Фазометр

Фазометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: изобретение относится к измерению электрических величин и может быть использовано для измерения разности фаз двух высокочастотных и сверхвысокочастотных колебаний. Цель изобретения -повышениеточности измере

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 R 25/00

--иь

2 - МАФИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТ%:НТ СССР) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4950140/21 (22) 29.04,91 (46) 23.05.93. Бюл.№ 19 (72) Б.А.Карпенко, И,Ф,Поляков, В.С,Серегин и Е.А.Якорнов (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 828112, кл,G 01 R 25/00, 1981, (54) ФАЗОМЕТР (57) Использование: изобретение относится к измерению электрических величин и может быть использовано для измерения разности фаз двух высокочастотных и сверхвысокочастотных колебаний. Цель изобретения — повышение точности измере00

О (л) 18170 „ f

35 ния и быстродействия фаэометра. Сущность изобретения: фазометр содержит два коммутатора (1), фазорасщепитель (2), четыре сумматора (3) и детектора (4), аналого-цифровой преобразователь (5), четыре умножителя (6), блоки опорных коэффициентов (7), нормировки (8), формирователя оценки (9), определения конца вычисления (10), калибровки (11),. обнаружения сигнала (12), определения констант (13) и управления . (14). 1 — 2 — 3 — 4 — 5 — 6 — 8 — 9 — 10 — 14, 14-10, 1413, 14 — 9, 14 — 7 — 6, 14 — 11, 14 — 1, 4 — 12 — 14, 11-1, 14-1, При поступлении на входы фазометра через коммутаторы 1 двух колебаний с помощью фазорасщепителя происходит их разделение, получение фазовых сдвигов на 90О, суммирование, детектирование и преобразование проИзобретение относится к измерению электрических величин и предназначено для измерения разности фаз двух высокочастотных и сверхвысокочастотных колебаний.

Цель изобретения — повышение точности измерения и одновременно быстродействия фазометра, Поставленная цель достигается введением в фазометр двух коммутаторов, установленных на его входах, аналого-цифрового преобразователя, четырех умножителей, блока определения коэффициентов, блока нормировки, формирователя оценки, блока определения конца вычисления, блока калибровки, блоков обнаружения сигнала, управления и определения констант.

Отличие предлагаемого фазометра от известного заключается в принципиально другой обработке низкочастотных огибающих на выходах квадратичных детекторов, что обусловило ненужность обоих измерителей отношения напряжения и блока преобразования кодов, а потребовало введения вышеуказанных блоков с соответствующими связями между ними.

Указанное отличие в способах обработки колебаний на выходах реальных детекторов обеспечивает достижение положительного эффекта — повышение точности измерения разности фаз двумя сигналами в реальных условиях эксплуатации и одновременно повышение быстродействия фазометра.

Проведенный анализ известных технических решений показал, что они не имеют детектированных колебаний в цифровой код. Цифровая часть фазометра осуществляет определение величины фазового сдвига между входными колебаниями с учетом разброса параметров диодов и их флуктуаций из-эа температур и естественного старения путем использования адаптивного алгоритма минимизации среднеквадратической ошибки. Для реализации алгоритма предусмотрены этап калибровки фаэометра по замене диодов, позволяющий определить коэффициенты восстановления, приближающие реальные низкочастотные напряжения огибающих на выходе детекторов к идеальным и аналогичный этап при включении фазометра, который учитывает текущие изменения параметров диодов. 4 з,п,ф-лы, 4 ил, сходных признаков, отличающих заявляемое решение от прототипа. Следовательно, заявляемое устройство обладает существенными отличиями .

