Цифровое устройство для оптимального измерения фазы сигнала

О П ИЗО А Свез СоветскихСфциалистическик Республи АВТОРСКОМУ 1) Дополнительное/08 нением заявки Йо Гос рственныйСССР мам нзоб н открыт мнтет) Приоритет по енн Опубликован 21. 317, 77 088,8)(71) Заявите Киевский ордена Ленина политехнический институтимени 50-летия Великой Октябрьской социалистическойреволюции 54) ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛФАЗЫ СИГНА ТИМИ 1 ЬНОГО ИЗМЕРЕН ругимор дистритриго-С 05 Ч 1 Настоящее изобретение относитсяк области измерительной техники,а именно фаэометрии, и может бытьиспользовано для построения фазоанализирующей аппаратуры,Известно устройство для оптимального измерения. фазы сигнала содержащее скесители, подстраиваемыйгенератор, систему ФАПУ, системуФАПЧ, фазовые детекторы, фазовращатель 30 фазового сдвига, блокиделения и преобразователь 1 1.Однако известное техническоерешение является аналоговым измерительным устройством, непозволяющимдрстичь высокой точности измеренийиз-за сложности создания идеальныхгармонических перемножителей, генератора. копии сигнала 90 фазовращателя, низкой точности выполнениявычислительных операций,Также известно цифровое устройсво для .оптимального измерения фазысигнала, которое выбрано в качествепрототипа. Это устройство содержитпреобразователь напряжения в цифро, вой код, вход которого подключенк выходу полосового фильтра, а выход соединен с двумя входами множительного устройства, причем с одним входом непосредственно, а с дчерез линию задержки, генераткретных аргументов, тригономеческий преобразователь Мпр,нометрический преобразовательгенератор дискретных амплитуд.Выход генератора дискретныхаргументов соединен со входом тригонометрических преобразователейЬ 1 ПИ СО 5 Ц р ВЫХОДЫ КОТОРЫХ ПОДключены к третьему и четвертомувходам множительного устройства,причем тригонометрический преобраэователь 51 п подключен непосредственно, а тригонометрический преобразователь соьр через линию Задержки. Выход генератора дискретныхамплитуд соединен с пятым входоммножительного устройства. Выход множительного устройства подключен кпоследовательно соединенным накапливающему сумматору, определителюотношения, тригонометрическому преобразователю агсЩ 23Однако известное устройство имееттот недостаток, что из-за динамической ошибки преобразователя напряжения в цифровой код, включенного навходе устройства, а также малогоего динамического диапазона, с уве.личением частоты входного сигнала и при изменении его уровня резко уменьшается точность измерений.Целью настоящего изобретения является расширение частотного диапаэона и повышение надежности работы устройства.Поставленная цель достигается тем, что цифровое устройство для оптимального измерения фазы сигнала, содержащее полосовой фильтр, генератор дискретных аргументов, соединенный с тригонометрическими преоб 1 О раэователями Ып и совью, которые в свою очередь подсоединены к множительному устройству, один непосредственно, а второй через линию задержки, и тригонометрический преоб" разователь сьгс 1 , снабжено цифровым вольтметром двойного интегрирования, вход которого соединен с выходом множительного устройства, а выход с тригонометрическим преобразователем сьь сЯ , причем сигнальный вход множительного устройства подключен к выходу полосового фильтра.Сущность настоящего изобретения поясняется прилагаемым чертежом, на котором изображена структурная схема цифрового устройства для оптимальНого измерения фазы сигнала.Устройство содержит полосовой ЗО фильтр 1, множительное устройство 2, генератор 3 дискретных аргументов, тригонометрический преобразователь 4 ььпьу и тригонометрический преобразователь 5 саэць , линия эадерж ки 6, цифровой вольтметр 7 двойного интегрирования, тригонометрический преобразователь 8 аь с 1 ф.