SU1720028A1 - Многоканальный фазометр - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано в автоматизированных информационно-измерительных системах дл  многоканального измерени  фазовых сдвигов. Цель изобретени  - повышение достоверности измерений и упрощение устройства. Многоканальный фазометр содержит в опорном канале 1 триггеры 2, 4,5, элементы И 3, 7, и 12,формирователь 6, одновибратор 8, счетчики 9 и 13, делитель 10 частоты, управл емый делитель 11 частоты, генератор 14, в измерительном канале 15 формирователи 16.1-16п, счетчик 17, элемент ИЛИ 18, элементы И 19, 22, триггеры 20, 23. 25.1-25.rt, 26, запоминающее устройство 21, элемент 24 задержки и регистр 27. 1 ил.

Description

е

х| Ю О

о

ю

00

Изобретение относитс  к цифровой измерительной технике и может быть использовано в автоматизированных информационно-измерительных системах дл  измерени  фазовых сдвигов нескольких электрических колебаний относительно одного , принимаемого за опорный сигнал.

Известен фазометр, содержащий формирователь опорного напр жени  и генератор линейно измен ющегос  напр жени , а также регистратор и п каналов обработки измер емого сигнала, включающий каждый: формирователь измер емого сигнала, генератор линейно измен ющегос  напр жени , блок сравнени  и фильтр нижних частот.

, Недостатками устройства  вл ютс  возможность измерений только при фиксированной частоте сигналов, низка  точность, обусловленна  дополнительным преобра- зованием временных интервалов в напр жени , значительные аппаратные затраты при необходимости увеличени  количества каналов измерени , так как каждый измерительный канал содержит больше аппарату- ры, чем опорный.

Известно устройство дл  измерени  сдвига фаз, содержащее два формировател , триггер, инвертор, два одновибратора, четыре элемента И, элемент ИЛИ-НЕ, гене- ратор, делитель частоты и три счетчика.

Недостатки устройства - низка  точность при многоканальных измерени х - за счет суммировани  погрешностей самосто тельных фазометров, значительные аппаратные затраты при необходимости увеличени  количества каналов измерени , т. е. количества самосто тельных фазометров .

Наиболее близким по технической сущ- ности к предлагаемому  вл етс  фазометр, содержащий в опорном канале формирователь , вход которого соединен с клеммой опорного сигнала, а выход подключен к С- входу триггера, пр мой выход которого под- ключей к первому входу первого элемента И, генератор, соединенный с первым входом второго элемента И, выход которого через соединенный входами управлени  с выходами первого счетчика управл емый делитель частоты подключен к счетному входу второго счетчика, третий элемент И, одновибратор и делитель частоты, а в измерительном канале - формирователь, вход которого соединен с клеммой входного сиг- нала, элемент И, кроме того, п-1 измерительных каналов, з опорном канале два триггера и два магистральных усилител , через первый из которых выходы второго счетчика подключены к магистрали кодов, а

через второй магистральный усилитель подключены к линии синхронизации второй вход второго элемента И и выход второго триггера, С-вход которого подключен к выходу формировател , а D-вход к пр мому выходу первого триггера и через одновибратор - к R-входам первого и второго счетчиков , делител  частоты и третьего триггера, С-вход которого соединен с клеммой синх- ровхода фазометра, D-вход соединен с клеммой логической единицы, выход - с первым входом третьего элемента И, подключенного вторым входом к инверсному выходу первого триггера, а выходом - к его D-входу, а также второй вход первого элемента И соединен с выходом генератора, а выход через делитель частоты - со счетным входом первого счетчика, при этом в каждом измерительном канале имеетс  также регистр, выходы которого соединены с выходами кода результата фазометра, информационные входы подключены к магистрали кодов, а вход управлени  - к выходу элемента И, один вход которого подключен к выходу формировател , а другой - к линии синхронизации.

