Автокомпенсационный фазометр

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН с 51) 4 С 01 В 25 0 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ фО",ОЗИМЮКИО:Уру ТЕНИЯ Бюл, У 11 осударственныи ЦифровыеНовоССР1968(57)Изобретение относится к областиизмерительной техники, в частностик устройствам для измерения фазы,и может быть использовано в автокомпенсационных фазометрах с цифровымотсчетом. Цель изобретения - повы,801219983 А шение точности измерения путем уменьшения погрешности дискретизации.Поставленная цель достигается последовательным включением в один канапизвестного автокомпенсационного фазометра блока выработки случайногофазового сдвига, а также подключением к выходам устройства блока вычисления среднего значения кодов. Приэтом измерение фазового сдвига производится многократно. Окончательныйрезультат определяется путем усреднения результатов отдельных измерений. Введение дополнительного случайного фазового сдвига и многократный режим измерения с усреднениемрезультатов значительно уменьшаютпогрешность дискретизации, обусловленную конечным числом дискретныхфазовращателей. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.12Изобретение относится к измерительной технике, точнее к устройствам для измерения фазы, и может быть использовано в автокомпенсационных Фазометрах с цифровым отсчетом.Цель изобретения заключается в повышении точности измерения путем уменьшения погрешности дискретизации,Последовательное включение в один канал известного автокомпенсационного фазометра блока выработки случайного фазового сдвига и подключение к выходам устройства блока вычисления среднего значения кодов компенсации обеспечивает повышение точности измерения за счет уменьшения ошибки дискретизации.На чертеже представлена структурная схема автокомпенсационного Фазометра. газометр содержит блок 1 выработки кодов компенсации, электронные ключи 2, дискретные фазовращатели 3, первую входную шину 4, Фазовый детектор 5, первый вход 6 блока 1 выработки кодов компенсации, второй вход 7 блока 1 выработки кодов компенсации, блок 8 Формирования пусковых импульсов, блок 9 вычисления среднего значения кодов компенсации, дополнительный выход 10 блока 1 выработки кодов компенсации, формирователь 11 импуль са, индикатор 12, блок 13 выработки случайного фазового сдвига, выход 14 и вход 15 блока выработки случайного фазового сдвига, вторую входную шину 16, блок 17 сложения, разрядные (информационные) входы 18 первого слагаемого, первый регистр 19, второй регистр 20, блок 21 деления, счетчик 22, тактовый вход 23, вход 24 синхронизации, первый 25 и второй 26 элементы задержки, разрядные входы 27 второго слагаемого, управляемый фазовращатель 28, цифроаналоговый преобразователь 29, регистр 30, генератор 31 случайных чисел, первый ключ 32, одновибратор 33, второй ключ 34, генератор 35 тактовых импульсов.Одни выходы блока 1 выработки ко" дов компенсации подключены к управляющим входам электронных ключей 2, каждый из которых подключен параллельно соответствующему дискретному фазовращателю 3, которые соединены19983 2 10 тора 5 и второй входной шиной 16.Блок 9 вычисления среднего значения 25"сложения, разрядные входы 18 первого слагаемого которого являются 40 5055 15 20 10 35 последовательно между первой входной шиной 4 и первым входом фазовогодетектора 5, выход которого присоединен к первому входу б блока 1 выработки кодов компенсации, второйвход 7 которого подключен к выходублока 8 формирования пусковых импульсов и тактовому входу блока 9 вычисления среднего значения кодов, информационные входы которого подключены к другим выходам блока 1 выработки кодов компенсации, дополнительный выход 10 которого через формирователь 11 импульса соединен с входом 24 синхронизации блока 9 вычисления среднего значения кодов компенсации, выходы которого подключены к входам индикатора 12, а входсинхронизации блока 9 вычисления соединен с входом синхронизации блока 13 выработки случайного фазового сдвига, вход 15 и выход 14 которого подключены между входом фазового детеккодов компенсации содержит блок 17 информационными входами блока 9,а входы блока 17 сложения подключены К входам первого регистра 19,выходы которого присоединены к входам второго регистра 20 и однимвходам блока 21 деления, другиевходы