На фиг.1 приведена структурная схема фазометра; на фиг.2 — структурная схема цифровой части устройства; на фиг,3 — вид идеальных и реальных низкочастотных огибающих напряжения на выходах квадратичных детекторов; на фиг.4 — обобщенная блок-схема устройства, поясняющая его принцип действия, Фаэометр (фиг.1 и 2) содержит два коммутатора 1, установленные соответственно на входах устройства, фазорасщепителя 2 на восемь выходов, четыре сумматора 3, входы которых соединены с соответствующими выходами фазорасщепителя 2, четыре квадратичных детектора 4, входы которых соединены соответственно с выходами сумматоров 3, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 5, первые четыре входа которого соединены с выходами квадратичных детекторов 4, четыре умножителя 6, первые входы которых соединены с соответствующими выходами аналого-цифрового преобразователя 5, блок опорных коэффициентов 7, четыре выхода которого соединены соответственно с вторыми входами умножителей 6, блок нормировки 8, четыре входа которого соединены с соответствующими выходами умножителей 6, формирователь оценки 9, первыедва входа которого соединены с пятым и шестым выходами бло10

30 ка нормировки 8, блок определения конца вычислений 10, первый вход которого соединен с выходом формирователя оценки 9.

181703 у блок калибровки 11, два выхода которого ровходом блока управления 14, схему И 19 соединены с вторыми входами коммутато- (вдальнейшем схемы И для кратности назыров 1, блок обнаружения сигнала 12, четыре ваются вентилями), первый вход которой совхода которогосоединенысоответственнос единен с выходом регистра 18, а выход выходами квадратичных детекторов 4, блок 5 является выходом фазометра, вычитатель определения констант 13, первыедва входа 20, первый вход которого соединен с выхокоторого соединены соответственно с дом вычитающего устройства 9, а второй третьим и четвертым выходами блока нор- вход — с выходом сдвигового регистра 18, мировки 8, а его четыре выхода соединены компаратор 21, вход которого соединен с соответственно с третьим, четвертым, пя- 10 выходом вычитателя 20, инвентор 22. оба тым и шестым входами формирования оцен- входа которого соединены с выходом комки 9, блок управления 14, первыедва входа паратора 21, а выход соединен с вторым которого соединены соответственно с пер- входом вентиля 19 и первым входом блока выми двумя выходами блока нормировки 8, 10, вентиль 23, первый вход которого соедитретий вход — с первым выходом блока оп- 15 нен с выходом формирователя 9, а второй ределения конца вычислений 10, а четвер- вход — с выходом компарэтора 21, вентиль тый вход — с выходом блока обнаружения 12, 24, первый вход которого соединен с выховторой выход блока определения конца вы- дом вентиля 23, второй вход — с вторым числений 10 соединен с входом блока опор-, синхровходом блока 10, а выход соединен с ных коэффициентов 7, а его третий выход 20 вторым выходом блока 10, является выходом фазометра. Первые три Блок калибровки 11 выполнен (фиг.2) из выхода блока управления 14 соединены со- последовательно соединенных генератора ответственно с третьим, четвертым и пятым 25, делителя мощности 26 и дискретного входами блока определения констант, а чет- фазовращателя 26, Выход фазовращателя вертый выход блока управления — с входом 25 27 являются выходами блока калибровки 11, блока калибровки 11, Первый синхровыход а вход управления фазовращателя 27 — вхоблока управления 14 соединен с синхровы- дом блока, ходами коммутаторов 1, второй синхровы- Блок обнаружения сигнала 12 содержит ход — с синхровходом аналого-цифрового (фиг.2) четыре компаратора 28, соединенпреобразователя 5, третий — с синхровхода- 30 ных с выходами квадратичных детекторов 4 миблокаопорныхкозффициентов7,форми- (см.фиг,1), выходы первых двух компарато рователя оценки 9, блока определения ров 28 соединены с входами первой схемы констант 13 и первым синхровходом блока ИЛИ 29, а выходы третьего и четвертого определения конца вычисления 10, а чет- компараторов — c входами второй схемы вертый синхровход соединен с вторым син- 35 ИЛИ. хровходом блока определения конца Выходы обоих схем 29 соединены с совычисления 10. ответствующими входами вентиля 30, выход

Блок нормировки 8 (фиг.2) выполнен на которого является выходом блока обнар— двух сумматорах 15, двух вычитателях 16 и жения 12.