Недостатками устройства  вл ютс  невысока  достоверность результатов измерений , обусловленна  возможным считыванием информации из счетчика результата в момент изменени  его состо ни ; большие аппаратные затраты при не- обходимости увеличени  количества измер емых сигналов, определ емые наличием самосто тельного регистра дл  каждого измер емого сигнала, а также необходимостью их последующего мультиплексировани  по выходам дл  считывани  результатов измерени .

Цель изобретени  - повышение достоверности измерений и упрощение устройства .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в многоканальный фазометр, содержащий в опорном канале первый триггер, С-вход которого соединен с синхровходом устройства , D-вход - с клеммой сигнала логической единицы, а пр мой выход- с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с инверсным выходом, а выход с D-входом второго триггера, С-вход послед- него совместно с одноименным входом третьего триггера - через формирователь - с входом опорного сигнала, а пр мой выход второго триггера соединен с D-входом третьего триггера, первым входом второго элемента И, а также - через одновибратор - с входами сброса первых триггера и счетчика , и делител  частоты,через который выход второго элемента И соединен с входом первого счетчика, поразр дно соединенного

выходами с входами управлени  управл емого делител  частоты, через который выход третьего Элемента И соединен с входом второго счетчика, при этом пр мой выход третьего триггера соединен с первым вхо- дом третьего элемента И, а вторые входы второго и третьего элементов И -с выходом генератора, а также в измерительном канале - п формирователей, входы которых  вл ютс  сигнальными входами устройства, четвертый элемент И, и регистр введены в его измерительный канал четвертый, п тый, шестой и п дополнительных триггеров, элемент задержки, элемент ИЛИ, п тый элемент И, запоминающее устройство и третий счетчик, вход управлени  параллельной записью которого  вл етс  входом управлени  чтением фазометра, а входы параллельной записи - входом кода номера результата, кроме того, третий счет- чик соединен входом сброса с синхровхо- дом устройства, счетным входом - с первым входом элемента ИЛИ и выходом четвертого элемента И, выходом переполнени  - с входом сброса четвертого триггера, а выхо- дами - поразр дно - с входами адреса запоминающего устройства, выходы которого  вл ютс  выходами результата фазометра, вход синхронизации запоминающего устройства соединен с выходом п того элемен- та И, вход режима - с пр мым выходом п того триггера и входом сброса второго счетчика, а информационными входами - поразр дно - с выходами второго счетчика, при этом вход последнего соединен с вто- рым входом элемента ИЛИ, а также - через элемент - с объединенными С-входами п дополнительных триггеров, входом установки четвертого и С-входом п того триггеров , D-вход и вход сброса последнего соединены с выходом третьего триггера, пр мой выход четвертого триггера соединен с входом сброса шестого триггера, пер- выми входами четвертого и п того элементов,И,1 а также с входом режима ре- гистра, вход синхронизации которого соединен с выходом элемента ИЛИ, входы информационные - с пр мыми выходами соответственно п дополнительных триггеров , входы установки которых соединены, в свою очередь, с выходами соответствующих п формирователей, объединенные входы сброса - с выходом третьего триггера, а объединенные D-входы - с клеммой логического нул , при этом, вторые входы четвер- того и п того элементов И совместно со счетным входом шестого триггера соединены с выходом третьего элемента И, их третьи входы - соответственно, с пр мым и инверсным выходами шестого триггера, а

четвертый вход п того элемента И - с последовательным выходом регистра.

Устройство многоканального фазометра иллюстрируетс  структурной схемой.

