Цифровой фазометр

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 68471 П 9) 0 01 В 25/00 ТЕН ИЗОБ ЕТЕЛЬСТ КОМУ К АВ лезноГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(71) Омский институт инженеров жедорожного транспорта(57) Изобретение может быть использованов измерительной технике, в частности, дляизмерения сдвига фаэ в условиях мощных Изобретение относится к измерительной технике, в частности для измерения разности фаз между двумя сигналами одинаковой частоты,Цель изобретения - повышение точности измерения при больших импульсных помехах.На фиг, 1 представлена структурная схема цифрового фаэометра на фиг, 2 - диаграммы, иллюстрирующие принцип работы фаэометра в сравнении с известными.На фиг. 2 приняты следующие обозначения: Ра - содержимое кванта с максимальной вероятностью на выходе анализатора распределения; Ра, Ра+1 - вероятности в квантах анализатора распределения смежных с максимальным квантом; Ра+а; содержимое кванта, вызванного импульсной помехой; д = 1 - размер интервала (кванта) в анализаторе распределения; С 1 С - коимпульсных воздействий. Цель - повышение точности измерения. Цифровой фазометр содержит генератор 1 импульсов, преобразователь 2 фазовый сдвиг-код, преоб разо вател ь период-код, дел итель 4 часто.ты, анализатор 5 распределения, блок б деления на константу, формирователь 7 управляющих сигналов, логический блок 8, трехканальный мультиплексор 9, вычитатели 10, 11 и 12, умножители 13 и 18, блок 14 деления, сумматоры 15 и 17 и блок 16 генерации, Цель достигается эа счет дополнительного статического анализа результатов единичных измерений в течение времени измерения по спиральному алгоритму. 2 ил,синусная составляющая ДПФ преобразования в известном фазометре; С)а - синусная составляющая ДПФ преобразования известного фаэометра: р,Р - сдвиг фаэ, измеренный фаэомегром среднего значения (с постоянным измерительным временем); гпод - парабола, интерполирующая три смежных кванта анализатора распределения, максимум которой соответствует результату измерения в цифровом фаэометре,Устройство содержит генератор 1 импульсов, выход которого соединен со входами преобразователя 2 фазовый сдвиг - код, преобразователя 3 период-код(ППК) и делителя 4 частоты, анализатор 5 распределения, входы которого соединены соответственно с выходами блока б деления на константу, преобразователя 2 фазовый сдвиг-код и формирователя 7 управляющих сигналов, а выходы - соответственно со вхо 1684713дами логического блока 8 и трехканальногомультиплексора 9, другим входом соединенного с выходол логического блока О, э вхо.дами соответственно со входамивычигателей 10, 11 и 12. Выход оычигателя10 соединен со входом умножигегя 13, второй вход которо о соединен с выходом блока 6 деления нэ константу, а выходсоединенсо входом блока 1 д)лепил. Сумматор 15входами соединен с оьходэли оычигателей11 и 12. Входы блока 16 индикации соединены с выходами формирователя 7 сумматора17. героый и второй входы которого соеднены соогоегсгоео с выходами блока 4деления и логи еского блока 8. Вход улножителя 18 соединен с выходом суммто 1),15, а выход - с другим оходом блока 4деления, Б орой вход ум о:.тел3 соединен с оьходом блока 6 д.леия нэ косату, Третий выход формирооэ 1 еля 7 ссединенс другим входом лечи еского блока 8,Устройство работает следующим обрээогл,Импульсы высокой частоты от енераторэ 1 имгульсоь через делгель 4 частотыпоступают на вход форлрооэтеля 7 управляющих сипалов, который оырэбатываегураоляющие импульсы, ээдэоща времяизмерения анализаору 5 распределения,синхро зируощие работу логическогоблока 8 и осущестоляощие запись реэультэ.