У двух делителях 17. Причем входы первых 40 Блок определения констант t3 (фиг,2) сумматора и, вычислителя соединены с вы- состоит из каскадно соединенных оперативходамипервыхдвухумножителей 6,а входы ного запоминающего устройства (ОЗУ) 31, второй пары сумматор — вычислитель — с вычислительного устройства 32 и мультивыходами третьего и четвертого умножите- плексора 33, причем первые два входа блока лей 6. Выходы обоих сумматоров 15 соеди- 45 13 являются входами ОЗУ 31, третий вход— нены с первыми вхо ами д ми делителей 17. вторымвходомвычислительногоустройства

Вторые входы делителей 17 соединены с 32,а выходы мультиплексора 33 — выходами выходами вычитателей 16. Одновременно блока определения констант. Третий синхзти же выходы вычитателей 16 соединены с ровыход блока управления 14 соединен с первыми двумя входами блока управления. 50 синхровходом мультиплексора 33.

Выходы знаковых разрядов вычитателей 16 Блок управления 4 содержит(фиг.2) венсоединены с первыми двумя входами блока тиль 34, счетчик 35, вход которого соединен определения констант 13, Выходы делите- ° с выходом вентиля 34 и вторым синхровылей 17 соединены с входами формирователя ходом блока, первый выход является четвер9, представляющего собой вычитающее ус- 55 тым выходом блока управления, а второй тройство. выход — вторым выходом блока управления, Блок определения кон а ы ц в числений 10 вентиль 36, первый вход которого соединен (фиг.2) содержит сдвиговый регистр 18, вход с четвертым входом бл к дом лока управления, вен-., первый вход которого соединен с которого соединен с выходом формировэте- тиль 37, первый вхо, кот ля оценки 9, а синхровход — с третьим синх- выходом вентил 36 я и третьим синхраводом

181703/ блока управления, схему ИЛИ 38, первый вход которой соединен с .выходом вентиля

37 и вторым синхроводом блока управления, а второй вход — с третьим входом блока управления, триггер 39, вход которого соединен с выходом схемы 38, а выход — с вторым входом вентиля 37, схему ИЛИ 40, первый вход которой соединен с цепью сигнала переноса счетчика 35, триггер 41, вход которого соединен с выходом схемы 40, а

- первый выход — с вторым входом вентиля

34, компараторы 42 и 43, входы которых соединены соответственно с первыми двумя входами блока управления, схему ИЛИ

44, входы которой соединены с выходами компараторов 42 и 43, счетчик 45, вход которого соединен с выходом схемы 44, цепь сигнала переноса соединена со схемой ИЛИ

40 и цепью сигнала переноса счетчика 35, а его выход является первым выходом блока управления, вентиль 46, первый вход которого соединен с вторым выходом триггера 41, счетчик47, входкоторогосоединенс выходом вентиля 46, выход является третьим выходом блока управления, а его цепь сигнала переноса соединена с вторым входом схемы ИЛ И 40, триггер 48,вход которого соединен с цепью сигнала переноса счетчика 47, первый выход является первым синхровыходом блока управления, а второй выход — четвертым синхровыходом блока, сдвоенйый вентиль 49, совмещенный со схемой ИЛИ, первый и третий входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами триггера 48, а его выход соединен с первым входом вентиля 34 и вторыми входами вентилей 36 и 46, тактовый генератор 50, два выхода которого соответственно соединены с вторым и четвертым входами вентиля 49, Устройство работает следующим образом.

На входы фазорасщепителя 2 через (фиг.1) коммутаторы 1 поступают два высокочастотных колебания, разность фаз которыми необходимо определить. Эти колебания в зависимости от режима работы фаэометра могут поступать от внутреннего генератора, установленного в блоке калибровки 11, или от внешнего источника. Фазорасщепитель 2 как и в прототипе формирует

4 пары колебаний. синфазную, противофазную, отличную на 90О, отличную на — 90О. Эти пары колебаний складываются на сумматорах 3 и подаются на квадратичные детекторы 4, на выходах которых выделяется напряжение низкочастотных огибающих (фиг,3), Причем реальные низкочастотные огибающие напряжения (фиг,3,6) существейно отличаются от идеальных (фиг.3,а), Это отличие обусловлено, во-первых неи20 (фиг.3,6), Обобщенная структурная схема устройства, реализующего адаптивный алгоритм МСКО, содержит(фиг.4) умножитель, на один из входов которого подаются сигна30 лы Х1„.Х4 с выходов детекторов, устройство нормирования, устройство F (Xn,Wkn), определяющие текущую оценку разности л фаз (Ap<) Ro восстановленным нормированным значениям напряжений с выходов

35 четырех детекторов, устройство F (Лр + 1), определяющее значения четырех коэффициентов восстановления, по текущей разно. сти фаз Arj5<, элемент единичной задержки и устройство вычитания, управляющее дву40

- F(Xn, Wk+ 1) =О.