Многоканальный фазометр содержит в опорном канале 1 триггер 2, С-вход которого  вл етс  синхровходом фазометра. D-вход соединен с клеммой логической единицы, а пр мой выход - с входом элемента И 3, другой вход которого соединен с инверсным выходом, а выход - с D-входом триггера 4. С-входы триггеров 4 и 5 соединены через формирователь 6 с входом опорного сигнала , а пр мой выход триггера 4 - с D-входом триггера 5, входом элемента И 7, а также - через одновибратор 8 - с входами сброса триггера 2, счетчика 9, делител  1-0 частоты, через который выход элемента И 7 соединен с входом счетчика 9, поразр дно соединенного с входами управлени  управл емого делител  11 частоты, через который выход элемента И 12 соединен с входом счетчика 13. Пр мой выход триггера 5 соединен с входом элемента И 12, а вторые входы элементов И 7, 12 - с генератором 14. В измерительном канале 15 входы п формирователей 16.1-16.ri  вл ютс  сигнальными входами устройства. Вход управлени  параллельной записью счетчика 17  вл етс  входом управлени  чтением фазометра , а входы параллельной записи - входом кода номера результата, он соединен входом сброса с синхровходом устройства , счетным входом - с входом элемента ИЛИ 18 и выходом элемента И 19, выходом переполнени  - с входом сброса триггера 20, а выходами - поразр дно - с входами адреса запоминающего устройства 21, выходы которого  вл ютс  выходами результата фазометра, вход синхронизации соединен с выходом элемента И 22, вход режима - с пр мым выходом триггера 23 и входом сброса счетчика 13, а информационными входами - поразр дно - с выходами счетчика 13. Вход последнего соединен с входом элемента ИЛИ 18 и - через элемент 24 задержки - с объединенными С-входами триггеров 25.1-25.П, входом установки триггера 20, С-входом триггера 23, а D-вход и вход сброса последнего соединены с выходом триггера 5. Пр мой выход триггера 20 соединен с входом сброса триггера 26, входами элементов И 19, 22 а также входом режима регистра 27, вход синхронизации которого соединен с выходом элемента ИЛИ 18, входы информационные-с пр мыми выходами соответствующих триггеров 25.1-25.П, входы установки которых соединены с выходами формирователей 16.1- 16.п, объединенные входы сброса - с

выходом триггера 5, а объединенные D-вхо- ды - с клеммой логического нул . Входы элементов И 19, 22 совместно со счетным входом триггера 26 соединены с выходом элемента И 12, их другие входы - соответственно с пр мым и инверсным выходами триггера 26, а вход элемента И 22 - с последовательным выходом регистра 27.

Многоканальный фазометр работает следующим образом.

В исходном состо нии за счет цепей инициализации (на схеме условно не показаны ) в опорном канале 1 и измерительном канале 15 триггеры 2, А, 5, 20, 23, 25.1-25.N и 26 наход тс  в нулевом состо нии (на пр мом выходе О, на инверсном 1), счетчики 9, 43 и делитель 10 частоты обнулены, генератор 14 вырабатывает импульсы опорной частоты F, однако на выходы элементов И 7,12 они не проход т, поскольку на других входах этих элементов присутствует О. Формирователи 6,16.1-16.N вырабатывают короткие импульсы при переходе соответствующих входных сигналов через заданное характерное значение, например через нуль, однако состо ние триггеров 4, 5, 25.1- 25.N не измен етс , так как на D-входах триггеров 4 и 5 и входах сброса триггеров 25.1-25,N имеетс  О. Временное положение указанных импульсов определ етс  и определ ет величины фазовых сдвигов сигналов , поступающих на входы сигнальные, относительно опорного сигнала, поступающего на одноименный вход фазометра.

Многоканальный фазометр может находитьс  в двух режимах - режим измерени  и режим чтени .

Режим измерени . Многоканальный фазометр переводитс  в режим измерени  подачей на синхровход короткого импульса, который устанавливает триггер 2 в единичное состо ние, за счет чего на D-вход триггера 4 через элемент И 3 поступает 1, а ещё обнул ет счетчик 17., подготавлива  его к новому циклу измерени  (после предшествующего режима чтени ).

Измерительное врем  составл ет два периода колебаний частоты измер емых сигналов: период определени  длительности периода, период определени  фазовых сдвигов.

Период определени  длительности периода .

