SU1370604A1 - Digital phase meter - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технике цифровой фазометрии и может быть использовано в автоматизированных информационно-измерительных системах Г(п  измерени  фазового сдвига электрических колебаний низкой частоты за один их период. Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  фазового сдвига. Устройство содержит формирователи 1 и 2, элементы ИЗ, 11, 17 и 18, одновибратор 4, триггеры 5 и 15, мультиплексор 6, элементы ИЛИ 7 и 16, одновибратор 8, счетчики 9, 10 и 12, генератор 13, делитель 14 частоты. Положительный эффект изобретени  заключаетс  в повышении точности измерегшй фазового сдвига по сравнению с прототипом, поскольку погрешность от квантовани  временного интервала, пропорционального полупериоду колебаний измер емых сиг налов, доми1шрует в общей погрешности измерений. 2 ил. (С мThe invention relates to a digital phase metering technique and can be used in automated information measuring systems G (measuring the phase shift of low frequency electrical oscillations over a single period. The aim of the invention is to improve the accuracy of measuring the phase shift. The device contains drivers 1 and 2, elements OF , 11, 17 and 18, one-shot 4, triggers 5 and 15, multiplexer 6, elements OR 7 and 16, one-shot 8, counters 9, 10 and 12, generator 13, frequency divider 14. The positive effect of the invention is izmeregshy to improve the accuracy of the phase shift in comparison with the prior art, since the quantization error from a time interval proportional to the measured half-period oscillations whitefish catch, domi1shruet a total measurement error. 2 yl. (C m

Description

оо vjoo vj

о а о oh oh

Фиг. /FIG. /

11eleven

Изобретение относитс  к технике аифрово фазометрии п предназначено дл  использовани  в автоматизирован- галх информационно-измерительных системах дл  измерени  фазового сдвига электрических колебаний низкой частоты за один их период.The invention relates to a technique for phase metering and is intended for use in computer-aided information and measurement systems for measuring the phase shift of low-frequency electrical oscillations in one period.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  фазового сдвига. The purpose of the invention is to improve the accuracy of measurement of the phase shift.

На фиг.1 приведена функциональна  схема устройства; на фиг.2 - временные диаграм ы его работы.Figure 1 shows the functional diagram of the device; figure 2 - time diagrams of his work.

Цифровой фазометр содержит форми-The digital phase meter contains

рователи 1 и 2, входы которых  вл ют-15 половине периода колебаний, одновибс  входными клеммами устройства. Выход формировател  1 соединен с первым входом элемента И 3 непосред- стве1п;о и через одновибратор А с первым входом триггера 5, сигнальным входом мультиплексора 6 и первым входом элемента ИЛИ 7. Выход формировател  2 соединен с управл ющим входом мультиплексора 6 непосредственно иThe rovers 1 and 2, whose inputs are -15 half of the oscillation period, are one-input device terminals. The output of the driver 1 is connected to the first input of the And 3 element directly, o and via the one-shot A with the first input of the trigger 5, the signal input of the multiplexer 6 and the first input of the element OR 7. The output of the driver 2 is connected to the control input of the multiplexer 6 directly and

30thirty

3535

4040

через одновибратор 8 со вторым входом 25 если сдвиг фаз меньше 1 , то в момент прохождени  импульса с одновиб- ратора 4 на выходе формировател  2 присутствует высокий логический уровень и указанный импульс проходит через мультиплексор 6 на вход сброса счетчика 12 счетчик 12 устанавливаетс  в нуль. Если сдвиг фаз превышает 180°, то.в тот же момент на выходе формировател  2 присутствует низкий логический уровень и импульс проходит на разрешающий запись вход счетчика 12. В этом случае в дальнейшем измер етс  сдвиг фаз, дополн ющий 180 до действительного значени  результата . Высокий логический уровень с пр мого выхода триггера 5 разрешает прохождение импульса частотой F, 180 Fj с выхода генератора 13 импульсов через элемент И 11 на вход вычитающего счетчика 10. При поступлении каждых N импульсов частотой F,, на выходе заема этого счетчика по вл етс  логический уровень, вызывающий увеличение на единицу состо ни  счетчика 12 и через элемент tUTH 7 установку вычитающего счетчика 10 оп ть в состо ние N. Этот процесс длитс  до тех пор, пока короткий импульс , формируемый одновибратором 8 по любому из фронтов пр моугольного импульса с формировател  2, вход ко- торого  вл етс  измерительным входом устройства, не сбросит триггер 5 и через элемент И 18 счетчик 9, дели-if the phase shift is less than 1, then at the moment of the pulse passing from the one-oscillator 4, the output of the shaper 2 has a high logic level and the specified pulse passes through multiplexer 6 to the reset input of the counter 12, the counter 12 is set to zero. If the phase shift exceeds 180 °, then at the same time, the output of the imaging unit 2 has a low logic level and a pulse passes to the recording enable input of counter 12. In this case, the phase shift is further measured, complementing 180 to the actual value of the result. A high logic level from the direct output of the trigger 5 permits the passage of a pulse of frequency F, 180 Fj from the output of the generator 13 pulses through the element 11 to the input of the subtracting counter 10. When each N pulse of frequency F, arrives, the output of the counter of this counter appears logical the level causing the state of the counter 12 to increase and, through the element tUTH 7, set the subtracting counter 10 back to state N. This process lasts as long as the short pulse generated by the one-shot 8 on any of the edges of the rectangular and The pulse from the imager 2, the input of which is the measuring input of the device, will not reset the trigger 5 and, through element 18 of the counter 9, divides