55

15 дентичностью путей прохождения колебаний до диодов и их вольт-амперных характеристик и, во-вторых, флуктуациями этих характеристик из-за температуры и естественного старения. Искажения фазовых характеристик низкочастотных огибающих можно существенно снизить, если учесть априорную информацию о реальных характеристиках диодов. В случаях, когда ошибки измерения, обусловленные искажениями фазовых характеристик, больше ошибок измерения, обусловленных шумом, устранение первых может существенно улучшить точность измерения и приблизить ее к потенциально возможной. Для чего дальнейшую обработку огибающих напряжений на выходах детекторов 4 для реальных условий эксплуатации фазометра целесообразно вести с помощью адаптированного алгоритма минимизации среднеквадратичной ошибки (MCKO). Суть алгоритма применительно к рассматриваемому классу фазометров заключается в том, что он восстанавливает искаженные фазовые характеристики (фиг.3,6) до уровней боковых к идеальным мя ключами.

Принцип действия алгоритма MCKO заключается в итерационной процедуре подстройки весовых коэффициентов восстановления (W) до значений оп, при которых на выходе схемы вычитания образуется нулевой уровень, то есть л и

ЛР, +1 — ЛР, = F(XÄ; Wk„)п л где Лр ; Лр +1 — текущие оценки разности фаэ на k u k + 1 шаге итерации. и

Так как текущую оценку Л р можно представить в виде

Афти =Ag+d рk, где Арам — оптимальная оценка, а др, — текущая ошибка измерения, то уравнение (1) можно переписать в виде:

1817037

10 Pk+i — ЛР, =F(X,, (2) (4) я = — — я2 (5) становления. Эти коэффициенты определял л ются на этапе отладки фазометра в завод+ Л, +, } ) F Х . ских условиях или при замене вышедших из строя диодов в процессе эксплуатации, Ди5 скретность определения значений коэффициентов восстановления должна соответствовать потенциальной точности а предел этого выражения измерения фазы при заданном соотношении сигнал/шум, т.е. чем больше дискретиК -з» о»

im p k +-- 1 — Л тЛ» 1 = 0

Лтл ) = 10 зация, тем больше точность измерения предлагаемого фазометра. Для этого от спеили lim Л = lim (Л +д }= (Л<ре + д > } = циального генератора с прецезионным фазовращателем на вход фазометра подаются

{ и, уЧопт } — -фо (3) по фазе сигналы, например, с дискретно„То есть текущая оценка разности фаз 15 стью в (2 — 3)о, начиная с нуля. На выходах

Лр< сходится к оптимальной, а точность оп- детекторов 4 фиксируются соответствуюределения фазового сдвига близка к потен- щие амплитуды напряжений для каждого дискрета Одет1 (Лучист ): Ц = 1 — 4). В проИтерационная процедура алгоритма цессе измерения определяются также 5 пеMCKO согласно выра>кения (1) реализуется 20 ресечений фазовых сдвигов Л р1, Лр.. Л следующим образом (фиг,1, 4). Лр4 и Aps (в дальнейшем для упрощения

11 т-дк Р3

Колебания с выходов детекторов 4 записи р дет ИЛИ 1 — 4) ЧЕРЕЗ аНаЛОГО-ЦИфРОВОй ГО фаЗОВОГО ДИСКРЕта В ПЗУ 7 ЗаНОСЯтСЯ четыре коэффициента восстановления, ковходы умножителей 6. На вторые входы ум- 25 торые определяются по формулам: ножителей 6 с блока опорных коэффициентов 7 поступают весовые коэффициенты В/ 1+sinЛ восстановления, На выходах умножителей 6

Х образуются четыре восстановленных на2 пряжения, которые поступают на блок (уст- 30 ройство) нормировки 8, С выхода устройства нормировки пронормированные восстановленные напря>кения поступают на устройство F (Хп; Wkn) (формирователь