которого соединены с выходомсчетчика 22, тактовый вход которого является тактовым входом 23блока 9 вычисления, вход 24 синхронизации которого подключен к входупервого элемента 25 задержки, выход которого соединен с разрешающим входом первого регистра 19 ивходом второго элемента 26 задержки, выход которого подключен к разрешающему входу второго регистра20, выходы которого соединены соответственно с разрядными входами 27второго слагаемого блока 17 сложения, а выходы блока 21 деления подключены к входам индикатора 12, блок 13 выработки случайного фазового сдвига содержит управляемый фазовращатель 28, управляющий вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя 29, входы которого соединены с выходами регистра 30, информационные входы которого подключены к выходам генератора 31 случайных чисел, а разрешающий1219983 3вход регистра 30 является входом синхронизации блока 13 выработки случайного фазового сдвига, а блок 8 формирования пусковых импульсов содержит первый ключ 32, подключенный между шиной нулевого потенциала и входом одновибратора 33, выход которого соединен с управляющим входом второго клн 1 ча 34, вход которого соединен с выходом генератора 35 тактовых импульсов, а выход ключа 34 является выходом блока 8 формирования пусковых импульсов.Устройство работает следующим образом. 15Входные гармонические сигналы, фазовый сдвиг между которыми необходимо измерить, поступают на входные шины 4 и 16.Измерение осуществляется компенсационным методом с поразряднымуравновешиванием измеряемого фазового сдвига. Поразрядная компенсация производится подключением соответствующих дискретных фазовращате лей 3 в одном из каналов до обеспечения синфазности входных напряжений на входах фазового детектора 5, при срабатываниикоторого введенный известный фазовый сдвиг является мерой измеряемого фазового сдвига,Особенностью устройства является то, что измерение фазового сдвига производится многократно, окончательный результат определяется путем35 осреднения результатов отдельных измерений. При этом с помощью фазовращателя 28 в блоке 13 в каждом отдельном измерении к фазе сигнала, поступающего на вторую входную шину 16, добавляется дополнительный фазовый сдвиг, значение которого является случайной величиной с известным законом распределения. Случайный фазовый сдвиг сохраняется постоянным45 в течение времени одного измерения.Формирование этого дополнительного фазового сдвига производится перед каждым измерением в блоке 13, вход и выход которого включены последова 50 тельно с второй входной шиной 16.1 Введение дополнительного случайного фазового сдвига и многократный режим измерения с осреднением результатов позволяет значительно умень шить погрешность дискретизации, обусловленную конечным числом дискретных фаэовращателей 3. Рассмотрим работу устройства более подробно,В известном цифровом компенсационном фазометре за счет дискретного характера уравновешивания измеряемый фазовый сдвиг определяется с ошибкой, равной минимальному шагу компен- сации где- измеряемый фазовый сдвиг;- числовое значение уровнядискретизации, при котором производится компенса .ция;Ч - минимальный шаг компенсакции;- ошибка дискретизации, максимальное значение которой равно шагу компенсацииОтождествление измеряемого фазового сдвига Чпроизводится с ближайшим меньшим уровнем дискретизации с числовым значениемки 1само же истинное значение лежитив в пределах 1 иьмА кмыл(Чкьм ф") ак и определяется с точностью, не превьппающей ошибки дискретизациио =кДля повьппения точности положение Умежду двумя уровнями дискретизации определяется путем осреднения результатов ь измерений, в каждом из которых измеряемый фазовый сдвиг увеличивается на случайную величину, распределенную по равномерному закону в интерваЛе О -6 ЧПринимая, что:- измеряемый фазовый сдвиг постоянен в течение п измерений, где и - общее количество измерений; . ,; - зна-, чение случайного фазового сдвига, которое добавляется к измеряемому . фазовому сдвигу при каждом х-м измерении, распределено по случайному равномерному закону в интерва" ле О - ЬМк постоянно в процессе одного измерения, то за время и измерений возможно выполнение одного из условий;4 кмк 6 кпм + ел; ( ( 11 ,м+ 16 РСз)1 О 15 20 25 30 или ( 1 )( ф .. (4) Пусть в результате п