триггера 5. Выходы счетчика 9 поразр дно соединены с входами счетчика 10, счетный вход которого соединен с выходом элемента И 11, установочный нхо  - с выходом, а выход заема - с входо элемента 7 ИЛИ и счетным входом счетчика 12, выходы которого  вл ютс  выходными клеммами устройства , а установочный вход и вход разрешени  записи соединены с соответствующими выходами мультиплексора 6. Перньи выход триггера 5  вл етс  синхровыходом устройства, а второй соеди 1ец с первым входом элемента И 1 , BTOpoi i вход которого соединен с выходом генератора 13. Второй вход элемента И 3 соединен с выходом генератора 13, а выход через делитель 14 частоты - со счетным входом триггера 15, выход которого соединен с входаьп элемента ИЛИ 16 и элемента И 17, при этом второй вход последнего соединен с выходом одновибратора 4, а выход - с вторым входом элемента ИЛИ 16, выход которого соединен со счетным входом счетчика 9, установочный вход которого совместно с одноименными входами делител  14 частоты п триггера.15 соединен с выходом элемента И 18, входы которого соединены соответственно с выходом одновибратора 8 и вторым выходом триггера 5.trigger 5. The outputs of counter 9 are alternately connected to the inputs of counter 10, the counting input of which is connected to the output of an AND 11 element, the set-up NO is connected to the output, and the output of the loan is connected to the input of the OR element 7 and the counting input of the counter 12, whose outputs are output the device terminals, and the setup input and the write enable input are connected to the corresponding outputs of the multiplexer 6. The punch output of the trigger 5 is the device's synchronous output, and the second connects to the first input of the And 1 element, BTOpoi i whose input is connected to the output of the generator 13. Sec The second input of the element And 3 is connected to the output of the generator 13, and the output through the frequency divider 14 - with the counting input of the trigger 15, the output of which is connected to the input of the element OR 16 and the element And 17, while the second input of the latter is connected to the output of the one-vibrator 4, and the output - with the second input of the element OR 16, the output of which is connected to the counting input of the counter 9, the installation input of which, together with the same inputs of the divider 14, the frequency n of the trigger 15, is connected to the output of the element AND 18, the inputs of which are connected respectively to the output of the one-shot 8 and the second trigger output 5.

Устройство работает следующим об- рачом.The device works as follows.

4545

5555

В течение первого полупериода колебаний сигнала, поступающего на вход формировател  1,  вл ющийс  опорным входом устро 1ства, на его выходе формируетс  пр моугольный импульс. При этом через элемент И 3 поступают импульсы с выхода генератора 13 через делитель 1А частоты на триггер 15 и с его выхода, где их частота равнд F , через элемент ИЛИ 16 в счетчик 9,During the first half-period of oscillation of the signal, which enters the input of shaper 1, which is the reference input of the device, a rectangular pulse is formed at its output. At the same time through the element And 3 pulses come from the generator output 13 through the frequency divider 1A to the trigger 15 and from its output, where their frequency is equal to F, through the element OR 16 to the counter 9,

устанавлива  ет- в состо ние N. По заднему фронту импульса на выходе формировател  1, что соответствуетis set to the state N. On the falling edge of the pulse at the output of the imager 1, which corresponds to

ратор 4 формирует короткий импульс, устанавливающий триггер 5 в единичное состо ние, а вычитающий счетчик 10 - в состо ние N через элемент ИЛИ 7, а также сбрасывающий в нуль или устанавливающий в состо ние, соответствующее значению сдвига фаз 180, счетчик 12 в зависимости от состо ни  мультиплексора 6. При этомThe rator 4 generates a short pulse that sets the trigger 5 to one state, and the subtracting counter 10 to the N state via the element OR 7, and also resets to zero or sets to the state corresponding to the value of the phase shift 180, the counter 12, depending on multiplexer state 6. At the same time

