Цифровой фазометр

ОЛ ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ц 987534 Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(61) Дополнительное к авт. свид-ву Нф уб уббйОпубликовано 0 у,01. 83,бюллетень Лтв дедам кэабретедкк и еткрцтий.77(088.8) Дата опубликования описания 07.01, 83 тС.П.Панько и И,К.Чмыхс, , УтФтКрасноярский политехнический институт(54) ЦИфрО 8 ОЙ фАЗОИЕ и 1Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при измерении сдвига фаз между двумя гармоническими сигналами,один из которых искажен шумами, а также гармоническими составляющими.По основному авт.св. И 76766 тизвестен цифровой фазометр, содержащий последовательно соединенные стробоскопический и аналого-цифровой преобразователи, .синхронизирующий блок, запоминающий блок, два перемножителя подключенные к запоминающему блоку и через сумматоры с накопителями - к вычислителю функции агсйд х/у, сумматорподключенный в аналого- цифровому преобразователю и синхронизирующему блоку, последовательно соединенные блок регистров и блок управления регистрами, который подключен к синхронизирующему блоку, причем выход блока регистров соединен с перемножителями и сумма"тором, а выходы синхронизирующегоблока подключены к стробоскопическому и аналого-цифровому преобразо"вателям и запоминающему блоку, выходсумматора соединен с блоком регист:ров ( 1 1.Недостаток известного фазометрасостоит в низкой точности измерения. то Если Отп Ь 1 и (Ф т%к )входной сигнал, ашаг квантованияопо уровню квант аналого-цифровогопреобразователя (АЦП ), то приОтяработоспособность измерителя 15 становится невозможной в связи сбольшой погрешностью дискретизациипо уровню. Причина этого в том, чтоаналого-цифровое преобразование. осуществляется синхронизированным по 2 о уровню.АЦП. Это значитчто при отсутствии внешних аддитивных шумовкоды, снимаемые с АЦП в одноименныхточках всех периодов, будут одинако.3 98753 выми. Таким образом, для этой ситуации, усреднение по ансамблю теряет смысл и высокая точность измерения не может быть обесйечена 2 .Цель изобретения - повышение точности измерения.Поставленная цель достигается тем, что в цифровой фазометр, содержащий последовательно соединенные первый стробоскопический и аналого-цифровой 10 преобразователи, синхронизирующий блок, запоминающий блок, два перемно жителя, подключенные к запоминающему блоку и через сумматоры с накопителями - к вычислителю функции агсс 1 х/у, сумматор, подключенный к аналого-циФровому преобразователю и синхронизирующему блоку, последовательно соединенные блок регистров и блок управления регистрами, подклю о ченный к синхронизирующему блоку, причем выход блока регистров соединен с перемножителями и сумматором, входс выходом сумматора, а выходы синхронизирующего блока подключены к пер з вому стробоскопическому, аналого-циф. ровому преобразователям и.запоминаю-. цему блоку, введены последовательно соединенные генератор шума и второй стробоскопический преобразователь, ЗО выходом соединенный с первым входом первого стробоскопического преобразователя, и линия задержки, выходом соединенная со вторым входом второго стробоскопического преобразователя, а входом - со вторым входом первого стробоскопического преобразователя.В основе работы устройства лежит принцип усреднения результатов преобразователей одного и того же мгновенного значения входного сигнала ( в различных периодахв цифровой код. При этом необходимо обеспечить на входе преобразователя аддитивную смесь преобразующего напряжения и шума с определенными характеристиками.Тогда дисперсия погрешности) " шаг квантования по уров 5оню;К - номер интервала квантования. Ц фКак видно из выражения для З, при фиксированныхи и Цо с ростом дйсперсии шума первое слагаемое увеличивается, а последнее - уменьшается. Таким образом, фракция имеет минимум. Достижение этого минимума обеспечивается при вполне определенном- соотношении Ш/" о Таким образом, одним из путей умен.шения погрешности преобразования напряжения в цифровой код является перевод АЦП в режим несинхронного преобразования с небольшойв пределахОо ) дисперсией2 ,На фиг,1 приведена структурнаясхема цифрового Фазометра; на Фиг.2 эпюры напряжений.Устройство состоит из генератора1 шума, стробоскопических преобразователей 2 и 3, линии ч задержки,аналого-цифрового преобразователя 5,соединенного с сумматором 6, который подключен к блоку 7 регистров.Блок 7 регистров через перемножители 8 и 9 соединен с сумматорами10 и 11 с накопителями, которые, всвою очередь, подключены к вычислителю 12 функции агсйд х/у, Синхронизирующий блок 13 соединен с первымстробоскопическим преобразователем3, аналого-цифровым преобразовтелем5, сумматором 6, линией й задернки,блоком 1 ч управления регистрами изапоминающим блоком 15. Устройство работает следующим образом.