измерений суммарной величины (+ Ч ) фазометр и раздаст измерения, равные значению (И + 1) ЬФ, и5 к (и - п раз, равные значениюм61То есть при общем числе измерений и условие (4) выполняется и1 раз, а условие (3) выполняется (и-п 1) раз, и положение измеряемой величины Я между соседними дискимретными уровнями может быть определено с учетом вероятности Очевидно, что выражение (5) представляет собой среднее значение результатов измерений фазового сдвига 9, к которому добавлен дополнительный сдвиг- в им ИМ(6)Таким образом, введение дополнительного случайного Фазового сдвига ; и определение результатов 35 и измерений позволяет в 4 п раз уменьшить погрешность дискретизации.Определение значения измеряемого Фазового сдвигав соответст вии с выражением (61 в устройстве производится следующим образом.Входные сигналы поступают на первую 4 и вторую 16 входные шины. Измерение начинается с включения первого ключа 32, который запускает одновибратор 33. На входе одновибратора 33 Формируется длинный одиночный импульс, который поступает на управляющий вход второго ключа 34 и разрешает прохождение импульсов с выхода генератора 35 тактовых импульсов через ключ 34 на вход блока 8 Формирования пусковых импульсов, при этом на выходе блока 8 появляется пачка пусковых импульсов. По окончании импульса на выходе одновибратора 33 ключ 34 закрывается и поступление импульсов на выходе блока 8 Формирования пусковых импульсов прекращается. Для появления новой пачки импульсов необходимо произвести повторноевключение ключа 32.Так как по каждому пусковому импульсу в устройстве производитсяодйо измерение, то период между пусковыми импульсами выбран больше, чемвремя одного измерения. Последовательное поступление заданного числап пусковых импульсов с выхода блока 8 обеспечивает автоматическое проведение п измерений,Пусковые импульсы с выхода блока8 формирования пусковых импульсовпоступают последовательно на второйвход 1 блока 1 выработки кодов компенсации. При поступлении первогопускового импульса блок 1 выработкикодов компенсации начинает формирование компенсирующего кода на своихвыходах, Сформированный код компенсации, соответствующий измеряемомусдвигу, фиксируется, т.е. производится однократное измерение. При поступлении следующего пускового импульса блок 1 выработки кодов компенсации вновь начинает свою работу,чтобы произвести новое измерение.Процесс однократного измеренияФазового сдвига заключается в том,что на одних выходах блока 1 Формирования кодов компенсации появляетсякод, который, поступая на управляющие входы электронных ключей 2, вызывает их выключение в соответствиис кодом и обеспечивает тем самымвведение компенсирующих фазовых сдвигов с помощью соответствующих дискретных фаэовращателей 3.Отличительная особенность заключается в том, что при измерении производится компенсации с помощью дискретных Фазовращателей 3 измеряемогофазового сдвига ч вместе с дополизмнитеЛьным Фазовым сдвигом %, , который вводится в канал второго входного сигнала с помощью последовательно включенного блока 13 выработкислучайного фазового сдвига.Таким образом, код компенсации,зафиксированный на выходах блокавыработки кодов компенсации по окончании каждого измерения соответствует величине ( У, + .л ),После окончания каждого измерения на дополнительном выходе 10 бло7 1ка 1 выработки кодов компенсациипоявляется сигнал, который поступает на вход формирователя 11 импульса, на выходе которого по переднемуфронту входного сигнала Формируетсяодиночный импульс. Этот импульс поступает на вход синхронизации блока13 выработки случайного фазовогосдвига, вызывая установку нового случайного фазового сдвига У ; , который вводится в блоке 13 между второй входной шиной 16 и вторым входомфазового детектора 5. Поскольку надополнительном выходе 10 сигнал появляется после каждого измерения,то и установка случайного Фазовогосдвига производится после каждогоизмерения, причем каждый раз значение этого сдвига меняется по равномерному случайному закону, В качестве второго входа 7 и дополнительного выхода 10 использованы соответственные входы "Пуск" и "Стоп"известного устройства.