тель 1Д частоты и триггер 15, подготавлива  их к следующему циклу измерени . После этого в счетчике 12 .на- капливаетс  результат измерени , поступающий на информационный выход устройства, а на выходе синхронизации по вл етс  высокий логический уровень, разрешающий считывание результата1D frequency and trigger 15, preparing them for the next measurement cycle. After that, the meter 12 accumulates a measurement result arriving at the information output of the device, and a high logic level appears at the sync output, allowing reading the result

JJOM NJJOM N

.360- 180--;-2 .360-180 -; - 2

N N

(град) дл  FJ 180F,;(deg) for FJ 180F;

т -г . - m-y -

JJ Т/2JJ T / 2

IMIM

NN

jn Njn N

дл  гдеdl where

F, F,

2020

Т F ,,F, М N сдвиг фаз;T F ,, F, M N phase shift;

временной интервал, пропорциональный If ; период колебаний; частоты квантующих импульсов;time interval proportional to If; oscillation period; frequency of quantizing pulses;

количество квантующих импуль- 25 сов за интервал L частотойthe number of quantizing pulses is 25 ss per interval L frequency

F,;F ;;

количество квантующих импульсов за интервал Т/2 частотойnumber of quantizing pulses per T / 2 frequency interval

/ ч 15 вале (-0,5; +0,5) отсчета частоты Г , а максимальное значение погрешности составл ет 0,5 отсчета./ h 15 shaft (-0.5; +0.5) of the reference frequency G, and the maximum value of the error is 0.5 reference point.