После перевода многоканального фазометра в режим измерени  период определени  длительности периода начинаетс  по первому же импульсу с формировател  6, который устанавливает триггер 4 в единичное состо ние (триггер 5 останетс  в исходном - поскольку по переднему фронту импульса с формировател  6 на его D-входе

имеетс  О), что через элемент И 3 вызовет по вление О на его собственном D-входе. По положительному перепаду на пр мом выходе триггера 4 одновибратор 8 вырабатывает импульс, обнул ющий счетчик 9 и делитель 10 частоты (устран   результаты предшествующего цикла измерений), а также сбрасывающий в исходное состо ние триггер 2. С формированием 1 на входе

элемента И 7, через него импульсы опорной частоты F с генератора 14 начинают поступать на вход делител  10 частоты (коэффициент делени  ), а с выхода последнего - импульсы частоты F/Ki - на

вход счетчика 9, где к концу периода определени  длительности периода формируетс  код числа NL По следующему импульсу с формировател  6 начинаетс  период определени  фазовых сдвигов.

Период определени  фазовых сдвигов. Импульс с формировател  6 переводит Триггер 5 в единичное состо ние, а триггер 4 - в нулевое, что вызывает закрывание элемента 1/1 7 и, соответственно, открывание элемента

И 12 через который импульсы опорной частоты F с генератора 14 начинают поступать на вход управл емого делител  11 частоты. Так как в результате предыдущего периода последний управл етс  кодом N, то с его

выхода на вход счетчика 13 поступают импульсы частоты F/NL

Если период колебаний сигналов равен Ti то дл  периода определени  длительности можно записать

(F/Ki)Ti F/Ki

а дл  периода определени  фазовых сдвигов

(F/NiKl F/(Ti F/Ki)

т. е. за период длительностью Ti в счетчике 13 накоплено число 360.

Таким образом, ъа временной интервал TJ, определ емый значением фазового сдвига Wj состо ние счетчика 13 достигнет значени  NJ

Nj/Ni Tj/Ti или Tj/Ti. Поскольку по определению -Tj/Ti следовательно, (дл  получени  результатов измерений в радианах нужно задать -л).

Таким образом, в течение периода определени  фазовых сдвигов выходы счетчика 13 последовательно принимают

состо ни , соответствующие кодам текущих значений фазовых сдвигов входных сигналов , определ ющих временное положение импульсов на выходах формирователей 16.1-16.N, т. е. в момент по влени  импульса с формировател  16.J на выходах счетчика 13 формируетс  код численного значени  фазового сдвига NJ (на самом деле приход этого импульса фиксируетс  триггером 25.J в интервале между Nj-1 и NJ состо ни ми счетчика 13, а регистрируетс  в качестве кода результата измерени  в запоминающем устройстве 21 уже состо ние NJ - за счет того, что процесс счета импульсов счетчиком 13 начинаетс  не с первого, а со второго поступившего импульса и в запоминающем устройстве 21 регистрируетс  по j-му адресу код результата Wj.

С началом периода определени  фазовых сдвигов уровень 1 с выхода триггера 5 по вл етс  на D-входе триггера 23 и по входам сброса разрешает установку последнего ,а также триггеров 25.1-25.N.

Первый импульс с выхода управл емого делител  11 частоты, пройд  через элемент ИЛИ 18, поступает на С-вхрд регистра 27 и вызывает параллельную запись состо ни  выходов триггеров 25.1- 25.N (те из них, на которые в течение интервала времени от начала периода определени  фазовых сдвигов до момента поступлени  упом нутого выше первого импульса поступили импульсы с формирователей 25.1-25.N, установлены в единичное состо ние, остальные - в нулевое;). Режим параллельной записи регистра 27 задаетс  исходным уровнем О на выходе триггера 20.

Тот же импульс, пройд  через элемент 24 задержки, устанавливает в единичное состо ние триггеры 20 и 23 (последний - на весь период определени  фазовых сдвигов) и сбрасывает триггеры 25.1-25.N, причем по первому импульсу с выхода управл емого делител  11 частоты счетчик 13 не срабатывает , так как в момент его поступлени  триггер 23 удерживает уровень О на его входе сброса.

