Цифровой фазометр

Цифровой фазометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к фазоизмерительной технике. Цель изобретения - повьшение точности измерения фазового сдвига. Цифровой фазометр содержит два карала 6 и 7, каждый из которых включает блок 13 стробирования, аналого-цифровой преобразователь 15, блок 16 оперативной памяти , цифроаналоговые преобразователи 17 и фильтр 18 нижних частот. Устройство также содержит генератор 2 пилообразного напряжения, цифроаналоговый преобразователь 3, компаратор 4, блок 5 распределения и формирования импульсов, делитель 9,нуль-индика;тор 10, меру 11 фазовых сдвигов и цифровой индикатор 12. В каждый канал 6 и 7 введен накапливающий сумматор 14. Кроме того, в устройство введены формирователь 1 и блок 8 совпадений. Это позволяет получить работу устройства при соотношении сигнал/шум около 3 дБ. В 5...10 раз снижено влияние аддитивных шумов и флуктуационных помех. Наблюдается не менее, чем десятикратное улучшение чувствительности и точности Ф2-16 и Ф2-1 и др. 2 ил. СЛ fU,it tc QD СО «

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1

09) (11) (51) 4 G 01 R 25/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3921208/24-21 (22) 27.06.85 (46) 15.02.87. Бюл. № 6 (72) В.M.Âîâê (53) 621.317.77(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 664120, кл. G 01 R 25/08, 1976.

Авторское свидетельство СССР

¹ 759980, кл. G 01 R 25/08, 1980. (57) Изобретение относится к фазоизмерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения фазового сдвига. Цифровой фазометр содержит два канала 6 и 7, каждый иэ которых включает блок 13 стробирования, аналого-цифровой преобразователь 15, блок 16 оперативной памяти, цифроаналоговые преобразователи

17 и фильтр 18 нижних частот. Устройство также содержит генератор 2 пилообразного напряжения, цифроаналоговый преобразователь 3, компаратор

4, блок 5 распределения и формирования импульсов> делитель 9,нуль-индикатор 10, меру 11 фазовых сдвигов и цифровой индикатор 12. В каждый канал 6 и 7 введен накапливающий сумматор 14. Кроме того, в устройство введены формирователь 1 и блок

8 совпадений. Это позволяет получить работу устройства при соотношении сигнал/шум около 3 дБ. В 5...10 раз снижено влияние аддитивных шумов и флуктуационных помех. Наблюдается не менее, чем десятикратное улучшение чувствительности и точности

Ф2-16 и Ф2-1 и др. 2 ил.

90197 2 а) смесь V полезного. сигнала и помехи в опорном канале;б) смесь V полезного сигнала и помехи в измерительном канале; в) преобразованный сигнал V< (2 t) на выходе накопителя опорного канала амплитудой n - V<, г) преобразованный сигнал V,(g t) на выходе накопителя измерительного канала амплитудой п ° Ч ; шаг g t стробирования.

На фиг; 2 масштаб средней части диаграммы условно увеличен в 5 раз.

Устройство работает следующим образом.

Один из входных сигналов V поступает на формирователь 1, после которого прямоугольные импульсы поступают одновременно на входы генератора 2 пилообразного напряжения и делителя 9 частоты. Выходное напряжение вспомогательного цифроаналогового преобразователя 3, соответствующее коду старших разрядов де25 лителя 9, сравнивается в компараторе 4 с пилообразным напряжением и в момент их совпадения вырабатываются ,строб-импульсы, производящие дис1 кретиэацию входных напряжений в блоках 13.

Строб-импульсы следуют 1 раз в период входного сигнала Т с

1 — Т 8х (1 + — )), где Тб„— период входного сигнала; К вЂ” число выделяемых выборок входного сигнала. !

Фаэометр содержит формирователь

1, генератор 2 пилообразного напряжения, вспомогательный цифроаналоговый преобразователь 3, компаратор 4, блок 5 распределения и формирования импульсов, два идентичных канала 6 и 7, блок 8 совпадения, делитель 9, нуль-индикатор 10, меру 11 фазовых сдвигов, цифровой индикатор 12.Каждый канал выполнен в виде последовательно соединенных блока 13 стробирования, накапливающего сумматора

14, аналого-цифрового преобразователя 15, блока 16 оперативной памяти, цифроаналогового преобразователя 17 и фильтра 18 нижних частот.