Стробопреобразователь 3 производитквантование по времени входного сигнала, формируя на своем входе постоянное напряжение, пропорциональноемгновенному значению входного сигнала в момент считывания. Посколькустробоимпульсы сдвигаются во времени относительного входного сигнала,что обеспечивается синхронизирующимблоком 13, то на выходе стробопреобразователя 3 формируется ступенчатоенапряжение, огибающая которого повторяет входной сигнал, Аналого-цифровой преобразователь 5 осуществляетдискретизацию напряжения с выходастробопреобразователя 3, т.е. преобразует его в цифровой код,Блок 7 регистров содержит Р регистров, способных осуществлять нд.987531 6Фиг,2 представлена значениями Осфи ОКак видно, возможны ситуации, когда О- т Оо,т.е. код АЦП 5 станетотличным от нулевого значения. Многократное:усреднение кодов, снимаемыхс АЦП 5 для одной и той же точки отсчета, позволяет значительно повыситьточность представления отсчетов и как10 следствие - снизить погрешность измерения при малых сигналах.Случайное измерение порога срабатывания АЦП 5 обеспечивается подключением к накопительной емкости перво 15 го стробоскопического преобразователя 3 напряжения, которое является выборками щума с нулевым усреднением,Формируемым генератором 1 шума. Управление работой стробоскопического пре образователя 2 осуществляется стробоимпульсами, прошедшими через линиюч задержки и задержанными относительно исходных примерно на половину периода. Формула изобретения коплениеЮ отсчетов входного сигнала каждый. Блок 14 управления регистра ми падключает регистры по очереди к сумматору 6. В момент первого от-, счета во втором периоде входного сигнала к сумматору б оказывается подключенным первый регистр блока7 регистров, В момент первого отсчета в третьем периоде к сумматору 6 подключается снова первый регистр и т.д. Аналогично производится накопление информации в остальных регистрах. Деление на 1 И, необходимое при усреднении, обеспечивается за счет снятия информации со старших разрядов регистра.Таким образом, по окончании всех усреднений в регистрах оказываются записанными коды, пропорциональные усредненным мгновенным значениям входного сигнала во всех точках дискретизации отсчета). Перемножители 8 и. 9 перемножают код, напри" мер нулевой точки с первого регистра из блока 7 регистров, и коды весовых Функций (3 1 п 1 Ит и со 5 ЮЙр) для рассматриваемого случая 1 = 0 с запоминающего блока 15, Результаты перемножения переносятся в сумматоры 10 и 11 с накопителями. Подобные опера-зо ции проводятся с кодами всех точек при вызове из запоминающего блока 15 соответствующих значений весовых Функций.После обработки всего массива, хранимого в блоке 7 регистров, в сум маторах 10 и 11 с накопителями оказы-. ваются записанными соответственно синусная и косинусная составляющие разложения входного сигнала в ряд фурье в базисе тригонометрических функций. Вычислитель 12 функции агсйц х/у определяет искомый Фазовый сдвиг.На фиг.2 показано возможное взаимное расположение напряжения с выхода первого стробопреобразователя 3 и кванта АЦП 5Поскольку О 7 О, то код, снимаемый с АЦП 5, будет нупевым, что эквивалентно отсутствию входного сигнала. Причина этого, как указывалось, в синхронизированности по уровню АЦП. Перевод АЦП 5 в режим несинхронного преобразования обеспечивается с помощью генератора 1 шума. Сумма входного сигнала и шума на фиг.55 Технико-экономический эффект фазометра основывается на обеспечении возможности измерения с высокой точностью в большом динамическом диапа",. зоне,Цифровой фазометр по авт,св, 8 76766 ч, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены последовательно соединенные генератор шума и второй стробоскопический преобразователь, выходом соединенный с пер" вым входом первого стробоскопического 1преобразователя, и линия задержки, выходом соединенная с вторым входом второго стробоскопического преобразователя, а входом - с вторым входом первого стробоскопического преобразо. вателя. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Мф 767664, кл, 6 01 К 25/08, 16.1078,2; Ефимов В.М, Квантование по времени при измерении и контроле. М.,"Энергия", 1969, с 39987534 оставитель Н.Агееваехред А.Ач Корректор Н.Корою актор Н.Егоров сное ал ППП "Патент", г. Ужгород оектн 10297/33 Тираж 8 НИИПИ Государстве по делам изо 113035, Москва, К 708 Подпи ного комитета СССР ретений и открытий 5, Раушская наб., д. 4/