Цифровой фазометр

Цифровой фазометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР, содержащий блок фазовых сдвигов, цифровое отсчетнре устройство, двухканальный преобразователь частоты, умно-; житель частоты,и нуль-индикатор, первый .и второй входы которого соединены соответственно через первый и второй выходы двухканального преобразователя частоты с первой и второй входными шинагте фазометра, вход умножителя .частоты подключен к второй входной шине фазометра, а выход соединен с стробиругадим входом двухканального преобразователя частоты, первый и второй управляющие входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока фазовых сдвигов, дополнительный выход которого соединен с , первым входом цифрового отсчетного устройства, а вход - с выходом нуль-индикатора, отличающий . с Я тем, что, с целью повьциения точности и разреша1-аций способности, в него введены два формирователя, два преобразователя частоты, генератор , фазовый детектор, делитель ; частоты и измеритель интервалов времени , причем первый выход двухканаль ного преобразователя частоты через первый формирователь подключен к входам первого преобразователя частоты и дели(еля частоты, второй выход двухканального преобразователя частоты через последовательно соединенные второй формирователи и второй преобразователь частоты подключен к nepsbtti входам фазового детектора и -измерителя интервалов времени, высл ход делителя частоты с вторым входом фазового детектора, выход которого через генератор подключен к управлякядим входам первого и второго преобразователей частоты,, тактовый И управлягадий входы измерителя интервалов времени соединены соответственно с высокочастотным и дополнительным выходами блока фазовых сдвиО5 гов, а выход измерителя интервалов 4 ГС време-ни соединен с дополнительным входом цифрового отсчетного устройства . to 0:1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„064226

3(51) G 01 R 25 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3449263/18-21 (22) 04.06.82 (46) 30.12.83. Бюл. Р 48 (72) Н.В. Сандрацкий (53) 621.317.7(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 472308, кл. G 01 R 25/00, 1975.

2 ° Авторское свидетельство СССР

Ф 664120,кл. G 01 R 25/00, 1979 (прототип) . (54 ) (57) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР, содержащий блок фазовых сдвигов, цифровое отсчетное устройство, двухканальный преобразователь частоты, умножитель частоты,и нуль-индикатор, первый .и второй входы которого соединены соответственно через первый и второй выходы двухканального преобразователя частоты с первой и второй входными шинами фазометра, вход умнокителя частоты подключен к второй входной шине фазометра, а выход соединен с стробирующим входом двухканального преобразователя частоты, первый и второй управляющие входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока фазовых сдвигов, дополнительный выход которого соединен с первым входом цифрового отсчетного устройства, а вход - с выходом нуль-индикатора, о т л и ч а ю щ и и ° с я тем, что, с целью повышения- точности и разрешающий способности, в него введены два формирователя, два преобразователя частоты, генератор, фазовый детектор, делитель частоты и измеритель интервалов времени, причем первый выход двухканаль ного преобразователя частоты через первый формирователь подключен к входам первого преобразователя частоты и делителя частоты, второй выход двухканального преобразователя частоты через последовательно соединенные второй формирователь и второй преобразователь частоты подключен .к первым входам фазового детектора и,р

Я измерителя интервалов времени, выход делителя частоты соединен с вторым входом фазового детектора, выход которого через генератор подключен к С управляющим входам первого и второго преобразователей частоты,. тактовый Я и управлякщий входы измерителя интер, валов времени соединены соответственно с высокочастотным и дополни- (,",, ) тельным выходами блока фазовых сдви- (м гов, а выход измерителя интервалов времени соединен с дополнительным ВфЬ входом цифрового отсчетного устройст. «» ва. °

f 1064226

Изобретение относится к фазоиэмерительной технике и может быть использовано при разработке прецизионных цифровых фазометров для ши,рокого диапазона частот.

Известен цифровой фазометр,"содержащий умножитель частоты, вход ко торого соединен с одним иэ входных, зажимов устройства, нуль-индикатор, выход Которого соединен с входом меры фазового сдвига (дне пересчетные схемы и генератор), соединенной своим выходом с цифровым отсчетным устройствои Г1 3.

К недостаткам указанного фазомет ра относятся значительная погрешность измерения, вызванная искажением формы преобразованных сигналов иэ-за неидентичности каналов схем

" запоминания и считывания выборок .мгнованных значений входных напряжений, ограничение частотного диапазона снизу эа счет конечного време-. ни хранения запомненных выборок, а также низкая разрешакщая способность ограниченная быстродействием фазометра.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является цифровой фазометр, содержащий нульиндикатор, первый и второй входы которого через двухканальный преобразователь частоты соединены соответственно с первой и второй . входными шинами фазометра, умножитель частоты, вход которого соединен с второй входной шиной фазометра, а выход †. со стробирующим входом двухканального преобразователя частоты, управляющие входы которого сое. динены с блоком фазового сдвига, дополнительный выход которого соединен с первым входом цифрового отсчет ного устройства, а вход — с выходом нуль-индикатора f2 ).