Входные клеммы фазометра подсоедийены к первым входам блоков 13 стробирования, причем первая входная клемма подключена также к последовательно соединенным формирователю

1, генератору 2 пилообразного напряжения, компаратору 4 и блоку 5 распределения и формирования импульсов, выходы которого соединены с вторыми входами блоков стробирова ния, вторые входы аналого-цифровых преобразователей соединены с входами блока совпадения, выход которого, соединен с вторыми входами накапливающего сумматора и управляющим входом делителя, фильтры нижних частот соединены со входами нуль-индикатора, подключенного своим выходом через меру 11 фазовых сдвигов к входу цифрового индикатора 12, второй выход меры соединен с вторыми входами блока оперативной памяти, второй вход делителя подключен к выходу формирователя 1, а его выход— к вспомогательному, цифроаналоговому преобразователю 3.

На временных диаграммах (фиг. 2) приняты следующие обозначения:

Изобретение относится к фаэоиэмерительной технике и может быть использовано при создании высокочастотных фазоиэмерителей для широкого диапазона частот, работающих в условиях помех.

Цель изобретения - повышение точности измерения фазового сдвига путем уменьшения погрешности, вызванной влиянием шумов.

На фиг. 1 представлена структурная схема цифрового фазоизмерителя; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

После фиксации и накопления п равноотстоящих выборок входного сигкала, соответствующих 1 порядково40 му номеру строб-импульса старшие разряды делителя 9 изменяют свое состояние, переходя к стробированию

+ 1 номера. Величина п выбирается из условия готовности АЦП произ45 водить преобразование (путем предустановки младших разрядов делителя в заданное число) и должна удовлетворять условию п ° Т „ Т„,где Т„ время преобразования АЦП.

Рассматривается работа фазометра для гармонических напряжений. U з1п ы ; П2 = 0,„ э1п (у

+ (), когда блоками 13 в моменты

55 появления i-о строб-импульса эафиксируются соответственно выборки

2 л i

U, =V, sin

1rn К

129Я1

20

sin

25

UI =n ° U, sin

И вЂ” +

<>), ) 1 (ge

21

II

К sin

Уг г

° sin x

lI — +

К ч +г,) ° (nt

35. и где и = 2IIF записать: п

j=1

V„(t;) где i = О, 1, 2,..., К-1 — порядковый номер строб-импульсов. Каждое значение выборки, соответствующее определенному -у значению номера выборки, многократно накапливается нарастающим итогом на накапливающем сумматоре 14 ° Число накопления зависит от коэффициента деления делителя 9. Накопленные значения поступают на входы AUII преобразователей 15 и далее в виде кодов на входы блока 16 оперативной памяти.

Кодовыми сигналами адреса, вырабатываемыми мерой 11, осуществляется последовательное считывание этих кодов и подача их через ЦАП

17, на выходе которых формируются переменные напряжения частотой Я

Основные гармоники этих напряжений, выделенные фильтрами 18, равны — круговая частота сигналов меры фазовых сдвигов; (> (>> — начальнын фазы т>> этих напряжений;

n — число накопленных выборок.

РаЗНОСтЬ фаэ С = < с — (1>г ВЫходных напряжений меры 11 изменяется с помощью управляющих сигналов нульиндикатора 10. При достижении синфазности напряжений на входах нуль-индикатора выполняется равенство (p = (( в этот момент измеряемый фазовый сдвиг индицируется цифровым индикатором 12. Накапливающие сумматоры

14 выполняют отработку сигнала в .промежутки времени, когда АЦП не го55 товы производить измерение.

Рассматривается процесс уменьшения влияния шумов на устройство, выполненное по такой структурной.схе97 4 ме. Входные напряжения фазометра представлены в виде аддитивной смеси полезного сигнала и шума„ т.е. случайных во времени функций

2 г га °

ГдЕ V 1 И V — рЕГуЛярНЫЕ СИгиаЛЫ;

V а и V а — помехи в каналах.

