Цифровой фазометр

385236 ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистицеских Республик. Кл, 6 01 г 25/06 оударственный комитетранта Министров СССРпо делам иэооретеннйн открытий 21.317.77 (088,8) Авторыизобретения М. Я, Минц, В. Н. Чиннов, М, В. Папаика, Е. Л, Рябченко В, П. Гапченко и В. А. КомиссаровЗаявител й ФАЗОМЕТ ЦИФ 27 т Ой где5- число точек - постоянный квантования,фазовый сдвиг, выби 2словия Р ( - .л,ний мгновенных значенийи У, (О)1, - ) составит емыи и Сумма пнапряжений изведе ( М) У =,ОтРи, -о) 2 второе слагаемое ращается в нуль, тогда У = п 1 соз (у - р) При кении оэтом вь зо в Известен цифровой фазометр, содержащий два множительных устройства, подключенных через реверсивные счетчики к цифровому логометру, и блок управления.Цель изобретения - повышение точности измерения сдвигов фаз основных гармоник исследуемых сигналов в диапазоне инфранизких частот,Предлагаемый фазометр отличается от известных тем, что в нем входы каждого из множительных устройств подключены к выхо дам двух преобразователей аналог - код, ревврсивные счетчики соединены поразрядно блоком переноса, а к выходу цифрового лото- метра подключен дискретный выключатель фазы.Пусть сигналы (допустим, два напряжения У(1), У,(Ц, между которыми измеряется фазовый сдвиг, изменяются по следующим законам: У(1) = К з 1 п (а 1+ 1),У,(т)=У з 1 п(юг+-9) ( )где % - измеряемый фазовый сдвиг;ф - начальная фаза,Преобразуем напряжение У(1) в точкахо 1; и напряжение У, (1) в точках (а 1; - р)в числовые эквиваленты, причем квантованиенапряжений осуществим равномерно по периоду, т. е.Р,(а 1) по уровню при двух значениях утла Р, например Ри Рь т, е. в точках (ф 1, - Р,) и (а, - РД, и умножения полученных вгновенных значений на мгновенные значения напряжения У(М) согласно выражениям (1) и (2) Если углы Р выбрать, как это сделано в7 Г М,Ц, равными Р =0 и Р= - , то 1 дср = =Лl,и р .= агс 1 д - .2 жПри выполнении условия= - ., =- (и Искомый фазовый сдвиг связан с углом Оследующим образом: На чертеже приведена блок-схема фазометра,В состав фазометра входят преобразователи аналог-код 1 и 2, блок управления 8, множительные устройства 4 и б, реверсивные (интегрирующие) счетчики б и 7, блок переноса 8; цифровой логометр 9, вычислитель фазы 10, состоящий из делителя частоты 11 с переменным коэффициентом деления, регистрирующего счетчика фазы 12 и коммутатора 18,Пусть на входы фааометра податны сигналы: на вход 1 - напряжение У(ц 1), а на вход О - напряжение У,(ц 1). Эти сигналы поступают одновременно на преобразователи аналог-код 1 и 2 и блок управления 3.Преобразователи 1 и 2 преобразуют мгно 5 венные значения исследуемых сигналов вцифровой код в точечках квантования ц 1 г и а 1;+ Р соответственно.Импульсные входы преобразователей, покоторым происходит их запуск, подключены 10 к выходам блока управления 8, задающегокак число точек, так и моменты преобразования. Выходы множительных устройств 4 и 5 подключены,ко входам реверсивных счетчиков б и 7. Последние поразрядно соединены 15 между собой блоком переноса 8, подключенык выходам блока управления 8, по которым поступают сигналы для задания режимов их работы (на суммирование или вычитание), и ко входам цифрового логометра 9, Выход ло гометра соединен с одним из выходов вычислителя фазы 10. Другой вход вычислителя фазы и импульсный вход блока переноса 8 подключены,к выходам блока управления 8.Работа фазометра заключается в следу ющем, Исследуемые сигналы У(ц 1) и У,(Й)поступают на вхбды преобразователей 1 и 2 и на блок управления 8. Блок управления формирует импульсы запуска преобразователей.зО Числовые эквиваленты мгновенных значений напрялсений У, (а;) и У (И; - Р),посту- лают на,множительное успройство 4, а мгновенных значений напряжений Ц (И;) и У,(1+Р) - на м(ножительное устройство 5. З 5 Импульсы с выходов множительных устройствзаписываются в реверсивные счетчики б и 7 соответственно с учетом, знаков произведений; при этом режим, работы счетчиков (суммирование или вычитание) задается блоком управ О ления 8. В результате сложения и произведе-.