходы блока 20 управления соединены соответственно с управляющими входами узла 16 выборки-хранения, ключей 6, 7, 10 и второго временного селектора 23, а пятый выход блока 20 управления соединен с точкой, объединяющей управляющие входы ключей 8 и 9. Шестой выход блока 20 управления соединен с управляющим входом первого временного селектора 22. The first input of the meter through the former 1 is connected to the input S of the RS-
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Формирователи 1 и 2 вырабатывают короткие импульсы, соответствующие переходу сигналов U1 и U2 через нуль из отрицательных значений в положительные. На выходе RS-триггера 3 вырабатывается импульс, длительность которого Δ t соответствует фазовому сдвигу Δφ.
Устройство имеет три рабочих такта. В течение первого такта, который начинается с приходом импульса с выхода Q RS-триггера 3 на четвертый вход блока 20 управления, блок 20 управления на первом выходе вырабатывает импульс U1*, открывающий ключ 5. На вход первого интегратора 11 поступает постоянное напряжение Uо от источника 4. По заднему фронту импульса, проходящего с RS-триггера 3, блок 20 управления на втором выходе вырабатывает импульс U2*, разрешающий запись напряжения Uинт.1 в узел 16 выборки-хранения. К этому времени напряжение на выходе первого интегратора 11 составит
Uинт.1= - · Uo·dt = - Uo·Δt , (1) где Uинт1 - выходное напряжение первого интегратора 11 за время Δ t;
τ1 - постоянная времени первого интегратора 11;
Δ t - длительность импульса на выходе RS-триггера 3.The device has three working cycles. During the first cycle, which begins with the arrival of a pulse from the output Q of the RS flip-
τ 1 is the time constant of the
Δ t is the pulse duration at the output of the RS-
По переднему фронту импульса, приходящего с первого выхода блока 20 управления, запускается одновибратор 26, который через время То на выходе вырабатывает короткий импульс, разрешающий запись напряжения Uинт2 в узел 17 выборки-хранения. К этому времени выходное напряжение первого интегратора 11 примет значение Uинт2:
Uинт.2= - · Uo·dt = - Uo·To, (2) где То - длительность импульса на выходе одновибратора 26.On the leading edge of the pulse coming from the first output of the
U int . 2 = - · U o dt = - U o · T o , (2) where T o is the pulse duration at the output of a
С приходом второго импульса с формирователя 1 ключ 5 закрывается и на выходе интегратора 11 будет напряжение
Uинт.3= - · Uo·dt = - Uo·T , (3) где Т - период колебаний исследуемого сигнала.With the arrival of the second pulse from the
U int . 3 = - · U o dt = - U o · T, (3) where T is the period of oscillations of the investigated signal.
Таким образом, по окончании первого такта на выходе узла 16 выборки-хранения появится постоянное напряжение, пропорциональное Δ t, на выходе узла 17 выборки-хранения - напряжение, пропорциональное образцовому интервалу времени То, а на выходе первого интегратора 11 - напряжение, пропорциональное периоду Т исследуемого сигнала.Thus, at the end of the first cycle, a constant voltage proportional to Δ t will appear at the output of the sample-
В начале второго такта, который начинается в момент закрывания ключа 5, блок 20 управления открывает сигналом U5* электронные ключи 8 и 9. На вход второго интегратора 12 поступает напряжение с инвертирующего усилителя 18, а на вход третьего интегратора 13 - напряжение с инвертирующего усилителя 19. В этот же момент открывается сигнал U6* временной селектор 22 и на вход счетчика 24 разрешается прохождение счетных импульсов с генератора 21.At the beginning of the second clock, which begins when the
В момент, когда счетчик 24 переполнится, второй такт закончится, второй интегратор 12 зарядится до напряжения Uинт4, а третий интегратор 13 зарядится до напряжения Uинт5:
Uинт.4= - · (-Uинт.1·K1·dt = · t2·Uинт.1;
(4)
Uинт.5= - · (-Uинт.2)·K2·dt = · t3·Uинт.2;
(5) где Uинт4, Uинт5 - выходные напряжения соответственно второго и третьего интеграторов после второго такта интегрирования;
τ2, τ3 - постоянные времени соответственно второго и третьего интеграторов;
К1, К2 - коэффициенты передачи соответственно первого и второго инвертирующих усилителей 18 и 19;
t2 - длительность второго такта t2 = T - to.At the moment when the
U int . 4 = - · (-U int . 1; K 1; dt = T 2 U int . 1 ;
(4)
U int . 5 = - · (-U int . 2 ) K 2 dt = T 3 U int . 2 ;
(5) where U int4 , U int5 are the output voltages of the second and third integrators, respectively, after the second integration cycle;
τ 2 , τ 3 - time constants, respectively, of the second and third integrators;
To 1 , To 2 - transmission coefficients, respectively, of the first and second inverting
t 2 - the duration of the second measure t 2 = T - t o .