Мгновенные значения сигналов U u

U многократно фиксируются внутри интервала накопления для каждой х-й точки периода, а отсчеты накапливаются и

v„ = 2: (v,(c,> + v,„ (c,)j;

3=1 и — (v,(с,) + ч„(с,)) с

j=1 и,, = (ч,(с() + ч,„(c,>)

3=1 (v,(c. ) + ч„(с, )j

3=1

v Е: (ч,(c.,> + v,„(c,>)

3=1

v,, = с (v,(c.;) + v,„(с,))

3-1 где с, >(°

Т ° i

1 к

Т „- период входного сигнала;

К вЂ” число точек на периоде;

= О, 1, 2,...,К 1;

Для независимых отсчетов можно ц „ = + U6 = и ч,(.,) +

1290197 6

5 . дачи накапливающего сумматора для п V, (t )

v„„(t,)

j --1

V, (t ) и

Э

v„(t,)

j=1 п где nfV„(t,);

j=1

Ч „(t, ) — диспер2 сии по25

30 мех в каналах.

Вследствие принятого допущения о независимости отсчетов и в виду стационарности помех в каналах можно считать эквивалентным усреднение по ансамблю и по времени, а отношение сигнал/шум на выходе накапливающих сумматоров имеет вид

V, (t, п

11

v, (t;) и jvÄ (t.,))

В тоже время отношение сигнал/шум для взводных сигналов фазометра имеет вид

V i (ti

ii ВхоД

5р ка оперативной памяти, последовательно соединенные генератор пилообразного напряжения, компаратор и блок распределения и формирования импульсов,.выходы которого соединены с

v, (t;)

21 ВХОД

Таким образом, применение простых устройств синхронного накопления (совместного использования накапливающих сумматоров и делителя) значительно улучшает соотношение синал/шум на входе АЦП, что позволяет значительно

I.t, U n V (t ) +

j=1

Как известно, отношение мощностей сигнала и помехи на выходах ), и имеет вид:

45 снизить погрешность фазометра при воздействии шумов. Так, при использовании делителя с коэффициентом деления 100 (и=100) коэффициент переполезного сигнала практически на порядок превышает его значение сигнала помехи, что позволяет на порядок повысить точность измерения фазового сдвига (до значений 0,1 — 0,2 )..

Изменение коэффициента синхронного накопления путем регулирования коэффициента деления счетчика (например, путем предустановки заданного числа) позволяет оптимально согласовать шкалу АЦП с динамическим даипазоном входных преобразуемых напряжений и устранить фазоамплитудную погрешность фазометра.

Как.известно, точность фазовых навигационных систем в основном определяется точностью применяемых в них.фазоизмерителей, которая в свою очередь, ограничена погрешностью возникающей от влияния аддитивных шумов и флуктуационных помех.

Указанные составляющие могут быть значительно снижены (в 5-10 раз) использованием предлагаемого устройства.

Формула изобретения

Цифровой фазометр, содержащий два идентичных канала, каждый из которых содержит блок стробирования, первые входы которых являются входными клеммами фазометра, и последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, блок оперативной памяти, цифроаналоговый преобразователь и фильтр нижних частот, выходы фильтров нижних частот соединены с входами нуль-индикатора, выход которого через меру фазовых сдвигов подсоединен к входу цифрового индикатора выходы меры фазовых сдвигов соединены с вторыми входами бловторыми входами блоков стробирования, а также делитель, который через вспомогательный цифроаналоговый преобразователь соединен с вторым входом компаратора, о т л и ч а ю—

1290197

Составитель IO.Nàêàðeâè÷

Техред А.Кравчук Корректор С.Черни

Редактор С.Лисина с

Заказ 7895/41 Тираж 751 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по. делам изобретений и открытий

II303S, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 шийся тем, что, с целью повышения точности измерения путем уменьшения погрешности, вызванной влиянием шумов, введены формирователь, блок совпадения и в каждом канале накапливающие сумматоры, первые входы которых соединены с выходами соответствующих блоков стробирования, а вторые входы — подсоединены к выходу блока совпадения и управляющему входу делителя, второй вход которого соединен с выходом формирователя вход которого соединен с первой клемМоА фазометра, а входы блока совпадения подсоединены к вторым выходам аналого-цифровых преобразователей.