Одновременно одиночный импульсс выхода формирователя 11 импульсапоступает на вход 24 синхронизацииблока 9, где производится вычисление среднего значения для и измерений. Это осуществляется следующимобразом,Результат первого измерения Б ,в виде кода поступает на информационные входы блока 9 вычисления среднего значения кодов компенсации,которыми являются разрядные входы18 первого слагаемого блока 17 сложения, и появляется на .входах блока17 сложения, так как на разрядныевходы 27 второго слагаемого поступает нулевой код. С выходов блока17 сложения код Б, поступает.на входы первого регистра 19. Одновременно одиночный импульс, поступающий на вход 24 синхронизации,задерживается в первом 25 элементезадержки и с его выхода поступаетна разрешающий вход первого регистра 19. При его поступлении в первыймомент происходит занесение в первый регистр .19 кода Б, с выходовблока 17 сложения. В следующий момент код Бс выхода первого регистра 19 поступает на одни входыблока 21 деления и входы второго регистра 20, занесение в который производится по разрешающему импульсу,поступающему с выхода второго элемента 26 задержки. В следующий мо 219983 .Я 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 мент код Бс выходов второгоим 2регистра 20 поступает на разрядные входы 27 второго. слагаемого.По второму пусковому импульсу производится второе измерение, результат которого Бв виде кода вновь поступает на разрядные входы 18 первого слагаемого блока 17 сложения, где складывается со значением Б, Результат сложения с выхода блока 17 сложения заносится в первый регистр 19, а затем и во второй регистр 20 в моменты прихода разрешающего импульса с выхода первого 25 и второго 26 элементов задержки на соответствующие разрешающие входы. После этого результат измерения ( Б, + + Б,) с выхода регистра 20 поступает на разрядные входы 27 второго слагаемого блока 17 сложения.После третьего измерения в блоке 17 сложения вновь производится сложение результата третьего измерения с результатами двух предыдущих, а суммарный результат вновь последовательно заносится в первый 19 и второй 20 регистры.Таким образом, после проведения и измерений суммарное значение всех результатов измерений (Б + Б у + + Б.) оказывается записайным в регистрах 19 и 20, а с выхода первого регистра 19 код этого значения поступает на одни входы блока 21 деления, на другие входы которого с выхода счетчика 22 поступает код, соответствующий числу проведенных измерений и. Код этого числа образовывается в счетчике 22 за счет поступления на его вход тактовых импульсов с выхода блока 8 формирования пусковых импульсов. По этим пусковым импульсам одновременно производится и измерений и заполнение счетчика 22. В блоке 21 деления осуществляется деление суммы результатов измерений на количество проведенных измерений, т.е. вычисляется сред" нее значение результатов измерений в соответствии с выражением (6). Частное от этого деления, соответствующее измеряемому значению фазового сдвига, поступает на входы блока индикации, который осуществляет его визуализацию.Введение дополнительного фазового сдвига 1 . , который складывается с измеряемой разностью фаз, производится в устройстве с помощью9 12блока 13 выработки случайного фазо-вого сдвига, вход 15 и выход 14 которого включены последовательно меж,цу второй входной шиной 16 и вторымвходом фазового детектора 5. Блоквыработки случайных фазовых сдвиговобеспечивает при каждом измерениифазовый сдвиг, значение которогоявляется случайной величиной, равномерно распределенной в интервале0 - Ь Ч , и работает следующим образом,При поступлении с выхода формиро.вателя 11 одиночного импульса наего синхронизирующий вход, которымявляется разрешающий вход регистра30, в регистр 30 заносится код случайного числа, который поступает вданный момент на его входы с выхода генератора 31 случайных чисел.Код случайного числа, зафиксированный в регистре 30, поступает навход цифроаналогового преобразователя 29, на. выходе которого форми-.руется напряжение, соответствующееслучайному числу. Это напряжениепоступает на управляющий вход фазовращателя 28, который и устанавливает случайный фазовый сдвигсл. 1Значение этого фазового сдвига сохраняется постоянным, пока не произойдет изменение кода, записанного врегистре 30. Занесение нового случайного числа в регистре 30 производится только при поступлении импульса на его разрешающий вход свыхода формирователя 11, т.