Каждый последующий импульс с выхода управл емого делител  11 частоты вызывает параллельную запись в регистр 27, увеличение на единицу состо ни  счетчика 13, а также (с задержкой) установку в единичное состо ние триггера 20 и сброс в нулевое, состо ние триггеров 25.1-25.N. Наличие 1 в j-ом разр де регистра 27 свидетельствует о том что фазовый сдвиг сигнала на j-ом входе соответствует текущему значению кода N на выходах счетчика 13, т. е. этот код должен быть записан по j-му адресу в запоминающее устройство 21.

Это достигаетс  следующим образом.

При по влении 1 на выходе триггера 20 регистр 27 переводитс  в режим сдвига, а также устанавливаетс  разрешающий уровень на соответствующих входах элементов И 19,22 и входе сброса триггера 26. Поскольку исходное состо ние последнего - нулевое, первый импульс с выхода И 12 при наличии 1 на последовательном выходе регистра 27 пройдет через элемент И 22 на С-вход запоминающего устройства 21, вызыва  запись текущего состо ни  выходов счетчика 13 по адресу 1. Если на выходе регистра 27

0 имеетс  О, то элемент И 22 оказываетс  заперт и запись по адресу 1 не происходит. По окончании первого импульса с выхода элемента И 12 выходы триггера 26 (двухсту- пенч атого) мен ют свое состо ние на проти5 воположн ое, разреша  прохождение следующего импульса (второго) через элемент И 19. Этот импульс увеличивает на единицу состо ние счетчика 17 (адрес записи в запоминающее устройство 21) и, прой0 д  через элемент ИЛИ 18 на С-вход регистра 27, вызывает сдвиг так, что на последовательный выход поступает содержимое второго разр да регистра 27, после чего цикл записи - сдвига повтор етс .

5

Таким образом, каждый нечетный импульс из 2.N импульсов последовательности с выхода элемента И 12 осуществл ет запись текущего кода состо ни  счетчика

0 13 по текущему значению кода адреса запоминающего устройства 21, если в соответствующем ему разр де 27 в течение предыдущего интервала между импульсами счета счетчика 13 была записана 1. Если

5 записан О, то запись не происходит. Каждый четный импульс той же последовательности производит переход к следующему коду адреса записи и за счет сдвига на один разр д подает на последовательный выход

0 регистра 27 следующий соответствующий адресу записи разр д. Причем последний четный импульс, вызыва  переполнение счетчика 17 и по вление импульса на его соответствующем выходе и входе сброса

5 триггера 20, заканчивает цикл записи и возвращает триггеры 20, 26 в исходное состо ние , запирает элементы И 19, 22. а регистр 27 переводит в режим параллельной записи .

0

По окончании периода определени  фазовых сдвигов формирователь 6 вырабатывает импульс, устанавливающий триггер 5 также в исходное нулевое состо ние, на его

5 выходе устанавливаетс  О, что вызывает сброс в нулевое состо ние триггеров 25.1- 25.N.23 а также уровнем О с выхода последнего - обнуление счетчика 13 и перевод запоминающего устройства 21 и всего фазометра в режим чтени .

Режим чтени . В режиме чтени  на выходы результата вывод тс  коды из запоминающего устройства 21 (переведенного в режим чтени  подачей О с выхода триггера 23), адреса которых соответствуют номерам входов измерительного канала 15, а значени  - величинам фазовых сдвигов соответствующих сигналов. Выбор желаемого адреса осуществл ют подачей соответствующего кода на вход кода номера результата, и (после этого) импульса на вход управлени  чтением. При этом происходит параллельна  запись кода номера результата (номера канала) в счетчик 17, управл ющего адресом чтени  запоминающего устройства 21.