юий счетчики б и 7 фиксируют величины И и Л соответственно. На этом преобразование мгновенных значений исследуемых сигналов прекращается, а по сигналу с блока управ ления 8 на блок переноса 8 показания счетчиков б и 7 взаимно переносятся параллельным кодом. При этом показания в одном счетчике складываются, а в другом - вычитаются.Затем импульсы из счетчиков выводят и по 5 о дают на цифровой логомегр 9, где получаютф 2 ф + ф 2отношениеили9 ЮВычислитель фазы 10, на вход, которогопоступают ияпульсы с выхода цифрового логометра 9, реализует одно из этих отношений.Вьчисление фазы основано на кусочно-линейно аппроксимации функции 1 дй. Количество линейных участков аппроксимации и их угловые коэффициенты определяются максимальной погрешностью аппроксимации ( а)тахгде Й - угловой коэффициент линейных участков аппроысимацни;9 - значение аргумента,в узле аипроксимации,Отметим, что функция тангенса достаточно линейна в пределах от 0 до 45, а затем линейность сильно ухудшается и для ее аппроксимации в пределах от 45 до 90 с погрешностью (Лйа)потребовалось бы значительно больше участкгов. Кроме того, в точке О =90 и близких к ней возникает неонределенность. Поэтому целесообразно 1 д 6 при 45 ( 6 ( 90 заменить функцией1 о а=-1 д (90 - О) = с 1 д О.Топда а = 90 - Эили6 = 90 - а.Это обстоятельство учитывается в предлагаемом фазометре следующим образом. Если7(и) ( - , то,показания счетчика 7 переносятся в счетчик б на вычитание, а показания счетчика б в счетчик 7,на сложение и логометром 9 вычисляется 1 дО. Если же )4) 4, по,казания переносятся так: в счетчикик б - на сложение, в счетчик 7 - на вьдчитание.Таким образом в обоих случаях вычисляется функция танпенса, заданная в числовой форме, путем сраанения ее с эталонной мерой 1 дО, которая соответствует при линейном цриблииении определенному значению аргумента 46. Наиболее удобным оказалось воспроизведение эталоиной меры с помощью делителя частоты. Величина,коэффициента деления ду делителя частоты на каждом из участков определяется допустимой потрешностью дискретности ЛЙ и вьдбирается из условия:, - 6Коэффициент деления д в узлах аппрокеимации должен изменяться автоматически.При вычислении фазы в,предлатаемом фазометре импульсы с выхода цифрового лого- метра 9 поступапот,на вход делителя частоты 11 с переменным коэффициентом деления и дальше на счетчик фазы 12. Коэффициенты деления делителя 11 изменяются счетчиком 12 через коммутатор 13. Для вычисления фазы с погрешяостью аппроксимации 30 достаточно взять три участка, а с погрешностью10 - семь участков. Прддближенное значениефазы, найденное с помощью вычислителя 10,определяется выражением: где 1 д 6 и И - приближенные значвния функции и аргугмента при линедтной аппрокснмации. ТПри этом если )ф ( - , то 6 =У, - У,г20 Следовательно, во втором случае 1 прир ) - в счетчик фазы 12 неооходимо4ввести на,вычитание число, равное 90, чтоосуществляется блоком управления 3.Если фазовый сданг находится,в пределах т Зтс- ( ( - , импульс с блэка управления 32 2Зовводит,в счетчик 12 на вычитание число, соответствующее 180.7 Г 57При ---( - ,показания счетчика фазы2 2з 5 пропорционалвны абсолютной величинефазовото сдвига , а знак фазового сдвагаопределяется блоком управления 3,40 П р ед м ет,из об р е те н ия Цифровой фазометр, содержащий два множительных устройстваподклпоченных через реверсивные счетчики к цифровому логомет ру, и блок управления, отличающийся тем,что, с целью повьдшения точности измерения сдвигов фаз ооновяых гармоник исследуемых сигналов в диаптазоне инфранизких частот, в него введены два преобразователя аяалог - код, блок переноса кода реверсивяых счетчиков и дискретный вычислитель фазы, причем выходы преобразователей аналог - код подключены ко входам множительных устройств, реверсивные счетчики соедииены поразрядно блоком переноса, а к выходу цифрового лого- метра подключен дискретный вычислительфазы.аказ 509/1555ЦНИИПИ ПодписСССР ип, Харьк. фил, пред. Патент Изд,651осударственного коми по велам изобрете Москва, Ж-З 5, Рауш Тираж 755ета Совета Мининий и открытийкая наб., д, 4(5