е. послекаждого измерения. Разрядность регистра 30 и цифроаналогового преобразователя 29 и диапазон измененияфазы фазовращателя 28 выбраны такимобразом, что обеспечивают изменениеслучайного напряжения на выходе оцифроаналогового преобразователя29 так, чтобы управляемый фазовращатель 28 вносил фазовый сдвиг в пределах 0 - Ь,При проведениибольшего количестваизмерений ошибка дискретизации уменьшается пропорционально корню квадратному из числа измерений и призначительных количествах измеренийможет быть практически исключена,Указанное техническое преимущест" во позволяет повысить точность измерения цифровых фаэометров компенса-. ционного типа за счет уменьшения ошибки дискретизации.19983 1 О Формула изобретения 5 1 О 5 20 25 30 35 40 45 50 55 1. Автокомпенсационный фаэометр, содержащий блок выработки кодов компенсации, электронные ключи, дискретные фазовращатели, фазовый детектор, блок формирования пусковых импульсов и индикатор, причем одни выходы блока выработки кодов компенсации подключены к управляющим входам электронных ключей, каждый из которых подключен параллельно соответствующему дискретному фазовращателю, которые соединены последовательно между первой входной шиной и первым входом фазового детектора, выход которого присоединен к первому входублока выработки кодов компенсации, второй вход которого поключен к выходу блока формирования пусковых импульсов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения путем уменьшения погрешности дискретизации, фазометр дополнительно содержит блок выработки случайного фазового сдвига и блок вычисления среднего значения кодов компенсации, тактовый и информационные входы которого присоединены к второму входу и другим выходам блока выработки кодов компенсации, дополнительный выход которого через введенный формирователь импульса соединен с входом синхронизации блока вычисления среднего значения кодов компенсации и входом синхронизации блока выработки случайного фазового сдвига, у которого выход и вход подключены соответственно к второму входу фазового детектора и второй входной шине, а выходы блока вычисления среднего значения кодов компенсации подключены к входам индикатора.2. фазометр по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что блок вычисления среднего значения кодов компенсации содержит блок сложения, разрядные входы первого слагаемого которого являются информационными входами блока вычисления среднего значения кодов компенсации, а выходы блока сложения подключены к входам первого регистра, выходы которого присоединены к входам второго регистра и одним входам блока деления, другие входы которого соединены с выходом счетчика, тактовый вход которого является тактовым входом всего блока вычисления среднего значения кодовРедак Подписимитета СССРткрытийкая наб., д. 7 к Заказ 1319/53 ВНИИПИ Государстве по делам изобре 113035, Москва, Ж иражногоений и5, Рауш Патен жгород, ул. Проектная,компенсации, вход синхронизации которого подключен к входу первого элемента задержки, выход которого соединен с разрешающим входом первого регистра и входом второго элемента задержки, выход которого подключен к разрешающему входу второго регистра, выходы которого соединены соответственно с разрядными входами второго слагаемого блока сложения, а выходы блока деления являются выходами блока вычисления среднего значения кодов компенсации.3. Фазометр по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что блок выработки случайного фазового сдвига содержит управляемый фазовращатель, вход и выход которого являются соответственно входом и выходом всего блока, а управляющий вход подключен 1 к выходу цифроаналогового преобразователя, входы которого подключены к выходам регистра, информационные входы которого подключены к выходам генератора случайных чисел,а разрешающий вход регистра является входом синхронизации блока выработки случайного фазового сдвига. 1 О 4. Фазометр по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что блок формирования пусковых импульсов содержитпервый ключ, подключенный между шиной нулевого потенциала и входом 15 одновибратора, выход которого.соединен с управляющим входом второгоключа, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход второго ключа является 20 выходом блока формирования пусковых импульсов,