Недостатки известного фазометра заключаютея н низкой разрешакщей способности и большой погрешности измерения, вызванной дискретом отсчета фазовых сдвигов. Повышение точ ности за счет увеличения значения тактовой частоты уменьшает помехо" защищенность фазометра.

Цель изобретения — повышение точности и разрешающей способности.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой фазометр, содержащий блок фазовых сдвигов, цифровое отсчетное устройство, двухканальный преобразователь частоты, умножитель частоты и нуль-индикатор, первый и второй входы которого соединены соответственно через первый и второй выходы двухканального .преобразова-. теля частоты с первой и второМ входйыми шинами фазометра, .вход умножителя частоты подключен к второй нхад ной шине фаэометра, а выход соединен

1

20 со стробирующим входом двухканального преобразователя частоты, первый и второй управляющие входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока фазовых сдвигов, дополнительный выход которого соединен с первым .входом цифрового отсчетного устройства, а вход .- с выходом нуль-индикатора, введены два формирователя, два преобразователя частоты, генератор, фазовый детектор, делитель частоты и измеритель .интервалов времени, причем первый выход двухканального преобразователя частоты через первый формирователь подключен к входам первого преобразователя частоты и делителя частоты, второй выход двухканального преобразователя частоты через последовательно соединенные второи формирователь,и второй преобразователь частоты подключен к первым входам фазового детектора и измерителя интервалов времени, выход делителя частоты соединен с вторыми

5 вхсдом фазового детектора, выход которого через генератор подключен к управляющим входам первого и второго. преобразователей частоты, тактовый и управляющий взводы измерителя интер валов времени .соединены.соответстЗ0 венно с высокочастотным и дополни-... .тельным выходами блока фазовых сдви-. гов, а выход измерителя интервалов

Ф . времени .соединен C дополнительным . входом цифрового.отсчетного устройст

35 на.

На фиг..1 приведена блок-схема предлагаемого фазометра; на фиг. 2временные диаграммы его работы.

Фаэометр содержит умноыитель 1

40 частоты, подключенный между второй входной шиной,фазометра и стробирующим входом двухканального преобразователя 2 частоты, состоящего из формирователя 3 строб-импульсов,,45 выход которого подключен к управляющим нходам блоков 4 и 5 стробирования, выходы которых соединены соответстненно через аналого-цифровые .преобразователя (АЦП) 6 и 7 с оперативными запоминающими устройствами

50 (ОЗУ) 8 и 9, выходы которых через цифроаналоговые преобразователи(ЦАП)

10 и 11 и фильтры 12 и 13 нижних частоты (ФНЧ) соединены с первым и вторым выходами двухканального преоб

55 разователя 2 частоты. Первый и второй входы нуль-индикатора 14 подключены к .двухканальному преобразова- телю 2.

Блок 15 фазовых сдвигов содержит

60 дополнительный генератор 16, подклнУ ченный к входам пересчетных блоков

17 и 18, выходы которых соединены с первым и вторым выходами блока 15, которые соединены с первым и вторым управляющими входами двухканального

1064226 преобразователя 2„ Первый и второй формирователи 19 и 20 включены соответственно между первым и вторым выходами двухканального преобразователя 2 и первым и вторым преобразователями 21 и 22 частоты, управляющие входы которых соединены .с .выходом .генератора 23, вход которого соединен с, выходом фазового детек.тора 24., первый вход которого подклю . чен к выхоцу второго преобразова-.: . 1О теля 22, а-второй вход через дели- тель 25 частоты - к .выходу. первого формирователя 19. Измеритель.,26 интервалов времени включен между пер-- вым и вторым преобразователями 21 и 15 22,и цифровым атсчетным устройством (ЦОУ) 27.

Фазометр работает следуищим образом.

Одно из выходных Напряжений поступает на умножитель 1 частоты,. на выходе которого получают напряжение, умноженное по частоте по отношению к входному в п раз. Напряжение с выхода умножителя 1 поступает . на вход Формирователя 3, на управляю щие входы которого. подаются сигналы управления от АЦП 6 и 7..На-выходе, формироватевя 3 получают стробирующие импульсы, сдвинутые один относи . ЗО тельно другого на время

k ° . твм

dt КТв>,ii «КТв + 4Тв,, : где Vs - период входного- напряжения

К=o;1,2, 35 порядковый номер выборки.

Каждый из этих импульсов поступает на,входы блоКов 4 и 5 стробирования и фикоирует в каждом канале фаэо метра мгновенные значения. входных напряжений. Запоминаемые таким образом постоянные напряжения поступают на входы АЦП б и 7 .и дальше в виде кодоз на ОЗУ. 8 и 9. Очередной стро.бируиций импульс Формируется после 45 окончания процесса преобразования

АЦП б и 7 постоянного напряжения предыцущих выборок в коды, занесения этих кодов в ОЗУ 8 и 9 и подачи раз» решажих сигналов на входы формирователя 3. Таким образом, производятся дискретизация и квантование входных напряжений и запоминание ксдов, про» порциональных мгновенным:значейиям напряжений в моменты дискретизации, Если входные напряжения имеют .

