Цифровой фазометр

кл ЗОМЕТ ИФРОВО 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ ОПИСАНИЕ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(57) Изобретение относится к фазоизмерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измеренияфазового сдвига. Цифровой фазометрсодержит два канала 6 и 7, каждыйиэ которых включает блок 13 стробирования, аналого-цифровой преобразователь 15, блок 16 оперативной памяти, цифроаналоговые преобразователи17 и фильтр 18 нижних частот. Устройство также содержит генератор 2 пилообразного напряжения, цифроаналоговый преобразователь 3, компаратор4, блок 5 распределения и формирования импульсов делитель 9,нуль-индикатор 10, меру 11 фазовых сдвигови цифровой индикатор 12. В каждыйканал 6 и 7 введен накапливающийсумматор 14. Кроме того, в устройство введены формирователь 1 и блок8 совпадений. Это позволяет получитьработу устройства при соотношениисигнал/шум около 3 дБ, В 510 разснижено влияние аддитивных шумов ифлуктуационных помех, Наблюдаетсяне менее, чем десятикратное улучшение чувствительности и точностиф 2-16 и ф 2-1 и др. 2 ил.90197 2а) смесь Ч, полезного. сигнала ипомехи в опорном канале;б) смесь Чполезного сигнала и помехи в измерительном канале; в) преобразованныйсигнал Ч, ( й С) на выходе накопителя опорного канала амплитудой и . Ч,;г) преобразованный сигнал Ч ( С)на выходе накопителя измерительногоканала амплитудой п Ч ; шаг 4 1стробирования.На фиг; 2 масштаб средней частидиаграммы условно увеличен в 5 раз.Устройство работает следующимобразом.Один из входных сигналов Ч, поступает на формирователь 1, послекоторого прямоугольные импульсы поступают одновременно на входы генератора 2 пилообразного напряжения иделителя 9 частоты. Выходное напряжение вспомогательного цифроаналогового преобразователя 3, соответствующее коду старших разрядов делителя 9, сравнивается в компараторе 4 с пилообразным напряжением и вмомент их совпадения вырабатываются,строб-импульсы, производящие дискретиэацию входных напряжений в блоках 13.30Строб-импульсы следуют 1 раз впериод входного сигнала Тс1= Т(1 + - ), где Т- периодвходного сигнала; К - число выделя емых выборок входного сигнала.12 Фаэометр содержит формирователь 1, генератор 2 пилообразного напряжения, вспомогательный цифроаналоговый преобразователь 3, компаратор 4, блок 5 распределения и формирования импульсов, два идентичных канала 6 и 7, блок 8 совпадения, делитель 9, нуль-индикатор 10, меру 11 Фазовых сдвигов, цифровой индикатор 12.Каждый канал выполнен в виде последовательно соединенных блока 13 стробирования, накапливающего сумматора 14, аналого-цифрового преобразователя 15, блока 16 оперативной памяти, цифроаналогового преобразователя 17 и фильтра 18 нижних частот. Входные клеммы фазометра подсоедийены к первым входам блоков 13 стробирования, причем первая входная клемма подключена также к последовательно соединенным формирователю 1, генератору 2 пилообразного напряжения, компаратору 4 и блоку 5 распределения и формирования импульсов, выходы которого соединены с вторыми входами блоков стробирования, вторые входы аналого-цифровых преобразователей соединены с входами блока совпадения, выход которого, соединен с вторыми входами накапливающего сумматора и управляющим входом делителя, фильтры нижних частот соединены со входами нуль-индикатора, подключенного своим выходом через меру 11 фазовых сдвигов к входу цифрового индикатора 12, второй выход меры соединен с вторыми входами блока оперативной памяти, второй вход делителя подключен к выходу формирователя 1, а его выход - к вспомогательному, цифроаналоговому преобразователю 3.На временных диаграммах (фиг. 2) приняты следующие обозначения: Изобретение относится к фаэоиэмерительной технике и может быть использовано при создании высокочастотных фазоиэмерителей для широкого диапазона частот, работающих в условиях помех.Цель изобретения " повышение точности измерения фазового сдвига путем уменьшения погрешности, вызванной влиянием шумов.На фиг, 1 представлена структурная схема цифрового фазоизмерителя; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства. После фиксации и накопления иравноотстоящих выборок входного сигкала, соответствующих 1 порядково му номеру строб-импульса старшиеразряды делителя 9 изменяют своесостояние, переходя к стробированию+ 1 номера. Величина и выбирается из условия готовности АЦП произ водить преобразование (путем предустановки младших разрядов делителяв заданное число) и должна удовлетворять условию пТ3 Т,где Твремя преобразования АЦП. 50Рассматривается работа Фазометрадля гармонических напряжений. 0эи ц ; П = О, ахи ( ы Е ++ Ц ), когда блоками 13 в моменты 55появления х-о строб-импульса эафиксируются соответственно выборки 2 Т з.П, -ц, вв1 тд К+ где 1 = О, 1, 2 К- порядковый номер строб-импульсов. Каждое значение выборки, соответствующее определенному 1-у значению номера выборки, многократно накапливается нарастающим итогом на накапливающем сумматоре 14Число накопления зависит от коэффициента деления делителя 9. Накопленные значения поступают на входы АЦП преобразователей 15 и далее в виде кодов на входы блока 16 оперативной памяти.