Фазометр

(50 4 С 01 К 25/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Институт электродини Киевский политехническтут им, 50-летия Великойсоциалистической революци(57) Изобрет измерительно использовано точного полн ение относится к Фазой технике.и может быть мики АН УСй инстиОктябрьско для создостью авт я высоко тическог зомет циФрового фа ческого и ча Целью изобре ние точности ти на основе оких тотного д ения явля измерения использов апа онов.повышедежносрипник ется и на ния микро ИОАНЙЕ ИЗОБРЕ".-ЧИЯВТОРИЧНОМУ ОБИДЕ П:ЛЬГГВУ298685 процессорной техники, Устройство содержит в каждом из двух преобразовательных каналов входные Формирователи, смесители 5 и 6, перестраиваемый гетеродин 7, Фильтры 38 и 39, формирователи 13 и 12 коротких импульсов, триггеры 14 и 15 и, кроме того, элемент 16 сбвпадения, счетчик 17 импульсов, блок 40 управленияцифровой индикатор 19, коммутатор 22. Для достижения цели в устройство введены частотный детектор 24, .амплитудные ограничите" ли 23 и 29, усилитель 25 высокой Изобретение относится к Фазоизмерительной технике и может быть использовано для создания. высокоточного полностью автоматического цифрового фазометра широкого динамического и частотного диапазонов.Цель изобретения - повьппение точности измерения и надежности на основе использования микропроцессорной техники, ЮНа чертеже представлена структурная схема Фазометра.Фазометр содержит в каждом преобразовательном канале последовательно соединенные входные аттенюаторы 15 1 и 2, усилители 3 и 4 высокой частоты, смесители 5 и б, вторые входы которых подключены к перестраиваемому гетеродину 7, усилители 8 и 9 про-, межуточной частоты, настроенные на 20 опорную частоту, Фазовращатели 10 и 11, формирователи 12 и 13 коротких импульсов, триггеры 14 и 15, под" ключенные к первому и второму входам элемента 16 совпадения, выход которо го соединен с последовательно соединеннымн счетчиками 17 импульсов, микропроцессорной системой 18, включающей микропроцессор, интерфейс ввода- вывода, оперативное и постоянное за поминающие устройства, и цифровым индикатором 19, соединенные между собой генератор 20 тактовых импульсов, подключенный к управляющему входу1 микропроцессорной системы и входу де- З 5 лителя 21 опорной частоты, трехканаль частоты, смеситель 26, усилитель 27промежуточной частоты, формирователь 31 коротких импульсов, триггер 32 и образованы новые функциональные связи, Цель достигается,за счет коррекции аддитивной фазочастотной и фаэоамплитудной составляющих без прерывания процессаизмерения. Автоматическое уравнивание амплитуд смешиваемых сигналовуменьшает мультипликативную составляющую погрешности измерения иэ-замежканальной связи сигналов черезобщий гетеродин. 4 э.п, Ф-лы, 1 ил. 2ный двухпозиционный коммутатор 22, входы первого канала которого соединены с выходом делителя 21 и выходом триггера 15 преобразовательного канала, выход соединен через первый амплитудный ограничитель 23 с входом частотного детектора 24, входы второго канала соединены с выходами ат" тенюаторов 1 и 2, выход соединен через последовательно соединенные усилитель 25 высокой частоты, смеси- тель 26, второй вход которого подключен к перестраиваемому гетеродину 7, и усилитель 27 промежуточной частоты с входом амплитудного детек" тора 28, входы третьего канала соединены с выходами триггеров 14 и 15 преобразовательных каналов, выход соединен через второй амплитудный ограничитель 29 с входом Фазового детектора 30, второй вход которого соединен с выходом усилителя 27 промежуточной частоты через последовательно соединенные формирователь 31 коротких импульсов и триггер 32, выходы детекторов 24, 28 и 30 соединены с входами трехпоэиционного коммутатора 33, выход которого че" рез аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 34 соединен с ниной данных микропроцессорной системы 18 через интерфейс ввода, трехканальный цифроаналоговый преобразователь (13 П) 35, подключенный к шине данных микропроцессорной системы 18 через интерфейс вывода, первый канал которо"го соединен с управляющим входомперестраиваемого гетеродина 7, вто-рой - с управляющим входом аттенюатора 1, третий - с управляющим входом фазовращателя 10, при этом управляющие входы счетчика 17 импульсов, цифрового индикатора 19, АЦП34 и ЦАП 35 подключены к шине управления микропроцессорной системы 18через интерфейс ввода-вывода.