Цифровой фазометр

САНИ Е РЕТЕНИЯ ОП И ИЗОБ Союз Советских Социапиатииеских Республик(61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено Об 097 б (21) 2402475/18-21 Государственный комитет 51)М. К с присоединением заявки М 1 Н 250 23) Приоритет -Опубликовано 250579, Бюлле Дата опубликования описания(71) Заявитель 54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР к 1Изобретение относится к фазоизмерительной технике и может быть исполь" зовано при разработке цифровых Фазометров для широкого диапазона частот, в том числе дляинфранизкочастотного 5 диапазона;Известны Фазометры, содержащие . запоминающее устройство, кольцевые регистры сдвига, Фильтрй нижних частот, линию задержки, ключи, низко-10 частотный фазометр и низкочастотныйгенератор 11)Этим устройствам свойственна невысоая точность измерений в диапазонеизких и инфранизких частот, 15Наиболее близким по технйческой сущности к изобретению является цифровой Фаэометр, содержащий умножитель частоты, кольцевой регистр сдвига, две группы ключей, запоминающие 20 устройства, пересчетные схемы, Фильтры, индикатор нулевого фэового сдвига, генератор импульсов Г цифровое отсчетное устройсяво 2.С помощью Ключей, управляемых 25 импульсами регистра сдвига, на запо" минающих устройствах фиксируют ряд мгновенных значений сравниваемых напряжений, равномерно распределенных внутри их периода. С помощью других 30 ключей, управляемых пересчетными схемами, осуществляют последовательное циклическое считывание напряжений, фиксируемых на запоминающих устройствах. Фильтрации выделяют первые гармоники этихнапряжений и подают их на индикатор нулевого Фазового сдвига. Разность Фаз выходных напряжений пересчетных схем изменяют при помощи выходных сигналов индикатора нулевого Фазового сдвига. Изменение производят,внесением соответствующего временного сдвига моментов заполнения пересчетных схем. При синфазности входных напряжений индикатора нулевого сдвига значение измеряемого сдвига Фаэ определяется сдвигом фаэ напряжений пересчетных схем.Этот сдвиг индицируют при помощи цифрового отсчетного устройства, куда считывают код одной пересчетной схемы в момент заполнения другой.К недостаткам таких Фазометров относятся значительные погрешности, возникающие при подключении прибора к источникам исследуемых напряжений (в каждом канале к источнику сигналов параллельно подключены п-ключей), Ьбусловленных малым входчым импедан664120 3сом, а также наличие погрешностиизмерения, вызванной искажением формы выходных сигналов при их циклическом считывании с запоминающихустройств из-за неидентичности каналов схем запоминания и считываниякаждой выборки, а также ограничение частотного диапазона снизу засчет конечного времени хранения запомненных уровней мгновенных значений исследуемых напряжений.Целью изобретения является повыше ние точности измерений и расширениечастотного диапазона н сторону низких и инфранизких частот.Достигается это тем, что в цифровой фазометр, содержащий умножительчастоты, вход которого подключен кперной входной шине фаэометра, выходумножителя частоты подключен к входукольцевого регистра сдвига, два фильтра, ныходы которых подключены к нхо- ЫО " " Дам ййдйкатора"нулевого фазоного сдвига, выходы индикатора нулевого фазового сдвига подключены к первым входампересчетйых схем, к вторым входамкоторых подключены выходы генератора 25" имйуйъсов,первыМ выход первой йересчетной схемыподключен к третьемувходу второй пересчетной схемы, апервый выход второй пересчетной схемкою,подключен к входу цифрового индикаторного блока, введены группа элементов И,элемент ИЛИ,формирователь стро"бируЮщих импульсов, второй кольцевойрегистр сдвига, элемент совпадения,дна блока стробиронания, дйа аналого- З 5, цифровых и два цифроаналоговых преоб-разователя, дна буферных запоминающихустройства, причем входные шины фаэо" "метра подключены к первым входам бло 1- ков стробирования, вторые входы которых соединены с выходами формирователя стробирующих импульсов, выход первого блока стробированИя через после - довательно соединенные первые аналогоцифровой преобразователь, буферноезапоминающее устройство и цифроаналоговый преобразователь подключены кпервому фильтру, выход второго блокастробиронания через последовательносоединенные вторые аналого-цифровойпреобразователь, буферное запоминающее устройство и цифроаналоговыйпреобразователь подключены к входувторого фильтра, вторые вйходы аналого-цифровых преобразователей черезэлемент совпадения подключены к 55входам второго кольцевого регистрасдвига, выходы первогокольцевогорегистра сдвига подключены к первымвходам группы элементов И, выходывторого кольцевого регистра"сдвигаподключены к вторым входам группыэлементов И, выходы которых черезэлемент ИЛИ соединены с входом формироватедя стробирующих импульсов.