Минусы под знаками интегралов показывают, что усилители 18 и 19 инвертируют сигнал. Cons under the signs of the integrals show that the
С началом третьего такта интегрирования, когда замкнуты (U
Uинт.6= -Uинт.4= - · Uинт.3·dt = - ·Uинт.3·t3 (6) где t3 - длительность третьего такта интегрирования при определении фазового сдвига
Δφ, t φ = to + t3
В момент времени, когда выходное напряжение третьего интегратора 13 станет равно 0, т.е. Uинт5 + Uинт7 = 0, на выходе второго компаратора 15 вырабатывается импульс U5, поступающий на пятый вход блока 20 управления. На его седьмом выходе вырабатывается импульс U7*, запрещающий прохождение счетных импульсов через второй временной селектор 23 на вход счетчика 25: Uинт.7= -Uинт.5= - · Uинт.3·dt = - ·Uинт.3·t4 (7) где t4 - длительность третьего такта интегрирования при определении частоты исследуемого сигнала f; tf = to + t4
Зная, что временные интервалы t2, t3, t4 заполняются счетными импульсами генератора 21 с частотой fo, получим:
t2= (8)
t3= (9)
t4= , (10) где No - число импульсов во втором такте;
N φ , Nf - число импульсов в третьем такте соответственно при измерении фазового сдвига и частоты.With the beginning of the third integration step, when closed (U
U int . 6 = -U int . 4 = - · U int . 3 dt = - · U int . 3 · t 3 (6) where t 3 is the duration of the third integration step when determining the phase shift
Δφ, t φ = t o + t 3
At the time when the output voltage of the
Knowing that the time intervals t 2 , t 3 , t 4 are filled with counting pulses of the
t 2 = (8)
t 3 = (9)
t 4 = , (10) where N o is the number of pulses in the second cycle;
N φ , N f - the number of pulses in the third cycle, respectively, when measuring the phase shift and frequency.
Решая уравнения (6) и (7) относительно t3 и t4:
t3= -K1·t2· = -K1·t2· (11)
t4= -K2·t2· = -K2·t2· (12) с учетом выражений (1) - (3), (8) - (10):
Nφ = -K1·No· = -K1·No·φx= K3·φx
(13)
Nf = -K2·No· = -K1·No·fx= K4·fx
(14)
Выбирая значение К3 кратным 36, а К4 - 10, можно получить отсчет фазового сдвига в градусах, частоты - в герцах.Solving equations (6) and (7) with respect to t 3 and t 4 :
t 3 = -K 1 · t 2 = -K 1 · t 2 · (eleven)
t 4 = -K 2 · t 2 = -K 2 · t 2 · (12) taking into account expressions (1) - (3), (8) - (10):
N φ = -K 1 · N o · = -K 1 · N o · φ x = K 3 · φ x
(thirteen)
N f = -K 2 · N o · = -K 1 · N o · f x = K 4 · f x
(14)
Choosing the value of K 3 as a multiple of 36, and K 4 as a factor of 10, you can get the phase shift count in degrees, and frequencies in hertz.
Таким образом, в предлагаемом устройстве имеется возможность одновременного измерения частоты и фазы исследуемых сигналов. Thus, in the proposed device, it is possible to simultaneously measure the frequency and phase of the studied signals.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4872599 RU2024027C1 (en) | 1990-10-11 | 1990-10-11 | Low-frequency instant-value digital phase and frequency meter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4872599 RU2024027C1 (en) | 1990-10-11 | 1990-10-11 | Low-frequency instant-value digital phase and frequency meter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2024027C1 true RU2024027C1 (en) | 1994-11-30 |
Family
ID=21539634
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4872599 RU2024027C1 (en) | 1990-10-11 | 1990-10-11 | Low-frequency instant-value digital phase and frequency meter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2024027C1 (en) |
-
1990
- 1990-10-11 RU SU4872599 patent/RU2024027C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Авторское свидетельство СССР N 1596269, кл. G 01R 25/00, 1989. * |
2. Авторское свидетельство СССР N 1829013, кл. G 01R 25/00, 1989. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2024027C1 (en) | Low-frequency instant-value digital phase and frequency meter | |
US3553582A (en) | Method and apparatus for measuring a time interval | |
US4598375A (en) | Time measuring circuit | |
SU1656472A1 (en) | Digital low-frequency instanteous phasemeter | |
SU1596269A1 (en) | Digital low-frequency phase meter | |
EP0122984B1 (en) | Time measuring circuit | |
SU972263A1 (en) | Frequency measuring converter | |
SU661491A1 (en) | Time interval digital meter | |
RU1829013C (en) | Low frequency meter of frequency and phase | |
SU690408A1 (en) | Digital arrangement for optimum measuring of signal phase | |
SU949623A1 (en) | Square pulse center meter | |
SU1026097A1 (en) | Method anddevice for measuring periodic magnetic field instantaneous values | |
SU746397A1 (en) | Time interval meter | |
SU464888A1 (en) | Digital pulse duration meter | |
SU980014A1 (en) | Method and device for measuring signal phase | |
RU1536957C (en) | Vibration flowmeter | |
SU817614A1 (en) | Digital meter of time-related position of square video pulse medium | |
SU1437764A1 (en) | Apparatus for automatic measurement of moistire content of loose materials | |
SU1057876A1 (en) | Phase meter | |
SU1277101A1 (en) | Device for reproducing quadric dependency | |
SU607162A1 (en) | Device for measuring frequency variation rate | |
SU849096A1 (en) | Phase-meter | |
SU939967A1 (en) | Frequency measuring converter | |
SU879498A1 (en) | Digital phase-meter | |
RU2165085C2 (en) | Gear measuring flow velocity of substance |