Входнье аттенюаторы 1 и 2 и усилители 3 и 4 высокой частоты входятво вхоцные Формирователи 36 и 37,Усилители 8 и 9 промежуточной частоты и фаэовращатели 1 О и 11 входят в 15фильтры 38 и 39. Микропроцессорнаясистема 18, генератор 20 тактовыхимпульсов, делитель 21 опорной частоты, АЦП 34 и ЦАП 35 входят н блок40 управления. 20Фаэометр работает следующим образом,Сигналы входной частоты Г с фазовым сдвигом ц поступают через входные аттенюаторы 1 и 2, усилители 3 и 254 высокой частоты на смесители 5 и6, на вторые входы которых поступаетсигнал частоты Г перестраиваемогогетеродина 7. Из смешанных сигналовизбирательными усилителями 8 и 9 промежуточной частоты выделяются сиг- .налы разностной частоты Г =Г, =Гкоторые сдвигаются по фазе фазовращателями 1 О и 11 и поступают на формирователи 12 и 13, которые формируюткороткае импульсы, соответствующиепереходам через нуль низкочастотныхсигналов частоты Г . Выходные напряжения триггеров 14 и 15, переключаемых короткими импульсами, воздействуют на первый и второй входы элемента 16 совпадения, формируя временной интервал ь 1 пропорциональныйсумме измеряемого фазового сдвига .р и фазовых сдвигов, вносимых преобразовательными каналами фазометра и фаэовращателями 10 и 1, На третий вход элемента 16 совпадения поступают импульсы с частотой У. от генератора 20 тактсвых импульсов, управляющие работой микропроцессорнойсистемы 18 и одновременно заполняющие временной интервал ье, . К четвертому входу элемента 16 подводится вырабатываемый внутри микропроцессорной системы 18 стробирующийимпульс, представляющий собой временные ворота длительностью д СЬС,и определяющий время усреднения измеряемого фазового сдвига. Заполняющие эти временные ворота пачки импульсов тактовой частоты Г подсчитываются счетчиком 17,.в котором формируется соответствующий код, По команде микропроцессора этот код по шине данных поступает в микропроцессорную систему 18, в памяти которой как константа хранится число пачек импульсов за время усреднения, Вычисленное среднее значение фазового сдвига по команде микропроцессора передается на цифровой индикатор 19.Параллельно с выхода генератора 20 импульсы тактовой частоты Г возбуждают делитель 21 опорной частоты, выходное напряжение которого. поступает на один из входов первого канала днухпоэиционного коммутатора 22 (нижний канал коммутатора по чертежу), На другой вход канала коммутатора поступает напряжение промежуточнойчастоты с выхода триггера 15 канала фазометра. Коэффициент деления частоты 1 делителя 21 ныбирается равным З,б 10 , где п=1,2,3, н зависимости от дискретности измерения Фазового сдвига за один период сигналов промежуточной частоть Последняя выбирается равной опорной частоте й делителя 21 (1=11 -Г = =У. 1; =Г 1, В этом случае число им" пульсов н каждой пачке на выходе элемента 16 пропорционально значению Фазового сдвига в градусах, а число пачек ц за время усреднения дг- И=де Е =Ю Г =1:) является постоянным числом.Напряжение опорной частоты Г че 4 рез коммутатор 22 и амплитудный ограничитель 23поступает на частот" ный детектор 24, с помощью которого преобразуется в постоянное напряжение пропорциональное частоте Г 4 . Это напряжение через коммутатор 33 поступает на АЦП 34, где преобраэу" ется в цифровой код., По команде микропроцессора код АЦП 34 через интерфейс ввода по шине данных поступает в систему 18, где запоминается.