Цифровой фазометр

Цифровой фазометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к радиоэлектроизмерительной технике и позволяет расширить динамический диапазон входных сигналов при высокой точности измерений сдвига фаз. Цифровой фазометр содержит каналы 1 и 2, каждый из которых включает стробоскопический преобразователь 3, фильтр 4 и усилитель-ограничитель 5. Кроме того, устройство содержит опорный генератор 12, формирователь 13 ортогонального сигнала, фазовый детектор 14, управляемый генератор 15, вычислительный блок 16, индикаторньй блок 17, генератор 18 импульсов, элемент 19 совпадения и блок 20 управления. Введение в канал элементов 6 и 9 равнозначности , счетчиков 7 и 10, регистров 8 и 11 и образование новых функциональных связей уменьшает уровень сигналов при измерении фазовых сдвигов и позволяет измерять фазовые сдвиги на преобразованной частоте при соотношении сигнал/шум менее 3. 7 ил. с (Л Фиг.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (191 (11) (51) 4 С 01 К 25/00

ВСЕ((1Н,;; я,13

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Itf4SJ1gyt! ТР,А

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4061579/24-21 (22) 23.04,86 (46) 15.09.87. Бюл. М - 34 (71) Научно-производственное объединение Сибцветметавтоматика (72) В.И.Кокорин, И.В.Гагаркин, В.M.ØîðíèêoB и H.Â,Ñàëþê (53) 62 1.3 17.373 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 659984, кл, G Ol К 25/00, 1976.

Техническое описание фазометра

ФК2-12. (54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР (57) Изобретение относится к радиоэлектроиэмерительной технике и позволяет расширить динамический диапазон входных сигналов при высокой точности измерений сдвига фаэ. Цифровой фазометр содержит каналы 1 и 2, каждый из которых включает стробоскопический преобразователь 3, фильтр 4 и усилитель-ограничитель 5. Кроме того, устройство содержит опорный генератор

12, формирователь 13 ортогонального сигнала, фазовый детектор 14, управляемый генератор 15, вычислительный блок 16, индикаторный блок 17, генератор 18 импульсов, элемент 19 совпадения и блок 20 управления. Введение в каждый канал элементов 6 и 9 равнозначности, счетчиков 7 и 10, регистров 8 и 11 и образование новых функциональных связей уменьшает уровень сигналов при измерении фазовых сдви- с

<0 ?????? ?? ?????????????????? ???????????????? ?????????????? ???????????? ???? ?????????????????????????????? ?????????????? ?????? ?????????????????????? ????????????>

Изобретение относится к 3ч I Tðoрадиоизмерительной технике и может быть использовано при разработке фазометрических устройств.

Цель изобретеш1я — рлсширеш(е динамического диапазона входнь1х сигналов при высокой точности измерения сдвига фаз.

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого фазометра; »а фиг.2 — временные диаграммы его работы; на фиг.3 — схема блока управления; на фиг.4 — временные диаграммы его работы; на фиг,5 — схема формирователя ортогональных сигналов; на фиг.6 — схема вычисли,ельного блока; на фиг . 7 — б:1ок-(::.с ((л l. 1Г ор11тмл о I 0 работы.

Цифровой фазометр содержит два идентичных канала 1 и 2, содержащие 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, 13торо »Iso которого соединен с выходом усилителя-ограничителя 5, второй счеT÷llê 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 преобразовате.le;" обоих к((нл.иов, выход стробоскопического ир образователя 3 канала 1 соединен с первым входом фазового дет(.КТор;3 14, первый ных 1д формирователя 13 ортогонального сигнала соединен также с первыми входами первых элементов PABH03HA×Í0ÑÒÜ 6 каналов 1 и 2, второй выход — с первыми входами вторых элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ 9 кана:Iов 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 сонплдения со счетными входами счетчиков 7 и l0 каналов

1 и 2, блок 20 упранг(ения, первый выход которого соединен с входами установки счетчиков 7 и 10 каналов 1 и 2, второй выход — с входам11 записи регистров 8 и 11 I(aI(ajlo13 1 II 2, гретий выход — с управ.(якгщим !IxojToM вычислител1 ного блока 16, четвертый вьгход с элементом 19 совпадения, пятый, шестой, седьмсй и восьмой выходы — с

5 входами упрлнле1шя регистров 8 и 11 каналов 1 и " соотг етстн(нно. Первые входы стробоскопических преобразователей 3 каналов 1 и 2 являются входа1п ми цифроного фазометрл, Блок 20 упрлг131еHHB (фиг. 3) содержит последовательно соед1шенные тактовый генератор 21, делитель 22 частоты, формирователь 23 импульсов и

15 первый 24, второй 25, третий 26 и четвертый 27 элементы задержки. Выходы элементов 24-27 задержки являютсл выходами блока 20 упранлеш1я и соец1шены с входами элемента 1UIH 28, выход которого л13ляется выходом блока

20 управ. (ения. Выходы делителл 22 частоты соед1шены с jIOIIIII(13pBTopoM 29, выход которого является выходом блока 20 управления.