Зэ 1131 ерония о регистр эм 51 и бл;кэ 16и;дикации,Зэ время измереив каждом периодевходного фээоглодулирооэоо и опоросгнэлоо преобрээовэтел 2 фазовый сдвискод о дивэзопе иэерения сдвига фэз Оырабэгьваег кодо ,е комбинации,пропорцонэлыыеооенньь энэчени)плсдвигов фээ, Э ги знэ еия сдвига фэз поступаюта ифорьэ 1 ионный вход анализатораа 5 распр",ге)ения, который подсчиывэсчисло попаданий полученных кодов о соовегствующие дскретные интервэль, прчем размер каждого интервала (коээ) дустанавливаеся делением кода э выходепреобразователя 3 период-код с помощьюблока 6 деления нэ константу К, означающую число каналов анализэторэ 5 рэспределения.Формроваель 7 управляюцих сипэлов реализован на основе распределителя сформирователем короткого импульса длчзаписи резул,тагэ о регистр блока индикации.Импульсы, поступающие нэ вход энэлзатора 5 распределения с выхода форлирователя 7 управляющих сигэлогмеог длительность т 1 -оремя накопления гис 1 огрэммы в анализаторе 5 распределения;Импульсы, посупающие на упраоляощий вход логического блока 8 с выхода фор 5 мирователя 7 управляющих сигналов,формирую ся по спаду импульса длителыосью г 1 и имео длителыость т 2, о течение которой логический блок 8 выделяетадрес кг;нтэ в энэлзаторе 5 расределеО ния, Трехканальный мультиплексор подключает выбранные три кванта ксоответствующим оьчислительным блокэлкомбинационного типа (длительностьт 2 выбирается достаточной для выполне 1ния указанных вычислительных операций"оответстоуощимблокали предложенного устройства);Импульсы длительностью тэ Формируогся на выходе, соединенном с блоком 16индикации, и оьрабаьваотся по спаду импульса г 2 для фиксации результата измерения в регистре блока 16 индикации.Длигельости импульсов 71 т 2 тз выбираотся в зависимости от требуемого вре 25мани измерения, времени индикации ибысродейсгвия блоков, выполняющих указанные преобразования,Вьходные кодя ээгизэтора 5 распре 30деления, соответ тоующие гистограммераспределения фу кции плотноси вероятности сдвига фээ в диапазоне измеренияпоступэо 1 на лоический блок 8, которыйслбирэет нолер кванта (адрес) с мэксимальооероятностью Рэ и водает его на адрес 353 ный вход трехкэнальноо мультиплексора 9.) э выходах оследнего устанавливается содер;кялов максимально о коэнэ Р и смеж:ЫХ С :,М Рл.1 И Ра 1.Быитэтель О формирует разность40между двумя крайними квантами(Ра 1- Ра),оычитэтели 11 и 12 формируют разностилажду центрэлыы квантом и крайними(Р- Р 1) и(Р- Р 1) соответственно, Последниесуммируются в первом сулматоре 15, послечего сумма удваивается умножителем 18 ипоступает в качестве делителя нэ вход блока 14 деления,Разность с выхода оычитателя 10 умножается о умножителе 13 на размер квантад, поступающий с выхода блока 6 деления наконстанту и передается в качестве делимогона вход блока 14 деления, Выходной кодпоследнего суммируется оо оторопел сумматоре 17 с номером кванта (адреса), поступающего с логического блока 8, и передаетсянэ информационный вход блока 16 индигации.Таким образом, на выходе сумматора 17ормируется более точное значение иэме 168413ряемого сдвига фаэ в соответствии с алгоритмом, описываемое следующим выражением е адреса квантов ния смежные с моВ этом случае результат измерения серийно выпускаемого фазометра Ф 2-28, измеряющего среднее значение составляет 3 Р/ ; Р = 100 359 + 200 90 о1100 + 200 ( 0 О 0 + 1100 1200 + Погрешн ределим чере согласно алго1100 +ОСть изэ квад ритму вестного устроиства опатурные составляющие его работы; 4551 п= З,З (4)Т 1с,= - Хр, ( )К КПогрешность предлагаемого устройства можно определить, исходя иэ условия, что выражение(2) на выходе трехканального мультиплексора будет иметь вид:Ра = 1200(1) где а - адрес (номер) кванта анализатора распределения, соответствующий