При переключении коммутатора 22 на выходе частотного детектора 24 формируется напряжение, пропорциональное промежуточной частоте ГЗ, которое преобразуется АЦП 34 н код. Получаемый на выходе АЦП код вводится в микропроцессор и сравнивается с хранимым в памяти системы 18 кодом, соответствующим частоте Г 4, 1298685Вычисленная разность кодов характеризующая разность опорной и промежуточной частот Г 4 -г , подается через интерфейс вывода на входы ЦАП 35. Напряжение, образующееся на выходе первого канала ЦАП 35 изменяет, например с помощью варикапа частоту гетеродина 7 Г в направлении уменьшения разности с.равниваемык частот Г =Й, -Г и Г . Выполнение этой подпрограммы путем многократного сравнения кодов частот г и Г позволяет автоматически поддерживать равенство промежуточной частоты Й и опорной Г при изменении частати входных сигналов Г, или гетеродина 1На входы второго канала коммутатора 22 поступают выходные сигналы аттенюаторов 1 и 2, Эти сигналы поочередно усиливаются усилителем 25 высокой частоты, смешиваются с сигналом перестраиваемаго гетерадина 7 в смесителе 26, усиливаются по раз-, костной частоте усилителем 27 промежуточной частоты и выпрямляются амплитудным детектором 28, Выходные напряжекия детектора 28 через камм" .- татор 33 поступают на АЦП 34, где преобразуются в коды.В соответствии с второй подпрограммой, аналогичной первой, разность коцов, формируемая микропрсцессорной системой 18, созцает на выходе второго канала ЦАП 35 управляющее напряжение, которое изменяет затухание аттенюатора 1 до уравнива" ния амплитуд сигналов на входах усилителей 3 и 4, На входы третьегс канала коммутатора 22 поступают вы- ходные напряжения триггеров 14 и 15 каналов фазометра, которые поочеред" но уравниваются по амплитудам ограничителем 29 и воздействуют на вход фазового детектора 30, на второйвход которого поступает сигнал промежуточной частоты с выхода усипителя 27 через формирователь 31 коротких импульсов и триггер 32. Выходные напряжения фазового детектора 30 пропорциональны разности фазовых сдвигов преабраэовательныхканалов фазометра и опорного канала(25-27, 31 и 32). Эти напряжения через коммутатор 33 поочередно поступают на АЦП 34 в котором кодируются. На выходе третьего канала ,ЦАП 35 н соответствии с третьей подпрограммой формируется управляющее напряжение, изменяющее фазовыйсдвиг, вносимый фазовращателем 10,Фазовый сдвиг, вносимый этим фазовращателем уравнивает фазовые сдвиги, вносимые преобразовательными каналами фаэометра (3, 5, 8, 10, 12.14 и 4, 6, 9, 1, 13, 15),Коммутаторы 22 и 23 управляютсякомандами микропроцессора от шинысг,.управления, При этом в каждом изтрех положений коммутатора 33 выполняется соответствующая подпрограмма регулировки корректирующих элементов схемы (7, 1 и 10). Переменные аттенюатор 2 и фазовращатель 115используются при начальной регулировке режимных параметров в одном изканалов фазаметра,Таким образам., в рез: ьтате самаЖнастроики преабраэават:лн;.й .астисхемы фазометр- с помощью ми .ропропессорной системы =Оматтлчески пац",церживается равенсп.о прсяежуточнайчастоты опорной, задаваемой тактаа вой частотой микропроцессора, уравниваются амплитуды входных сигналови выравниваются фаэовь:е сдвиги, выносимые преобразователь-ыми каналами,в .рацессе непрерывгых измерений фазового сдвига.Поставленная цепь достигнута зас.чет коррекции аддлтивнай фазочастотнай и фаэоамплитуднай состав, яющих погрешности без прерывания3;, процесса измерения: Автоматическоеуравнивание амплитуд смешиваемых сигналов уменьшает мультипликативнуюсоставляющую погрешности измеренияиз -за межканальной связи сигналов40 через общий гетеропин, Ксдиравание,обработка результатов измерений икоррекция погрешностей преобразовательных каналов с помощьк микропрОцессорной системы павьшает надежность45 самонастраивающегося фазометра.Формула изобретения1, Фазометр, содержащий в каждом 50 из двух преобразовательных каналовпоследовательно соединенные входныеформирователи,смесители вторые входы которык подключены к герестраиваемаму гетерадину, фильтры формира ватели коротких импульсан, триггеры,выкодами подключенные состветственнок первому и второму входам элементасовпадения, выход которого соединенс последовательно :.