На чертеже дана блок-схема предлагаемого фаэометра. 4Она содержит умножитель 1 частоты,кольцевые регистры сдвига 2,3, элементы И 4 -4 , элемент ИЛИ 5, фор-рователь .б стробирующего импульса,элемент совпадения 7, блоки стробиронания 8 и 8 , аналого-цифровыепреобразователи 9 и 9, буферныевапоминающие устройства 10 и 10со схемами адресами, цифроайалогоные преобразователи 11 и 11, фильтры 12 и 12 а, пересчетные схемы 134 и13, индикатор 14 нуленого фазовогосдвига, импульсный генератор 15 ицифровой индикатор 16.Цифровой фазометр работает следующим образом.Одно иэ входных напряжений поступает на вход умножителя 1 частоты,на выходе которого получают напряжение, умноженное по частоте по отношению к входному в и раз.Сигнал с выхода умножителя 1 частоты поступает на вход кольцевогорегистра сдвига 2, на выходах которого образуется последовательностьимпульсов с частотой входного (исследуемого) сигнала, сдвинутых Относительно друг друга на времяьт:где Тв- период входного сигнала;и - коэффициент умножения умножителя,Одна из этих последовательностейимпульсов через открытый элемент И(из группы элементов И 4- 4), элемент ИЛИ 5 и формирователь стробирующих импульсов б проходит на входыблоков стробиронания 8, 8 и фиксирует мгновенные значения, т.е. производит выборку напряжений входных сигналов, которые аналого-цифровымипреобразователями 9 и 9 преобразуются в код. Полученные коды мгновенныхзначений заносятся по одному и томуже адресу в каждом канале н. буферныезапоминающие устройства 101 и 10 .После окончания этой операции в обоихканалах на выходе элемента совпадения7 формируется импульс, поступающийна вход кольцевого регистра сдвига 3.На соответствующих выходах регистрасдвига 3 появляются управляющие. сигналы, которые открывают очередной изакрывают предыдущий элементы И (изгруппы элементов И 4( - 4 я). Теперьна вход блоков стробирования 8, 8через открытый элемент И, элементИЛИ 5 и формирователь б проходятимпульсы, смещенные во времени поотношению к предыдущим, и фиксируютмгновенные значения напряжений входных сигналов в момент, смещенный поотношению к предыдущемуна времяКТ+ 1 ат.,гдеК - О, 1, 2,;1, 2, 3, - порядковыйномер выборки.45 50формула изобретенияЦифровой фазометр, содержащий умножитель частоты, вход которого подключен к первой входной шине Фазометра,выход умножителя частоты подключен 55 к входу кольцевого регистра сдвига,два фильтра, выходы которых подключены ко входам индикатора нулевого фазового сдвига, выходы индикатора нулевого фазового сдвига подключены кпервым входам пересчетных схем, к вторым входам которых подключены выходыгенератора импульсов, первый выходпервой пересчетной схемы подключен ктретьему входу второй пересчетной схемы, а первый выход вторй пересчетной 65 схемы подключен к входу цифрового В дальнейшем цикл работы повторяется. Таким образом производитсядискретизация во времени и квантование по уровню исследуемых напряжений, а также запоминание кодов мгновенных значений напряжений в моментыдискретизации. 5Если сравниваемые напряжения имеютвидО = О э 1 и о +9)О О э 1 и изТОто на блоках стробирования 8, 8 в моменты времени КТ+ 1 ьТ фиксируютсясоответственно напряженияК 2 Я, 2 Я01О 81 и( - 1+ф) = ОБ 1 и ( - 1+);КЪЯ и . 2% 150= 0 э 1 и - 1 щ Онэ 1 и . 1,Я и ш икоды, пропорциональные которым, заносятся в буферные запоминающие устройства.Пересчетными: схемами 131, 132 осу"2ществляется последовательное циклическое считывание кодов мгновенных значений напряжений, хранящихся в буферныхзапоминающих устройствах 101, 10, иподача их на цифроаналоговые преобра-д 5зователи 111, 112, на выходе которыМформируются переменные непрерывныенапряжения.,Основные гармоники этихнапряжений, выделенные фильтрами 121и 122, равныгО = О - , -- э 1 и(Ю- - - +Ч )и в 1 ие,и ф Ф и и фгде Я - круговая частота выходныхнапряжений пересчетных схем35131, 13 Рр- начальные Фазы этих напрягжений,Разность фаз выходных напряженийпересчетных схем 13), 13 - М .