максимальному значению вероятности попада ния Ра;Ра, Ра+1 - С ОСЕдН И анализатора распределе дельным Ра,д = 360/К - размер кванта анализато ра распределения;К - число квантов анализатора распределения, на которое делится диапазон измерения сдвига фаз,Пусть при нулевом сдвиге фаз сигналов 20 в результате наложения на полезный сигнал флуктуационных и импульсных помех содержимое на выходах анализатора распределения после 3600 преобразований фазовый сдвиг-код за время измерения при няли следующие значения (фиг. 2) 1200 при 1=0 1100 при= 1 Р = 1100 при= 350 200 при= 90 (2) 300 при остальных 1,1 /1100 - 1100,(6)Сравнивая результаты (3) (4) и (6) можносделать вывод о существенном преимуще.стве предложенного цифрового фаэпметрав указанных условиях.Цифровой фазометр имеет повышенную точность при больших флуктуациях фаэсигналов и импульсных помехах,Реализация этого устройства расширяет сферу возможного применения цифрового фазометра, особенно в условиях мощныхимпульсных помех, что обеспечивает егоэкономическую эффективность.Предложенный цифровой фаэометр реализован в фазоиэмерительной системе наоснове микроЭВМ, используемой для измерения сдвигов фаэ сейсмических сигналов.Эта фазоизмерительная система сохраняетработоспособность в условиях резких флуктуаций фазы синала, при которых наиболеераспространенный современный цифровойфазометр, реалиэованныи с постоянным измерительным временем Ф 2-28, уже не работоспособен, а известное устройство имеетсущественную погрешностьФормула изобретенияЦифровой фазометр, содержагций преобразователь фазовый сдвиг-код, первыйинформационный вход которого подключенк источнику фазомодулированного сигнала,второй информационный вход подключен кисточнику опорного сигнала, тактовый яодего подключен к выходу генератора импульсов, последний через делитель частоты подключен к входу формирователя управляющихсигналов, выход преобразователя фазовыйсдвиг- код подключен к первому входу анализатора рапределения, второй вход последнего подключен к первому выходуформирователя управляющих сигналов, третий вход анализатора распределения черезблок деления на константу и преобразователь г 1 ериод-код подключен к источникуопорного сигнала, второй вход преобразователя период-код подключен к выходу генератора импульсов, второй выходформирователя управляющих сигналов подключен к управляющему входу блока индикации, о т л и ч а ю щ и й с я тем, чго. с цельюповышения точности измерения при больших импульсных помехах, в него введенылогический блок, трехканальный мультиплексор, три вычитателя, два сумматора,два умножителя и блок деления, причем квыходам анализатора распределения подключены информационные входы трехканального мультиплексора и логи ескооблока, управляющий вход последнего под1 СЯ 171 З Пу ключен к третьему выходу Формирователя управляющих сигналов, выход логического блока подключен к адресному входу трехканального мультиплексора, первый выход последнего подключен к отрицательным входам первосг и второго вычитателей. второй выход - к положительным входам второго и третьего вьчитателей, третий выход трехканального мультиплексора подключен к положительному входу первого и отрицательному входу третьего вычитателей, выходы второго и третьего вычита 1 елей через первый сумматор и второй умножигель под.кпючены к первому входу блока деления, сгсорой вход которого через первый умножи 1 епь подкпюче к выходу нерво, вычига 1 е ля, а другой вход первого умножисепяподключен к выходу блока деления на сонстанту, выход блока деления через второй сумматор подключен к информасСионному входу блока индикации, э друсой вход вто 10 рого сумматора подключен к выходу логического блока.