1 — sin Л оцен ки 9), оп редел я ю щее текущую оценку 35 разности. Если предыдущее значение оценки разности фаз Ар<-1 не равно Лр<, то

0детмакс значение Лтр< через открытый ключ Кл.1 - дет (Лфисц } (фиг.4) поступает на устройство F (Ap<+ 1) (т13у7), определяющее знянение козффици- 4О Л,л = (т 18о ентое еосстеноеления INI< по текущеи сцен- ул утн ке Л .Э р, 3Та итерационная процедура — значения сдвига фазы в различных сектопродол>кается до тех пор, пока .значение рах, которые зависят от реальных значений оценки разности фаз Л тт>к с точностью, зада- пеРесе е P1 — у а: ваемой порОговым уровнем, будет равно 45 детмакс наибольшая амплитуда напрязначению предыдущей оценки Лp<.т. Тогда жений на выходах детекторов; на выходе устройства вычитания (фиг,4) об- р и p, — фазы пересечений соответстI разуется нулевои уровень, который закры- вующие началу и конце диапазона опредевает ключ Кл,1 и открывает ключ Кл.2, ления коэффициентов восстановления, (Ключи, устройство вычитания и элемент 50 Здесьидалее грани единичной за и задержки находится в блоке on- ются следующие значения фаз пересечеределения конца вычисления 10 (фиг.1, 2)). ний: р< на выходе ключа Кл. i является опти- тщ, рз, третьего —,, 4, четве того— мальной оценкой по критерию МСКО и это 55 4,, и г ани ами значение поступа ф

Kàê ет на выход азомет а. р . значения пересечений, в интервале межд ак следует из вышеизложенного, я к т жду реализации ите а ио, для которыми происходит определение коэффихо ации итерационного алгоритма необ- циентов восста о димо иметь значения коэффициентов восстановления.

1817037 напряжений начинает работать тактовый генератор 50 блока управления 14, счетчики

36, 45 — 47 обнулены, а на выходах Q триггера

41 и Q триггера 48 соответственно формируются логические единицы, Начинается первый этап работы фазометра — этап калибровки, необходимый для учета длительных флуктуаций характеристик устройства, .т.е, для определения изменившихся значений фаз перекрытий, его реальных характеристик, Для этого с триггера 48 управляющие сигналы Q = 1 и Q = 0 поступают на входы сдвоенного вентиля 49 (коммутатора тактовых частот FT и fT). Одновременно

Q = 1 поступает на коммутатор входных сигналов 1 (фиг,1), благодаря чему на фазовращатель 2 подаются два сдвинутых по фазе фазовращателем 27 сигнала с калибровочного генератора 25 блоки калибровки 11, Дискретное изменение разности фаз h,$ на выходах фазовращателя 27 осуществляется с помощью счетчика 35, синхронизируемого тактовыми импульсами с частотой FT, проходящими через открытые вентили 49 и 34. Сигналы, прошедшие фазорасщепитель 2, сумматоры 3 и детекторы 4 и соответственно пропор1 +cos Лук 1 — cos Л циональные

2 2

30, поступают

Ск

sin (К2 arcsln S» ) если 5 > О, Ск

5» (8a) К

sin (К2 arcsin С») если О, Ск

>к (8б) Uвд1к 0ед2к

С»в

U вд1к U ед2к

0вдзк Овд4к

Бк=

Овдэк + Овд4к (9) Особенности коэффициентов восстановления в различных секторах фазового пространства по соотношениям (4), (5) и (6) видны из табл,1.

Однако, полученные по формулам (4), (5) и (6) значения коэффициентов восстановления не учитывают процессы старения диодов и изменения теплового режима работы фазометра.

Поэтому перед началом измерений в

- предлагаемом фазометре происходит уточнение меняющихся значений фаз перекрестий с помощью калибровочного генератора 24 и фазовращателя 26 (фиг,2) и на основе этих уточнений — в блоке определения констант 13 ряда постоянных величин для каждого из рассмотренных выше секторов.

Соотношения для определения этих величин сведены в табл,2.