25 формирователь 13 ортогонального сигнллл (фиг.5) содержит счетный триггер 30, к прямому и инверсному ныхо;pa» I nTopn1 о 11oj3,coejIIIlIe«1,l счетные

1 триггеры 31 и 32 соответственно, вы30 хоги,1 которых лиляютсл выходами блока 13.

Вычислите.:ьный блок 16 (фиг.6) содс ржит микро11роцс с сорный мс дуль 33 шина адреса которого соединена с адресными входами постоянного злпом1гнающего элемаHTa 34, оперативного запомина1ощего элемента 35 и входами дешифраторл 36, выходи которого соединены с у I I p 213! IHIOlllj IMH входами запоминающих эл е4(3 ме:г(он Зч и 35. Информационные 13xojjl 1выходы микропроцс.ссорного модуля 33 сое;1инены с выходами постоянного запоминающего э:1смен га 34 и с информаIlIIoI{III>IMII I3:.:одами- в11ходами оперативного запоминающего элемента Зэ управляющие выходы с сигналлми !тение !

I 11 и Запись микропроцессорного модулл

33 соединены с входами упрлн..(ения постолнного и оперлтинного 1апомина1ощих

5(3 эг(ементов 34 и 35 соответственно, Ц1гфроной флзометр работает следующим образом, Входные сиг (алы частстой f,, фаsoIIInI cjjI3»l q между которыми нужно

55 IIçìopèTü, постуllol(3т Hà первые входы стробоскопичес,llx преобразователей 3 каналов 1и 2 (фиг,2а,б), на вторые входы которых поступают короткие импульсы частотой f, с выходов управля3 13378 емого генератора 15 (фиг ° 2 Ь), Управляемый генератор 15 перестраивается сигналом с выхода фазового детектора

14 входящего в кольцо ФАПЧ (ФАПЧ соУ

5 стоит из опорного генератора 12, формирователя 13 ортогонального сигнала, фазового детектора 14 и управляемого генератора 15), таким образом, чтобы преобразованная частота f„ сигналов на выходах стробоскопическйх преобразователей 3 каналов 1 и 2 была постоянной и определялась выражениями:

=Г -nf„

Счетчики 7 и 10 каналов 1 и 2 затем устанавливаются в исходное (нулевое) состояние сигналом от блока 20 управления, 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 и вычислительным блоком 16.

Тактовый генератор 21 вырабатывает импульсную последовательность (фиг,44, поступающую на делитель 22 частоты.

Дешифратор 29, подключенный к выходам делителя частоты обеспечивает формирование импульса (фиг.48) установки счетчиков 7 и 10 каналов 1 и 2 в нулевое состояние. Коэффициент деления делителя 22 частоты выбирается таким, чтобы обеспечить необходимую длительность измерительного цикла Т„ „ п п г с ь где n — номер гармоники частоты f, на которой происходит преобразование на нижней или на верхней боковой частоте соот- 2п ветственно, Выходные сигналы стробоскопических преобразователей 3 каналов 1 и 2 частотой Г„ (фиг.2г,y) поступают на фильтры 4 каналов 1 и 2 соответствен- 25 но. Отфильтрованные сигналы частотой с выходов фильтров 4 (фиг.2е,ж) подаются на усилители-ограничители 5 каналов 1 и 2, Прямоугольные импульсы с выходов усилителей-ограничителей Зп

5 каналов 1 и 2 (фиг.2),ц) подаются на элементы РАВНОЗНАЧНОСТЬ 6 и 9 ка калов 1 и 2 соответственно. Формирователь 13 ортогонального сигнала вырабатывает из сигналов опорного генератора 12 два прямоугольных квадратурных колебания частотой f (ôèã.2, л), первое колебание поступает на элементы РАВНОЗНАЧНОСТЬ 6 каналов 1 о и 2, второе, сдвинутое на 90 относи- 40 тельно первого, — на элементы РАВНОЗНАЧНОСТЬ 9 каналов 1 и 2.

