Цифровой фазометр

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А 1 119) И 1) 01 К 25/О ЕНБРРТ 21 Ф 34 стве ое оа томат ,В,Га Салюк 88,8) детел К 25/ ание ьство СССР 00, 1976. фазометра МЕТР(54) ЦИФРОВОР 1 ФА (57) Изобретение электроиэмерител ляет расширить д входных сигналов измерений сдвига дио поэ относится к ра ьной технике и инамический ди ри высокои точнос аз, Цифровой фазо ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОПИСАНИЕ ИЭОБР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свР 659984, кл, С О 1Техническое опиФК 2-12,метр содержит каналы 1 и 2, каждыйиз которых включает стробоскопический преобразователь 3, фильтр 4 иусилитель-ограничитель 5. Кроме того,устройство содержит опорный генератор12, формирователь 13 ортогональногосигнала, фазовый детектор 14, управляемый генератор 15, вычислительныйблок 16, индикаторный блок 17, генератор 18 импульсов, элемент 19 совпадения и блок 20 управления, Введениев каждый канал элементов 6 и 9 равнозначности, счетчиков 7 и 10, регистров 8 и 11 и образование новых функциональных связей уменьшает уровеньсигналов при измерении фазовых сдвигов и позволяет измерять фаэовыесдвиги на преобразованной частоте при отношении сигнал/шум менее 3, 7 ил,Изобретение относится к пс ктрорадиоизмерительной технике и может быть использовано при разработке фазометрических устройств.Цель изобретегця - расширение динамического диапазона входньгх сигцалов при высокой точности измерения сдвига фаз.На Фиг,1 приведена структурная схема предлагаемого Фазометра; ца фиг,2 - временные диаграммы его работы; на фиг,3 - схема блока управления; на фиг,4 - временные дидгрдммы его работы; на фиг,5 - схема формирователя ортогональных сигналов; на фиг,б - схема вычисли,ельцого блока; цд фиг. 7 - б:ок-с:.ь л 1;1,л Г орт. до работы. Цифровой фазометр содержит два идентичных канала 1 и 2, содерждщие каждый последовательно соединенные стробоскопический преобразователь 3, фильтр 4, усилитель-ограничитель 5, первый элемент РАВНОЗНАЧНОСТЬ 6, первыи счетчик 7 и первый регистр 8, последовательно соединенные второй элемент РАВНОЗНАЧНОСТЬ 9, второй цхад которого соединен с выходом усилителя-ограничителя 5, второй счетчик 10 и второй регистр 11, а также последовательно соединенные опорный генератор 12, формирователь 13 ортогонального сигнала, фазовый детектор 14, управляемый генератор 15, выходы которого соединены с входами стробоскопических преобразонате:ей обоих к,ца.пов выход стробоскопического преобразователя 3 канала 1 соединен с первым входом Фазового детектора 14, первый выход Формирователя 13 ортогонального сигнала соединен также с первыми входами первых элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ 6 каналов 1 и 2, второй выход - с первыми входами вторых элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ 9 кана:ов 1 и 2, вычислительный блок 16, входная шина которого соединена с выходами регистров 8 и 11 каналов 1 и 2, а выходная - с индикаторным блоком 17, генератор 18 импульсов, соединенный через элемент 19 совпадения со счетными входами счетчиков 7 и 10 каналов 1 и 2, блок 20 упрангения, первый выход которого соединен с входами установки счетчиков 7 и 10 кдндлон 1 и 2, второй выход - с входам записи регистров 8 и 11 каналов 1 и 21 гретий выход - с управ:яклщим входом вычислител ного блока 16, четвертый вьгходс элементом 19 совпадения, пятый, шестой, седьмсй и восьмой иходы - с5входами управления регистров 8 и 11каналов 1 и 2 соотг 1 етстнеццо. Первыевходы стробоскопических преобразователей 3 каналов 1 и 2 являются входа 1 п ми цифроного Фаэометрд,Блок 20 управегил (Фиг.3) содержит последовательно соединенные тактовый