Ц =О„si.n(whse);

02 02 sin L0t! то блоками 4 и 5 фиксируются соот-. ветственно напряжениями

" О., =01- si Il (— 1 4 Q );

U =0 sin — 1

2>Т °

2 2ж и

I представляющие. собой уровни постоянного напряжения. Пересчетными блоками 17 и 18 осуществляется последовательное циклическое считывание этих кодов с ОЗУ 8 и 9 и подача их на ЦАП 10 и 11, на выходах которых.формируются переменные непрерывные напряжения. Основные гармоники этих напряжений U10 U11 вЫделенные фильтрами 12 и 13 и поступакщие на нуль-индикатор 14, равны:

0 «.Е siII Я 4 - — +++ V

1О 1О О П

0 1. Е1 в-1 и Яо<- +4 2 где Rq - круговая частота выходных напряжений» пересчетных бло-. ков 17 и 18у

,,4> - начальные фазы этих напря> ений..

Разность фаз выходных напрянений пересчетных блоков 17 и 18 изменяют при номсщи управляющих сигналов нульиндикатора- 14 путем внесения cgoT» . ветствующего временного сдвига момен- . тов заполнения пересчетных блоков

17 и 18. При достижения. синфазности . напряжений на входе нуль-индикатора

14 значение измеряемого фазового сдвига Ч равно фазовому сдвигу напряжений пересчетных блоков 17 и.18, который подается в ЦОУ 2.7 в.момент переполнения пересчетного блока 17.

Разрешаищая способность измерения фазового сдвига .определяется коэффициентом деления частоты К> сигнал генератора 16 пересчетнымй блоками

17 и 18. Фазовый сдвиг выходных напряжений этих схем может принимать дискретные значения где и — целое число, принимакщее значение от 1 до Кд.

Если К =360, то разрешающая способность фазометра рабна 1 . Напряжения. частоты fy с фильтров 12 и

13 поступают на первый и второй формирователи 19 и 20 коротких импуль= сов и далее на первый и второй преобразователи 21 и 22 частоты, на вторые входы которых подается гармонический сигнал от генератора с частотой f /f1-F, где р - целое число боЛьще 2 ; Г< 1/ 2 - частота сигналов на выходе первого и второго преобразователей 21-и 22.

Пусть на первые входы первого и второго преобразователей 21 и 22 поступают соответственно от фильтров.

12 и 13 напряжения:

0I =0 з1 „ + Ч );

U =u si (1 +, 1064 22б где 4! „, 9g - начальные фазы напря- и второго преобразователей 21 и 22 жений 0 „, 0, а найря>кение, посту- для случая дМ =90 > и p=2. пающее от генератора 23 на вторые Интервал времени, пропорциональвходы первого и второго преобразова- ный умноженному значению фазового телей 21 и 22, равно

5 сдвига. рддр, определяется измерителем 26. Частоту сигналов f i ucЦ «О gin(m 4+4 J

P кЬ польэуемых для квантования этого . интервала, выбирают иэ условия где q» начальная фаза напряжения 0 . f« =10,F, где m - целое пол9жительОстаточное значение фазового сдви- .ное число, равное количеству десяга напряжений О!, 0 дЧ= =< .его 10 тичных разрядов отсчета определезначение не превйшает величины дискрета ния интервала. Для рассмотренного меры отсчета фазометра, На выходах пер- примера, когда дискрет меры равен вого и второго преобразователей 21 и 1, а разрешающую способность фазо22 получают напряжения, основные метра необходимо иметь 0,01 гармоники которых соответственно рав- 5 n>=2. Для сохранения формы сигналов необходимо выполнять условие f 7 10F (I

Делитель 25 дол><ен иметь коэффици1 ент.деления частоты сигнала f

q И 2

К = / F, тогда на входы фазового

0 -U2 з>п Я 1- — +р 2+Ч, 2щ детектора 24, управлякшего частотой

1 сигнала генератора 23, будут постугде Й =23iF — круговая частота сигна- пать равные по значению частоты. лов на выходах первого Таким образом, использование в и второго преобразовате- . схеме фазометра дополнительного прелей 21 и 22.

1 I

25 образования частоты и умножения п я при

u "= гФазовый сдвиг напряжений U и этом остаточного значения ф

1 ения фазового у = (>„ -у )=paV.Из этого выра- сдвига позволяет повысить разрешаюжения,видно, что после преобразова- щую способность фазометра на одинния частоты остаточное значение фазо- два порядка без уменьшения быстрового сдвига DV получено умноженным в ЗО действия, а точность измерения — в р раэ. На фиг. 2 показаны эпюры нап- 3-5 раз за счет уменьшения ее эавиряжений, объяснялцие работу первого симости от дискрета измерения.

1064226

2 д//

9uz.2

Составитель Н. Каплин

Редактор A. Лежнина .Техред Т.Фанта . . Корректор Г. Реыетник

Заказ 10526/47 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул, Проектная, 4