аединенными счет1298 б 85 7чиком импульсов, блоком управления и цифровым индикатором, а также коммутаторы, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повыщения точности измерения и надежности, в него введе ны частотный, амплитудный и фазовый детекторы, амплитудные ограничители и дополнительные усилитель высс" ой частоты, смеситель, усилитель промежуточной частоты, формирователь ко ротких импульсов и триггер, выход первого- амплитудного ограничителя соединен с входом частотного детектора, выход усилителя высокой частоты соединен через последовательно 15 соединенные смеситель, второй вход которого соединен с выходом перестраиваемого гетеродина, усилитель промежуточной частоты с входами амплитудного детектора и формирователя 2 О коротких импульсов, выход последнего через триггер соединен с входом фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом второго ам" плитудного ограничителя. 252. Фаэометр по п, 1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что входные формирователи состоят из последовательно соединенных входных аттенюаторов, входами соединенных с входа- ЗО ми преобразовательных каналов, и усилителей высокой частоты, выходами соединенных с входами смесителей,3, фазометр по п, 1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что фильтры преобразовательных каналов состоят из последовательно соединенных усилителей-промежуточной частоты, входами соединенных с выходами смесителей, и Фаэовращателей, выходами сое" диненных с входами Формирователей коротких импульсов.4, Фаэометр по п. 1, о т л и ч а- ю щ и й с я тем, что коммутаторы выполнены один трехканальным двухпо эиционным, а другой - трехпазиционным, причем один вход первого канала трехканального двухпозиционного ком" мутатора соединен с выходом триггера преобразовательного канала, а выход - с входом первого амплитудного ограничителя, входы второго канала коммутатора соединены соответственно с выходами аттенюаторов входных формирователей, а выход - с входом дополнительного усилителя высокой частоты, входы третьего каналакоммутатора соединены соответственно с выходами триггеров преобразовательных каналов, а выход - с входомвторого амплитудного ограничителя,входы трехпозиционного коммутаторасоединены соответственно с выходамичастотного, амплитудного и фазового детекторов.5, Фазометр по п, 1, о т л и -ч а ющ и й с я тем, что блок управления состоит иэ микропроцессорной системы, генератора тактовыхимпульсов, делителя опорной частоты, аналого-цифрового преобразователя и цифроаналогового преобразователя, причем тактовый вход микропроцессорной системы соединен с выходом генератора тактовых импульсов, входом делителя опорной частоты и третьим входом элемента совпадения, другой вход соединен с выходом счетчика, а третий вход - саналого-цифровым преобразователем,первый выход соединен с входом цифрового индикатора, а второй - с входом цифроаналогового преобразователя, управляющие выходы микропроцессорной системы соединены соответственно с управляющими входамицифрового индикатора, цифроаналогового преобразователя, трехканального двухпозиционного коммутатора,трехпозиционного коммутатора, счетчика, аналого-цифрового преобразователя и четвертым вхоцом элементасовпадения выход делителя опорнойчастоты соединен с соответствующимвходом первого канала трехканального двухпозиционного коммутатора,выходы цифроаналогового преобразователя соединены с соответствующими управляющими входами аттенюатора входного формирователя, фазовращателя, фильтра одного преобразовательного канала и с управляющим входом перестранваемого гетеродина, вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом трехпоэиционного коммутатора. 35 ВНИИПИ Заказ 885/48 Тираж 731 Подписное Произв.-полигр, пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4