генератор 21, делитель 22 частоты, Формирователь 23 импульсов и5 первый 24, второй 25, третий 26 ичетвертый 27 элементы задержки, Выходы элементов 24-27 задержки являются выходами блока 20 управления исоецьцены с входами элемента ИПИ 28,выход которого является выходом блока20 управ;ения. Выходы делителл 22чдстоть соедгцецы с деиФратором 29,выход которого является выходом блока 20 упрднлеция,25 Формирователь 13 ортогональногосигнала (Фиг,5) содержит счетный триггер 30, к прямому и инверсному выходам которого подсоедицець счетныетриггеры 31 и 32 соответственно, вы 30 хо;и, которых лнляютсл выходами блокд 13.В,числите.". цый блок 16 (фиг.б) со,1;с ржит лцкрароцс с с ор цый модуль 33, шицд адреса которого соединена с адресныл входами постоянного запоминающегоэлемента 34, оперативного запоминаощего элементд 35 и входами дешифраторд 36, выходи которого соединены суправ.1 яюНли входами запоминающих эле 40 ментов 34 и 35, Информационные иходын,ход микропроцессорного модуля 33соединены с выходами постоянного заполинающсго э:емента 34 и с ицформацонцыми входами- н ходами оперативно 45 го запоминающего элемента Зэ, Управляющие выходы с сигналами 11 тецие 111 г 11и Запись микропроцессорного модулл33 соединены с входами управ.ения постолцного и оперативного запоминающих 50 элементов 34 ц 35 соответственно,Цкрроной Фдзометр работает следуюдгобрдзо".Входные сигналы чдстстой 1 Фазовый сдвгп Ч 1 между которыми нужно 55 гзмерить, постудют ца первые входыстробоскоцческих преобразователей 3каналов 1 и 2 (Фиг,2 а,б), на вторыевходы которых поступают короткие импульсы частотой Г, с выходов управля3 13378 емого генератора 15 (фиг2 Ь), Управляемый генератор 15 перестраивается сигналом с выхода фазового детектора 14 входящего в кольцо ФАПЧ (ФАПЧ соФ5 стоит из опорного генератора 12, Формирователя 13 ортогонального сигнала, фазового детектора 14 и управляемого генератора 15), таким образом, чтобы преобразованная частота Гп сигналов на выходах стробоскопическйх преобразователей 3 каналов 1 и 2 была постоянной и определялась выражениями:Г=Г -пГ 15 Счетчики 7 и 10 каналов 1 и 2 затем устанавливаются в исходное (нулевое) состояние сигналом от блока 20управления, элемент 19 совпадения открывается, и цикл измерения повторяется,Блок 20 управления (фиг,3) выполняет формирование длительности измерительного цикла Т и управляющих сигналов (фиг,4), необходимых для организации обмена информацией между счетчиками 7 и 10, регистрами 8 и 11 ивычислительным блоком 16.Тактовый генератор 21 вырабатываетимпульсную последовательность (Фиг,44,поступающую на делитель 22 частоты,Дешифратор 29, подключенный к выходамделителя частоты обеспечивает формирование импульса (фиг.48) установкисчетчиков 7 и 10 каналов 1 и 2 в нулевое состояние, Коэффициент деленияделителя 22 частоты выбирается таким,чтобы обеспечить необходимую длительность измерительного цикла Тп пп с 1где и - номер гармоники частоты Гна которой происходит преобразование на нижней или наверхней боковой частоте соответственно,Выходные сигналы стробоскопическихпреобразователей 3 каналов 1 и 2 частотой Гп (фиг,2 г,) поступают нафильтры 4 каналов 1 и 2 соответственно. Отфильтрованные сигналы частотойГ с выходов фильтров 4 (фиг,2 е,ж)подаются на усилители-ограничители 5каналов 1 и 2, Прямоугольные импульсыс выходов усилителей-ограничителей5 каналов 1 и 2 (фиг,2),ц) подаютсяна элементы РАВНОЗНАЧНОСТЬ 6 и 9 какалов 1 и 2 соответственно, Формирователь 13 ортогонального сигнала вырабатывает из сигналов опорного генератора 12 два прямоугольных квадратурных колебания частотой Гп (фиг,2,и), первое колебание поступает наэлементы РАВНОЗНАЧНОСТЬ 6 каналов 1ои 2, второе, сдвинутоена 90 относительно первого, - на элементы РАВНОЗНАЧНОСТЬ 9 каналов 1 и 2,Элементы 6 и 9 каналов 1 и 2 обеспечивают выполнение операций равнозначности сигналов с выходов усилителей-ограничителей 5 и выходов Формирователя 13 ортогонального сигнала,Импульсные последовательности (фиг.2 м,н) с выходов элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ6 и 9 канала 1 поступают на управляющие входы счетчиков 7 и 10 канала 1соответственно, импульсные последовательности (фиг,2 о,п) с выходов элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ 6 и 9 канала2 поступают на управляющие входы счетчиков 7 и 10 канала 2 соответственно.Сигналы с выходов элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ 6 и 9 используются дляуправления режимом работы счетчиков 15 7 и 10, которые подсчитывают количество импульсов, поступающих от генератора 18 импульсов через элемент 19 совпадения,По окончании измерительного цикла Т, формируемого блоком 20 управления, элемент 19 совпадения закрывается, коды чисел К, и К накопленные в счетчиках 7 и 10 канала 1 соответственно, за измерительный цикл Т переписываются по сигналам управления от блока 20 в регистры 8 и 11 ка- нала 1 соответственно, а коды чисел К,и К, накопленные в счетчиках 7 и 10 канала 2 - в регистры 8 и 11 канала 2 соответственно.По сигналам управления от блока 20 управления в вычислительный блок 16 в соответствии с блок-схемой алгоритма его работы (фиг,7) считывается измерительная информация последовательно с регистров 8 и 11 каналов 1 и 2 (К,К, иКК).Вычислительный блок 16 вычисляет функции арктангенса отношений измеренных величин, т,е.: К 1 К 2(, =агст -1 и с,=агстдК,К,берет разность вычисленных значений,т,е.1 = Ч - Ч и выдает код отсчетами,равный фазовому сдвигу между входными сигналами устройства, на индикаторный блок 17,1(фиг,4 ) измерителя разности фаз призаданной частоте импульсов генератора21 (фиг,4 о). Формирователь 23 импульсов, включенный на выходе делителя 225частоты, обеспечивает формированиеимпульсов длительностьюпо окончании измерительного цикла Т м (фиг,42)для переписи информации из счетчиков7 и 10 в регистры 8 и 11 обоих каналов, Сигнал с выхода формирователя23 импульсов проходит элемент 24 за-.держки и через время с (фиг,4) подключает выходы регистра 8 канала 1 квходной шине вычислительного блока 1516 для считывания информации иэ регистра 8 в вычислительный блок 16 посигналу управления, поступающему через элемент ИЛИ 28 (фиг,4 и). Затемпо сигналу (фиг,4 е) считывается информация из регистра 11 канала 1 ит,д, (фиг,4,к),В формирователе 13 ортогональногосигнала (фиг.5) триггер 30 работаетпо переднему фронту входных импульсов 25в режиме деления частоты на два, аналогичным образом работают триггеры31 и 32, Таким образом, сигналы свыходов триггеров 31 и 32 сдвинутыдруг относительно друга на четверть З 0периода выходной частоты, равной Га опорный генератор 12 выдает импульсный сигнал частотой 4В вычислительном блоке 16 (фиг,6)дешифратор 36 обеспечивает выбор постоянного или оперативного запоминающих элементов 34 и 35, н которых хранятся программы, конСтанты или текущая информация соответственноМикропроцессорный модуль 33 выполняет об бработку и обмен информацией н соответствии с блок-алгоритмом показанным на фиг.7, и связан с запоминающими элементами 34 и 35 и дешифратором 36 шиной адреса (ША) и информационной шиной данных (ШД), можетиметь управляющие выходы с сигналами"Чтение" и "Запись" для управленияпостоянным и оперативным запоминающими элементами 34 и 35 соответственно, "Вывод" - для вывода информациипо шине ШД в индикаторный блок 17,вход .Запро прерываниян - для вводаинформации н вычислительный блок 16по сигналам от блока 20 управления. В предлагаемом устройстве расширяется на порядок и более динамический диапазон входных сигналов за счет возможного уменьшения уровней сигналов при измерении фазовых сдвигов, Введение описанных блоков с указанными связями позволяет измерять фазовые сдвиги на преобразованной частотепри соотношении сигнал/шум менее 3. В прототипе минимальный уровень входного сигнала составляет 0,3 мВ, при этом обеспечивается погрешность измерения сдвига не более +2,5 при соотношении сигнал/шум на преобразованной частоте 1 до 3-5, При дальнейшем уменьшении соотношения сигнал/шум, т,е, уменьшении уровней входных сигналов. прототип не работоспособен, Для возможного расширения динамического диапазона прототипа необходимо сужать полосу пропускания полосовых фильтров, включенных на выходах стробоскопических преобразователей. Однако при этом под действием внешних факторов (изменение температуры, питающих напряжений и т,д,) в избирательных фильтрах прототипа возникает фазочастотная погрешность, величина которой зависит от расстройки фильтра ЬГ относительно преобразованной частоты 1 и для фильтров, выполненных на 1,"-резонансных контурах и расстройке ЬГ=0,05% частоты Г =20 кГц ранна с =ф 2 ЯЬГ/Е =1,2 .Формула и з обретенияЦифровой фазометр, содержащий последовательно соединенные в первом и втором каналах стробоскопический преобразователь, вход которого соединен с входами фазометра, фильтр и усилитель-ограничитель, а также индикаторный блок, опорный генератор, фазовый детектор, первый вход которого соединен с ныходом стробоскопического преобразователя первого канала, управляемый генератор, выходы которого соединены с входами стробоскопических преобразователей обоих каналов, а вход его подключен к выходу фазового детектора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона входных сигналов при высокой точности измерения фаз, в него введены н первый и второй каналы последовательно соединенные первый элемент РАВНОЗНАЧНОСТЬ, первый счетчик, первый регистр, последовательно соединенные второй элемент РАВНОЗНАЧНОЧСТЬ, второй счетчик и второй регистр, а также вычислительный блок, 1337815входная шина которого соединена с выходами первых и вторых регистров первого и второго каналов, а выход - синдикаторным блоком, генератор импульсов, соединенный через введенныйэлемент совпадения со счетными входами первых и вторых счетчиков обоихканалов, блок управления, первый выход которого соединен с входами установки счетчиков первого и второго каналов, второй выход - с входами записи регистров первого и второго каналов, третий выход - с управляющимвходом вычислительного блока, четвертый выход - с элементом совпадения,остальные выходы блока управления соединены с входами управления первыхи вторых регистров первого и второгоканалов, формирователь ортогональныхсигналов, вход которого соединен сопорным генератором, первый выходс первыми входами первых элементовРАВНОЗНАЧНОСТЬ обоих каналов и с вторым входом фазового детектора, второйвыход - с первыми входами вторых элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ обоих каналов,вторые входы первого и второго элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ перврго канала,вторые входы первого и второго элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ второго каналасоединены с выходами усилителей-ограничителей соответствующих каналов.1337815Ю 3 ронам У мулгоаУ иР МЬтотом Р 4 иЮ лююлоР /иУ гХ) орректор А.Тяск дписно оиэводственно-полиграФическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная,126/43 ТиражВНИИПИ Государственногпо делам изобретений113035) Москва, Ж) Ра 0комитета СССоткрытийская наб, д