Кодовыми сигналами адреса, вырабатываемыми мерой 11, осуществляется последовательное считывание этих кодов и подача их через ЦАП 17, на выходе которых формируются переменные напряжения частотой й Основные гармоники этих напряжений, выделенные фильтрами 18, равны- круговая частотасигналов меры фазовых сдвигов;(т)- начальнын фазытэтих напряжений;и - число накопленныхвыборок.Разность фаз Ч 7 = с - Чг вы ходных напряжений меры 11 изменяется с помощью управляющих сигналов нуль- индикатора 10. При достижении синфазности напряжений на входах нуль-индикатора выполняется равенство р = Р в этот момент измеряемый фазовый сдвиг индицируется цифровым индикатором 12. Накапливающие сумматоры 14 выполняют отработку сигнала в .промежутки времени, когда АЦП не го 55 товы производить измерение.Рассматривается процесс уменьшения влияния шумов на устройство, выполненное по такой структурной.схеме. Входные напряжения фазометрапредставлены в виде аддитивной смесиполезного сигнала и шума т.е. случайных во времени функций Ц( =Ч, +ЧскЧга чгде Чи Ч, - регулярные сигналы;Ч, и Ч- помехи в каналах.Мгновенные значения сигналов с) иБг многократно фиксируются внутриинтервала накопления для каждой 1-йточки периода, а отсчеты накапливаются п- (ч,(с,) + ч(с,) 1=1 гдеТ1.В)(К ч Т- период входного сигнала;К - число точек на периоде; = О, 1, 2К; Для независимых отсчетов можнозаписать:129 Е ч ,),и Ч, (С)1ЧИ,)1=1 игде ПЧ(С 1) . Ч (е, ) - диспергсии по 25 30 мех в ц,. Б и Ч (С ) + 3=1 Как известно, отношение мощностей сигнала и помехи на выходах /1 иимеет вид; и Ч (г )гигФИ,) каналах.Вследствие принятого допущения о независимости отсчетов и в виду стационарности помех в каналах можно считать эквивалентным усреднение по ансамблю и по времени, а отношение сигнал/шум на выходе накапливающих сумматоров имеет вид 0197 6снизить погрешность фазометра при воздействии шумов. Так, при использовании делителя с коэффициентом деления 100 (и=100) коэффициент пере . дачи накапливающего сумматора дляполезного сигнала практически на порядок превышает его значение сигнала помехи, что позволяет на порядок повысить точность измерения фазового 10 сдвига (до значений О, 1 - О,2 )Изменение коэффициента синхронногонакопления путем регулирования коэффициента деления счетчика (например, путем предустановки заданного числа) 15 позволяет оптимально согласоватьшкалу АЦП с динамическим даипазоном входных преобразуемых напряжений и устранить фазоамплитудную погрешность фазометра.20 Как.известно, точность фазовых навигационных систем в основном определяется точностью применяемых в них фазоизмерителей, которая в свою очередь, ограничена погрешностью возникающей от влияния аддитивных шумов и флуктуационных помех. Указанные составляющие могут быть значительно снижены (в 5-10 раз) использованием предлагаемого устройства.1 Формула изобретенияЧ (,и111 входУ г 1 вход Таким образом, применение п устройств синхронного накоплени местного использования накапли сумматоров и делителя) значите улучшает соотношение синал/шум входе АЦП, что позволяет значи стых сов ающ н льно Ч, (е;)г 1 е Э 1.Ч г (1 )1В тоже время отношение сигнал/шум для взводных сигналов фазометра имеет вид5 вторыми входами блоков стробирования,а также делитель, который через вспомогательный цифроаналоговый преобразователь соединен с вторым входом компаратора, о т л и ч а ю -35 40 45 50 Цифровой фазометр, содержащий два идентичных канала, каждый из которых содержит блок стробирования, первые входы которых являются входными клеммами фазометра, и последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, блок оперативной памяти, цифроаналоговый преобразователь и фильтр нижних частот, выходы фильтров нижних частот соединены с входами нуль-индикатора, выход которого через меру фазовых сдвигов подсоединен к входу цифрового индикатора выходы меры фазовых сдвигов соединены с вторыми входами блока оперативной памяти, последовательно соединенные генератор пилообразного напряжения, компаратор и блок распределения и формирования импульсов,.выходы которого соединены с1290197 оставитель 1 О.Макаревичехред А.Кравчукс орректор С.Черни едактор С.Лисин Заказ 7895 751 Подписивенного комитета СССРетений и открытий(-35, Раущская наб., д. 4/ Тираж ВНИИПИ ГосудаРс по. делам изоб 13035, Москва,о-полиграфиче роектная, 4 предприятие, г. Уж зводс щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения путем уменьшения погрешности, вызванной влиянием шумов, введены формирователь, блок совпадения и в каждом канале накапливающие сумматоры, первые входы которых соединены с выходами соответствующих блоков стробирования,а вторые входы - подсоединены к выходу блока совпадения и управляющемувходу делителя, второй вход которого соединен с выходом формирователявход которого соединен с первой клеммой фазометра, а входы блока совпадения подсоединены к вторым выходаманалого-цифровых преобразователей.