Элементы 6 и 9 каналов 1 и 2 обеспечивают выполнение операций равнозначности сигналов с выходов усилите- 45 лей-ограничителей 5 и выходов формирователя 13 ортогонального сигнала.

Импульсные последовательности (фиг.2, н) с выходов элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ

6 и 9 канала 1 поступают на управляющие входы счетчиков 7 и 10 канала 1 соответственно, импульсные последовательности (фиг,2 o,n) с выходов элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ 6 и 9 канала

2 поступают на управляющие входы счетчиков 7 и 10 канала 2 соответственно.

Сигналы с выходов элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ 6 и 9 используются для управления режимом работы счетчиков

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. (Io 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, и К„К ).

Вычислительный блок 16 вычисляет функции арктангенса отношений измеренных величин, т,е.:

К 2!

g, =arc tg - 1 и q, =are tg —, К, К, берет разность вычисленных значений, т.е.q = q — су и выдает код отсчетаср, равный фазовому сдвигу между входными сигналами устройства, на индикаторный блок 17.

5 13378 (фиг.4 3) измерителя разности фаз при заданной частоте импульсов генератора

21 (фиг.4a). Формирователь 23 импульсов, включенный на выходе делителя 22

5 частоты, обеспечивает формирование импульсов длительностью tn по окончании измерительного цикла Т„ „,(фиг.4 ) для переписи информации из счетчиков

7 и 10 в регистры 8 и 11 обоих каналов. Сигнал с выхода формирователя

23 импульсов проходит элемент 24 за-. держки и через время t> (фиг.4 ) подключает выходы регистра 8 канала 1 квходной шине вычислительного блока

16 для считывания информации иэ регистра 8 в вычислительный блок 16 по сигналу управления, поступающему через элемент ИЛИ 28 (фиг.4и). Затем по сигналу (фиг,4е) считывается ин- 2р формация из регистра 11 канала 1 и т.д. (фиг.4, к).

В формирователе 13 ортогонального сигнала (фиг,5) триггер 30 работает по переднему фронту входных импульсов 25 в режиме деления частоты на два, аналогичным образом работают триггеры

31 и 32. Таким образом, сигналы с выходов триггеров 31 и 32 сдвинуты друг относительно друга на четверть З0 периода выходной частоты, равной а опорный генератор 12 выдает импульсный сигнал частотой 4

В 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 соответственно. Микропроцессорный модуль 33 выполняет об- 4п работку 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 информа- 45 ционной шиной данных (ШД), может иметь управляющие выходы с сигналами

"Чтение" и "Запись" для управления постоянным и оперативным запоминающими элементами 34 и 35 соответствен- 50 но. "Вывод" — для вывода информации по шине ШД в индикаторный. блок 17, вход . Запро прерывания — для ввода информации н вычислительный блок 16 по сигналам от блока 20 управления.

В предлагаемом устройстве расширяется на порядок и более динамический диапазон входных сигналов за счет

15 возможного уменьшения уровней сигналов при измерении фазовых сдвигов.

Введение описанных блоков с указанными связями позволяет измерять фазовые сдвиги на преобразованной частоте при 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 f 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 hf относительно преобразованной частоты f и для фильтров, выполненных íà L -резонансных контурах и расстройке йЧ= 0,05 частоты f

=20 кГц ранна q =<2qaf>

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Цифровой 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, отличающийся 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, 1337815 входная шина которого соединена с выходами первых и вторых регистров первого и второго каналов, а выход — с индикаторным блоком, генератор импульсов, соединенный через введенный элемент совпадения со счетными входами первых и вторых счетчиков обоих каналов, блок управления, первый выход которого соединен с входами уста- 1О новки счетчиков первого и второго каналов, второй выход — с входами записи регистров первого и второго каналов, третий выход — с управляющим входом вычислительного блока, четвер- 15 тый выход — с элементом совпадения, остальные выходы блока управления соединены с входами управления первых и вторых регистров первого и второго каналов, формирователь ортогональных сигналов, вход которого соединен с опорным генератором, первый выход с первыми входами первых элементов

РАВНОЗНАЧНОСТЬ обоих каналов и с вторым входом фазового детектора, второй выход — 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 канала соединены с выходами усилителей-ограничителей соответствующих каналов.

1337815

РГ Йтонам У ммм м/ f аР

h Ьтомам 14 иФ ламю аа /иУ

133781 5

Фиг 7

Составитель С,Кулиш

Техред И.Попович

Редактор А.Лежнина

Корректор А.Тяско

Заказ 4126/43 Тираж 730

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная,