Цифровой фазометр

Союз Советскик Социалистических Республик(51)Р К 3 Государственный комитет СССР оо делам изобретений и открытий(088.8) М.К; Чмых и С.П. ГанькоКрасноярский политехнический инс итутс(54) ЦИФРОВОЙ ФЛЗОМЕТР Изобретение относится к техникерадиоэлектроизмерений и может бытьиспользовано при разработке фазометрической аппаратуры с повышенными метрологическими характеристиками.Известен оптимальный измерительфазовых сдвигов, содержащий два перемножителя, два интегратора, вычислительный узел и генератор кописигнала с фазовращателем на 90 1 .Его недостаток состоит в низкоиточности измерения фазовых сдвигов,обусловленной низкой точностью выполнения математических операцийаналоговыми устройствами.Известен также измеритель сдвигафаз, содержащий стробоскопическии ианалого-цифровой преобразователи,дваперемножителя, два сумматора с регистрами, вычислительный узел, синхронизирующее устройство, делитель частоты, дешифратор, постоянныи запоминающий элемент и формирователь,Этот фазометр реализует идею оптимального измерения в цифровом виде 12 .,Недостаток этого устройстваневозможность измерения фазовыхсдвигов на разных частотах. Цель изобретения - расширениедиапазона частот,Это достигается тем, что цифровой Фазометр, содержащий стробоскопический и аналого-цифровой преобразователи, первый делитель частоты,два перемножителя и связанный с нимичерез два сумматора с регистрами вычислительныи узел, формировательи постоянный запоминающий элемент,снабжен последовательно соединеннымиэлементом И, подключенный к формирователю, первым счетчиком, вторымделителем частоты, третьим перемножи 15 телем, регистром памяти и последовательно соединенными вторым счетчиком, блоком совпадения ксдов, атакже генератором импульсов, соединенным с элементом И, причем постоян 20 ный запоминающии элемент соединен свторым делителем частоты, блок сравнения кодов - с третьим перемножителем, первым счетчиком, вычислительным узлом, формирователем, стробоскопическим и аналого-циФровым преобразователями, вычислительный элементсоединен с регистром памяти, первым ивторым перемножителями, а первый делитель частоты - с элементом И иЗО вторым счетчиком.Данное устройство обеспечивает измерение фазовых сдвигов в соответствии с алгоритмом киЕ х Ьп 1 сОдСр: =ОюТ Х; СОЬО. д60 где х; - отсчеты мгновенных значенийвходного сигнала;д с - интервал квантования входного сигнала;Н - количество отсчетов в одномиз периодов входного сигнала;О - частота входного сигнала. 15Для обеспечения возможности работы в диапазоне частот необходимо определять частоту ь, вычислять аргумент 1 о)дс, а затем - тригонометрический коэффициент. В результате 20 этих предварительных операций появляется возможность измерения фазовых сдвигов в широком диапазоне частот.Яа чертехе приведена схема устройства, 25Устроиство содержит стробоскопический преобразователь 1, соединенный через аналого-циФровой преобразователь 2 и через первый перемножитель 3 с регистром 4, второй перемнокитель 5, второи сумматор - с регистром б. Ко второму входу фазометра подключен формирователь 7. Второй счетчик 8 через блок 9 сравнения кодов соединен с вычислительным узлом 10. Устройство содержит также элемент И 11, первый делитель 12 частоты, третий перемножитель 13, регистр 14 памяти, генератор 15 импульсов и первый счетчик 16, соединенный через второй делитель 17 час тот с постоянным запоминающим элементом 18, входы устройства 19 и 20.Работа устройства осуществляется в дза этапа, На первом этапе производится извлечение инФормации 45 для формирования отсчетных импульсов и вычисления аргумента тригонометрических коэффициентов. На втором этапе производятся отсчеты мгновенных значений входного сигнала и преобразование по.описанной методике для получения результата измерения.Устройство работает следующим образом.На входы 19 и 20 поступают напряжения с измеряемым фазовым сдвигом. Формирователь 7, элемент И 11 и генератор 15 импульсов представляют собой преобразователь длительности периода входного сигнала в количество импульсов й , Значение й может меняться в зависимости от частоты входного сигнала в очень больших пределахВ ряде случаев (особенно при больших И.) целесооб разно производить отсчеты мгновенныхзначений входного сигнала не каждымимпульсом из йт,а ограничиться определенными количеством точек р. Значение р определяется содержаниемгармоник во входном сигнале, влияние которых на измеряемый фазовыйсдвиг нужно нейтрализовать. Еслисигнал содержит, например, 1 и 8гармоник, то, следуя теореме Котельникова, необходимо выбирать р=16.Деление Мт на р выполняет первыйделитель 12 частоты. Таким образом,в счетчике 8 записывается число и,равное количеству импульсов междуточками отсчета, т.е. мекду отсчетными импульсами. В счетчике 16 записывается йт, а в постоянном запоминающем элементе 18 - число 360,равное выражению периода входногосигнала в градусах, На выходе второго делителя 17 частоты появляетсякод числа, равный весу каждогоимпульса из Мт в градусах. На выходе третьего перемножителя 13появляется код числа, равный весукаждого отсчетного импульса в градусах, т.е,р ЪЬО гп"тгде и - целая часть отношения Н /р .Таким образом, значение точекотсчета в градусах Ьф; = 360 и; /р,0 (( р, Код числа дЧ хранится врегистре 14 памяти. Вычислительныйузел 10 производит вычисление тригонометрических коэффициентов ьп Ь.Р;и сов ЬР, а также результата измерения агсс 9 х/у.На этом первый этап работы заканчивается. На втором этапе работысчетчик 8 блокируется, т,е. число в,записанное в этом счетчике, сохраняется до конца измерения. Формирователь 7 формирует импульс в мо.мент начала периода опорного колебания по входу 20. Этим импульсом 1запускаются стробоскопический преобразователь 1, аналого-цифровойпреобразователь 2 и вычислительныйузел 10, который формирует на своихвыходах 0 и 1, поскольку в этотмомент дРо = О. Стробоскопическийпреобразователь 1 осуществляет опе,рацию квантования по времени, ана 1 лого-цифровой преобразователь 2преобразует напряжение с выхода стро-.боскопического преобразователя вцифровой код. Таким образом, стробоскопический 1 и аналого-циФровой 2преобразователи осуществляют операцию преобразования мгновенного сигнала в цифровой код. В первом 3 ивтором 5 перемножителях цифровойкод с выхода аналого-циФрового преобразователя 2 умножается.на тригонометрические коэффициенты ы и АР;и со ЬР; которые вырабатывает вычислительный узел 10. Результаты пере822075 Формула изобретения Заказ 1841/69 Тираж 732 Подпис ВНИИ илиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,множений накапливаются в сумматорес регистрами памяти, соответственно4 и б. К концу времени измеренияв сумматорах с регистрами 4 и б памяти накапливаются величины х и у, покоторым вычислительный узел 210производит вычисление результатаизмерения.После появления импульса началапериода начинает заполняться счетчик16. В момент записи в него количества импуль;ов, равного а,срабатываетблок 9 сравнения кодов. Это значит,что наступил момент второго отсчета.Аналогично описанному включаютсястробоскопический 1 и аналого-цифровой 2 преобразователи и вычислительный узел 10, который вычисляетдля этого случая коэффициентыы п (360 в/Мт) и соь 360 а/й).Счетчик 16 при этом сбрасывается внуль. Импульс третьего отсчета формируется в момент, когда в счетчике 16 снова будет записано число в,Подобные операции продолжаются доконца времени измерения,Вычисление тригонометрическихкоэффициентов для каждого значсниячастоты входного сигнала обеспечивает работоспособность устройства вшироком диапазоне частот входныхсигналов. При этом исключается погрешность, обусловленная влияниемвысших гармоник в составе сигнала,а также обеспечивается оптималь-.ность оценки измеряемого фазовогосдвига, когда сигнал по входу искажен шумами. Таким образом, введениеперечисленных элементов обеспечивает устройству новое положительноесвойство - возможность эффективногоизмерения фазовых сдвигов между гармоническими сигналами в широкомдиапазоне частот. Цифровой фазометр, содержащийстробоскопический и аналого-цифровой преобразователи, первый делительчастоты, два перемножителя и связанный с ними через два сумматора срегистрами вычислительный узел,формирователь и постоянный запоминающий элемент, о т л и ч а ю щ и йс я тем, гсо, с целью расширениядиапазона частот,.он снабжен после 15 довательно соединенными элементом И,подключенным к формирователю, первым счетчиком, вторым делителем час. тоты, третьим перемножителем, регистром памяти и последовательно соединенными вторым счетчиком, блокомсовпадения кодов, а также генератором импульсов, соединенным с элементом И, причем постоянный запоминающий элемент соединен с вторымделителем частоты, блок сравнениякодов - с третьим перемножителем,первым счетчиком, вычислительнымузлом, формирователем, стробоекопическим и аналого-цифровым преобразователями, вычислительный элементсоединен с регистром памяти, первыми вторым перемножителями, а первыйделитель частоты - с элементом И, и вторым счетчиком.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Пестряков В.Б. Фазовые радиотехнические системы, М 1968,2. Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 2557673/21, 1977.