(Ф 1- Уя40изменяют при помощи управляющих сигналов индикатора нулевого фазовогосдвига 14. Это изменение производится путем внесения соответствующеговременного сдвига моментов заполнения пересчетных схем.При достижении синфазности напряжеиий на входе индикатора 14 нулевогофазового сдвига выполняется равенство,(1 2=1т,е. значение измеряемого сдвига фазопределяется сдвигом фаз у напряжений пересчетных схем 131, 13, который индицируется цифровым отсчетным устройством 16 путем считываниякода пересчетной схемы 132 в моментпереполнения пересчетной схемы 134 .Разрешающая способность измеренияопределяется коэффициентом деления частоты К пересчетных схем 131,132, Разность фаз выходных напряжений этих схеь может принимать дискретные значения360щ Б,где Я - О, 1, 2 К91При выборе К а 36000 дискретность измерения сдвига фаэ напряжений пересчетных схем 131 и 13 , а, следовательно, и дискретность измерения сдвига фаз исследуемйх сигналов составляет 0,01 О.Сигналы управления схемами адресации буферных запоминающих устройств 101 и 102 , считывающие коды мгновенных значенийвходных напряжений,. Форюируются в моменты прохождения пере- счетными схемами 131 и 13 состоянийКд Таким образом, использование в каждом канале только одного стробирующего устройства и воэможность фик-. сации мгновенных значений исследуемых напряжений через несколько периодов входных сигналов существенно повышают входной импеданс Фазометра и значительно снижают погрешность, возникающую при подключении его к источникам сигналов. При этом, по сравнению с известным техническим решением отсутствует погрешность от неидентичности схем запоминания и считывания каждой выборки.Применение аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей и буферных запоминающих устройств позволяет неограниченно долго без потерь хранить информацию о мгновенных значениях исследуемых напряжений, что позволяет повысить точность измерений, производить запоминание и считывание информации о сигналах в разные моменты времени, а также нроиэводить измерения на низких, практически не ограниченных снизу, частотах.Использование изобретения позволяет создать высокоточный широкодиапазонный цифровой Фазометр на диапазон,частот от.единиц мегагерц до тысячных долей герца.Предложенный цифровой фазометр изготовлен и испытан в лабораторных условиях. Результаты испытаний подтверждают положительный эффект его применения.7 664120 8 индикатора, о т л и ч а ю щ и й с я стробирования через последовательно тем, что, с целью повышения точности. соединенные вторые аналого-цифровой измерений и расширения частотногб преобразователь, буферное запоминаюднапаэона в сторону нйзких и инфра- щее устройство и цифроаналоговый црениэких частот, в него введейы группа образователь подключены к входу втоэлементов И, элемент ИЛИ, формирова-рого фильтра, вторые выходы первого тель стробирующих импульсов, второй 5 и второго аналого-цифрового преобра кольцевой регистр сдвига, элемент эователей через элемент совпадения совпадения, введены два блока стро- подключены к входу второго кольцево 1 бирования, два аналого-цифровых и го регистра сдвига, выходы первого два цифроаналоговых преобразователя, сдвига подключены к первым входам два буферных запоминающих устройства 10 группы элементов И, выходы второго причем входные шины фазометра подклю- кольцевого регистра сдвига подключечены к первым входам блоков стробиро-ны к вторым входам группы элементов вания, вторые входы которых соединены И, выходы котоРых через элемент ИЛИ ,с выходом формирователя стробирующих соединены с входом формирователя импульсов, выход первого блока стро стробиРУющйх импульсов. бирования через .последовательно сое- Источники информации, принятые: диненные первые аналого-цифровой во внимание при экспертизе преобразователь, буферное запоминаю. Авторское свидетельство СССР щее устройство и цифроаналоговый пре- . 9371526, кл. С 01 Й 25/00, обраэователь подключены к входу пер-2. Авторское свидетельство СССР вого фильтра, выход второго блока 9472308, кл. С 01 й 25/00, 1973,Составитель Л.ПлетневаРедактор Е.Гончар ТехредИ.Асталош 1 , Корректор О.Билак Заказ 2 993/44 "Тираж" 1089 ЦНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, РаушсПодписнокомитета СССРи открытийая наб., д.4/5 ектная, 4 илизл ППП Патент, г.ужгород