Положительный эффект от использовани  предлагаемого технического решени  заключаетс  в повышении надежности функционировани  многоканального фазометра за счет исключени  возможности сбоев при отсутствии синхронизации работы регистров и счетчика результата, а также в снижении аппаратных затрат, которое можно оценить следующим образом. Реализаци  16 измерительных каналов известного устройства требует (без учета формирователей, количество которых идентично, и других общих блоков) следующего количества корпусов интегральных микросхем 155 серии: ЛА8-3 (магистральные усилители); ИР1-48 (регистры-12 разр дов двоично-дес тичного кода); ЛИЗ - 4 (элементы И). Всего 55 корпусов (дл  последующего мультиплексировани  результатов также потребуетс  12 корпусов К155КП1). Дл  предлагаемого устройства (также 155 сери ): ТМ2 - 9 (триггеры 20-25.16), (триггер 26); ЛЕ1 - 1 (элемент ИЛИ 18); ЛА1 - 1 (элементы и 19,22); АГЗ - 1 (элемент задержки 24); ИЕ7 - 1 (счетчик 17); РУ 2-3 (запоминающее устройство 21 на 16 слов по 12 разр дов); ЙР1 -4 (регистр 27), Всего 21 корпус, т. е. выигрыш составл ет 55 - 21 %.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Многоканальный фазометр, содержащий в опорном канале первый триггер, С- вход которого соединен с синхровходом устройства, D-вход - с клеммой сигнала логической 1, а пр мой выход - с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с инверсным выходом, а выход - с D-входом второго триггера, С-вход последнего совместно с одноименным входом третьего триггера через формирователь - с входом опорного сигнала, а пр мой выход второго триггера соединен с О-входом третьего триггера, первым входом второго элемента И, а также через одновибратор входами сброса первых триггера и счетчика , и делител  частоты, через который выход второго элемента И соединен с входом первого счетчика, поразр дно соединенного выходами с входами управлени  управл емого делител  частоты, через который выход третьего элемента И соединен с входом второго счетчика, при этом пр мой выход третьего триггера соединен с первым

   0 входом третьего элемента И, а вторые входы второго и третьего элемента И - с выходом генератора, а также в измерительном канале - п формирователей, входы которых  вл ютс  сигнальными входами устройства,

   5 четвертый элемент И, и регистр, отличающий с   тем, что, с целью повышени  достоверности измерений и упрощени  устройства , введены в его измерительный канал четвертый, п тый, шестой и п дополнитель0 ных триггеров, элемент задержки, элемент ИЛИ, п тый элемент И, запоминающее устройство и .третий счетчик, вход управлени  параллельной записью которого  вл етс  входом управлени  чтением фазометра, а

   5 входы параллельной записи - входом кода номера результата, кроме того третий счетчик соединен входом сброса с синхровходом устройства, счетным входом - с первым входом элемента ИЛИ и выходом четверто0 го элемента И, выходом переполнени  - с входом сброса четвертого триггера, а выходами поразр дно - с входами адреса запоминающего устройства, выходы которого  вл ютс  выходами результата

   5 фазометра, вход синхронизации запоминающего устройства соединен с выходом п того элемента И, вход режима - с пр мым выходом п того триггера и входом сброса второго счетчика, а информационными вхо0 дами поразр дно - с выходами второго счетчика , при этом вход последнего соединен с вторым входом элемента ИЛИ, а также через элемента задержки - с объединенными С-входами п дополнительных триггеров,

   5 входом установки четвертого и С-входом п того триггеров, D-вход и вход сброса последнего соединены с выходом третьего триггера, пр мой выход четвертого тригге- рахоединен с входом сброса шестого триг0 гера, первым входами четвертого и п того элементов И, а также с входом режима регистра, вход синхронизации которого соединен с выходом элемента ИЛИ, входы информационные-с пр мыми выходами со5 ответственно п дополнительных триггеров, входы установки которых соединены, в свою очередь, с выходами соответствующих п формирователей, объединенные входы сброса - с выходом третьего триггера, а объединенные D-входы - с клеммой логиче13172002814

   ского О, при этом вторые входы четвертогосоответственно с пр мым и инверсным выи п того элементов И совместно с счетнымходами шестого триггера, а четвертый вход

   входом шестого триггера соединены с выхо-п того элемента И - с последовательным

   дом третьего элемента И, их третьи входы -выходом регистра.