Изобретение обеспечивает повышение точности измерений фазового сдвига, поскольку погрешность от квантовани  временного интервала, пропорционального полупериоду колеба1сий измер е- М1з1х сиг палов, доминирует в общей по- греппюсти измерений .The invention provides an increase in the accuracy of phase shift measurements, since the error from quantizing a time interval proportional to a half-period of oscillation measured by e-m1x signals is dominant in the overall measurement gap.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Цифровой фазометр, содержащий два формировател , входы которых соедине- 1Ш1 с входными клеммами устройства,A digital phase meter containing two formers, the inputs of which are connected - 1Ш1 with the input terminals of the device, F.F. m - количество квантующих импульсовm is the number of quantizing pulses F,,.F ,,. за интервалfor the interval частотойby frequency Рассмотрим более подробно процесс формировани  числа N в счетчике 9, если длительность пол/периода соответствует фиг.2а, б. В соответствии с коэффициентом делени  делител  14 частоты на выходе последнего частота импульсов составл ет 2F (фиг.2в). При этой частоте происходит переключение триггера 15, на выходе которого частота импульсов утке F (фиг.2г), и по их задним фронтам в соответствииLet us consider in more detail the process of forming the number N in the counter 9, if the duration of the floor / period corresponds to FIG. 2a, b. In accordance with the division factor of the frequency divider 14 at the output of the latter, the frequency of the pulses is 2F (Fig. 2b). At this frequency, switching of the trigger 15 occurs, at the output of which the frequency of the weft pulses F (FIG. 2d), and along their falling edges in accordance с характером функционировани  счетчи- д второго счетчика соединен с выходом.with the mode of operation of the counter, the second counter is connected to the output. ка 9 последний измен ет свое состо ние аналогично описанному. Таким образом , если в интервал времени между двум  последующими переключени ми С1 етчика 9 (1/F.) заканчиваетс  импульс на выходе формировател  1 (фиг.2а, б), пропорциональный полупериоду измep e fыx колебаний, то в зависимости от того, в первую или вторую половину указанного интервала по вл етс  импульс с одновибратора 4, импульс с одно вибратора 4 ( фиг.2д) не ттроходит через элемент И 17 (на выходе тригтера 15 - низкийAs of last 9, it changes its state in the same way as described. Thus, if in the time interval between two successive switchings of C1 emulator 9 (1 / F.), The pulse at the output of the imaging unit 1 (FIG. 2a, b), proportional to the half-period of measurement of efyx oscillations, ends, then depending or the second half of the specified interval appears the pulse from the single vibrator 4, the pulse from one vibrator 4 (fig.2d) does not tread through the element 17 (the output of the trigger 15 is low 5050 5555 а выход заема - с вторым входом первого элемента ИЛИ и счетным входом третьего счетчика, выходы которого соединены с выходными клеммами устройства , а установочный вход и вход разрешени  записи соединены с соответствующими выходами мультиплексора , первый выход триггера соединен с клеммой синхровыхода устройства, а второй - с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора, и делитель частоты, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точное-and the output of the loan is with the second input of the first OR element and the counting input of the third counter, whose outputs are connected to the output terminals of the device, and the installation input and the write enable input are connected to the corresponding outputs of the multiplexer, the first trigger output is connected to the terminal of the device's sync output, and the second is the first input of the second element And, the second input of which is connected to the generator output, and a frequency divider, characterized in that, in order to increase the exact уровень (фиг.2г)) или проходит и д - лее через элемент ШШ 16 увеличивает на единицу состо ние счетч)1ка 9. Та- КИМ образом, в одном случае происходит округлеш1е значени  N от половины последнего отсчета с недостатком не более чем на 0,5 отсчета (фиг.2а, е), а в другом - с избытком не более чем на 0,5 отсчета (фиг.26,ж). Следовательно , поле погрешности от кван товани  време}1ного интервала, пропорционально полупериоду колебаний измеlevel (fig.2g)) or passes and further through the element ШШ 16 increases by one the state of the meter) 1k 9. Thus, in one case, a round-up value N from half of the last count occurs with a disadvantage of not more than 0 , 5 readings (figa, f), and in the other - with an excess of not more than 0.5 reference points (fig.26, g). Consequently, the error field from the time interval} of the 1 interval is proportional to the half-period of oscillations Формула изобретени Invention Formula Цифровой фазометр, содержащий два формировател , входы которых соедине- 1Ш1 с входными клеммами устройства,A digital phase meter containing two formers, the inputs of which are connected - 1Ш1 with the input terminals of the device, выход первого из них соединен с первым входом первого элемента М непосредственно и череэ первый одновиб- ратор с первым входом первого триггера , сигнальным входом мультиплек-the output of the first one is connected to the first input of the first element M directly and through the first one-oscillator with the first input of the first trigger, the multiplex signal input сора и первым входом первого элемента ИЛИ, а вь1ход второго формировате л  соединен с управл ющим входом мультиплексора непосредственно и через второй одковибратор с вторы.ч вхо-and the first input of the first element OR is connected to the control input of the multiplexer directly and via the second oscillator from the second дом триггера, выходы первого счетчика подразр дно соединены с входами второго счетчика, счетный вход которого соединен с выходом второго элемента И, при этом установочный входthe trigger house, the outputs of the first counter are connected to the inputs of the second counter, the counting input of which is connected to the output of the second element, and the installation input 00 5five а выход заема - с вторым входом первого элемента ИЛИ и счетным входом третьего счетчика, выходы которого соединены с выходными клеммами устройства , а установочный вход и вход разрешени  записи соединены с соответствующими выходами мультиплексора , первый выход триггера соединен с клеммой синхровыхода устройства, а второй - с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора, и делитель частоты, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точное-and the output of the loan is with the second input of the first OR element and the counting input of the third counter, whose outputs are connected to the output terminals of the device, and the installation input and the write enable input are connected to the corresponding outputs of the multiplexer, the first trigger output is connected to the terminal of the device's sync output, and the second is the first input of the second element And, the second input of which is connected to the generator output, and a frequency divider, characterized in that, in order to increase the exact ти, в него введены второй триггер, второй элемент ИЛИ и третий и четвертый элементы И, причем второй вход первого элемента И соединен с выходом генератора, а выход через делитель частоты соединен со счетным входом второго триггера, выход которого соединен с первыми входами второго элемента ИЛИ и третьего элемента И, при.этом второй вход последнего соединен с выходом первого одновибрато-ti, the second trigger, the second OR element, and the third and fourth AND elements are entered into it, the second input of the first AND element is connected to the generator output, and the output is connected via a frequency divider to the counting input of the second trigger, the output of which is connected to the first inputs of the second OR element and the third element And, at this second input of the latter is connected to the output of the first one-or-one зано условно дл  Т2) conditionally for T2) ра, а выход - с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика , установочный вход которого совместно с установочными входами делител  частоты и второго триггера соединен с выходом четвертого элемента И, входы которого соединены соответственно с выходом второго одно- вибратора и вторым выходом первого триггера.pa, and the output with the second input of the second element OR, the output of which is connected to the counting input of the first counter, the installation input of which, together with the installation inputs of the frequency divider and the second trigger, is connected to the output of the fourth element I, whose inputs are connected respectively to the output of the second single vibrator and the second release of the first trigger.