Измеряемый сигнал поступает на вход полосового Фильтра 1, проиэво- щ дящего выбор необходимого частотного диапазона; выходной сигнал Я (В) полосового фильтра 1 подается на сигнальный вход множительного усрой. ства 2, представляющего собой, например, цифроуправляемый аттенюатор. Генератор 3 дискретных аргументов вырабатывает последовательность импульсов с интервалом следования аВкоторые поступают на входы тригонометрических преобразователей 4 и 5 Тригонометрический преобразователь 4 эмап ср вырабатывает цифровой код % , соответствующий значению функции мьь(фью где Т - период исслеТдьхемого сигнала. Тригонометрический п)еобразователь 5 сов(р вырабатывает цифровой код С х соответствующий значению Функции соэ(фя 4), который поступает на линию 6 задержки,представляющую собой сдвиговой ре- бО гистр, где осуществляются задержки на время - . Выходные коды Ыьти Сь с выходов тригонометрического преобразователя 4 Ыпчь и линии 6 задержки поступают иа соответству ющие входы множительного устройства 2, в котором происходит поочередное умножение измеряемого эначения на числа Ь и Сь н течение интервалов времени равных Й , Выходной сигнал множительного устройства 2 э течение времени г поступает на вход цифрового вольтметра 7 двойного интегрирования, причем э течение первой половины интервала времени ф сигнал поступает на зарядный вход интегратора, а второй поло- рикы - на разрядный вход. Таким образом э течение времени 1 интег 2 ратор циФрового вольтметра 7 ляойного интегрирования заряжался напряпжением 11 хИ)" ЕЫп (= ьд 1 ) и в течение времени г разряжался напряжением 11 х 5 Й)х 2" соЬ . ьд 1), По ис 2 Жэтечении. времени ч; интегратор разряжается до нуля напряжением 11 =ЯЦь х,"Рсоа(ьд 1),Иэ условия равенства зарядов при перезарядке конденсатора интегратора следует:ь в5(1).;до(2 - ьдх.)сь ь. " эх;со( я ь д ) д( О ьй Т ь 1 Тили С Ь 1 пць:хсоэ ьььхЕсли время Ч". Фиксировано, то эа время х . счетчик числа квантующих импульсов цифрового вольтметра 7 двойного интегрирования подсчитает число импульсов:альп Чх4 в,ь сов Чьн в Рь игде М и - номинальное значение, выбираемое в зависимости от системы счисления тригонометрического преобразователя 8 аьсЩ , Код числа М с выхода цифрового вольтметра 7 двойного интегрирования поступает на вход тригонометрического преобразователя сьь сЯ , на выходе которого снимается результат измерения Фазы с(По сравнению с прототипом, в цифровой код преобразуется не мгновенное значение выборки сигнала, а интегральное значение произведения измеряемого сигнала на цифровой код копии. Поэтому требование к быстродействию преобразования измеряемого напряжения в цифровой код снижается в число раэ, равное отношению времени измерения к времени, допустимому в прототипе на преобра-.зование мгновенной выборки в числовой эквивалент, В большинстве практических эацач это отношение составляет 10-10" раз, Точность интегрирующих преобразователей на нес690408 Составитель Л.СтаростинаТехред Я, Бабурка Корректор А.Гриценко Редактор Д.Мепуришвили Тираж 1090 ПодписноеЦНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытиЯ113035,Москва, Ж, РаУшскаЯ наб., д.4/5 Заказ 5956/42 Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4 колько порядков вьве быстродействующих преобразователей мгновенных значений. Кроме того, динамический диапазон интегрирующих преобразователей (цифровых вольтметров двойного интегрирования) простирается от долей милливольта до сотен вольт при минимальной ступени квантования 100 нановольт, в то время как ступень квантования быстродействующнх преобразователей напряжений в циФровой код составляет 1-3 милливольта. Наконец следует заметить, что преобразователи напряжения в цифровой код интегрирующего типа могут выполнить одновременно некоторые вычислительные операции, например деление, что является немаловажным обстоятельством при создании малогабаритной, надежной, недорогостоящей аппаратуры.Предлагаемое изобретение может быть использовано при построении цифровых оптимальных Фазометров, преци- . зионных фазометров для измерения сильно искаженных сигналов.Формула изобретенияЦифровое устройство для оптимального измерения фазы сигнала, содераащее полосовой фильтр, генератордискретных аргументов, соединенныйс тригонометрическими преобразователями воч и совам , которые в своюочередь подсоединены к множительномуустройству, один непосредственно,а второй через линию задержки, итригонометрический преобразовательосЯ , о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью расширения частотного диапазона и повьзювния надежности работы, устройство снабженоцифровым вольтметром двойного интегрирования, вход которого соединен с выходом множительного устройства, а выход - с тригонометрическим преобразователем аост,причем сигнальный вход мноаительного устройства подключен к,выходуполосового фильтра. 20Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1 . Авторское свидетельство СССРМ 459741, кл. С 01 Я 25/00, 1972.25 2. Авторское свидетельство СССРУ 412565, кл. С 01 Р 25/08, 1972