Здесь учитывает сдвиг реальных косинусных и синусных характеристик, поскольку они имеют разный масштаб. После определения данных констант и занесения их в оперативное запоминающее устройство 31 (фиг.2) фазометр rome к измерению фазовых сдвигов сигналов, поступающих на

его входы, с помощью алгоритмов МСКО.

Причем определение значения производится по формуле

h.p(= ф„+ К1 агстЯ р (7) cos h

О,— з п Л где Uâä — восстановленное значение напряжения на выходе J детектора при К шаге интеграции, Рассмотрим более подробно работу цифровой части фазометра (фиг.2) с точки зрения синхронизации и последовательности проведения операций и реализации алгоритма МСКО. При подаче питающих

2 2 на входы АЦП 5 и одновременно на входы четырех компараторов 28 блока обнаружения сигнала 12, Поскольку выходы компараторов 28 с противофазными сигналами на их входе объединены схемами ИЛИ 29, то на выходе схемы И 30 при наличии сигналов на выходах детекторов 4 образуется единичный уровень, который открывает вентиль 36 блока управления 14, При этом первый тактовый импульс с тактового генератора 50 через открытую часть сдвоенного вентиля

49, открытый вентиль 36 и открытый в исходном состоянии вентиль 37 поступает на управляющий вход АЦП 5 и триггер 39 блока управления 14. Триггера 39 переключается и закрывает вентиль 37. По управляющему сигналу АЦП 5 производит цикл преобразования напряжений, поступающих с детекторов 4 в цифровые ходы, которые поступают на первые входы соответствующих умножителей с нулевых ячеек запоминающего уст ройства (ПЗУ) блока опорных коэффициентов 7 по управляющему импульсу, поступающему с выхода вентиля 36, подаются коды, соответствующие единицЕ..

Этот процесс повторяется с частотой F для каждого фазового сдвига, определяемого дискретностью фазовращателя 27, При

181703,7 этом на вторые входы умножителей 6 с ПЗУ

7 все врамя поступают коды единиц, поскольку с блока определения конца вычисления 10 с каждым тактовым импульсом поступает код адреса нулевой ячейки, в ко- 5 торой записаны единицы, Последнее достигается тем, что вентиль 24 блока 10 на время калибровки закрыт нулевым потенциалом, поступающим со второго выхода триггера

48, Выходы умножителей 6 противофазных 10 каналов подключены попарно к входам соответствующих сумматоров 15 и вычитателей 16, которые являются входами блока нормировки 8.

При достижении разности фаз входных 15 сигналов значений, соответствующих пересечениям противофазных характеристик измерительных каналов, на выходах соответствующих вычитателей образуются нулевые уровни. Вследствие этого на выхо- 20 де соответствующего компаратора 42 или 43 образуется перепад "1 — 0", который через схему ИЛИ 44 поступает на счетный вход счетчика 45 блока управления 14. Счетчик 45 является счетчиком адреса оперативного 25 запоминающего устройства (ОЗУ) 31 блока определения констант; При поступлении первого импульса на вход счетчика 45 изменится его выходной код и по этому адресу в .

ОЗУ 31 записывается код фазы пересече- 30 ния, поступающий со счетчика 35 блока управления 14, Коэффициент пересчета счетчика 45 равен 5, т.е. количеству пересечений противофазных характеристик измерительных каналов в диапазоне измерения 35 (см.фиг.3), При зафиксировании в ОЗУ 31 кодов фазы пяти пересечений во всех разрядах счетчика 45 окажутся единицы. С поступлением очередного импульса с выхода схемы ИЛИ 44 этот счетчик обнуляется, 40 вследствие чего сигнал переноса со счетчика 45 обнуляет счетчик 35 и поступает через схему ИЛИ 40 на вход триггера 41, Триггер

41 переключается и закрывается вентиль 34 для прохождения тактовых импульсов на 45 вход счетчика 47.

С этого момента заканчивается этап калибровки и начинается второй этап — этап определения констант k<, kz, Ли уЪ фазовых характеристик измерительных каналов, вы- 50 ражения для которых приведены в табл.2 (р„— в табл.1). Для определения констант используются коды фаз пересечений реальных фазовых характеристик, записанные в

ОЗУ 31 блока 13 на соответствующих адре- 55 сах. Определение постоянных осуществляется в вычислительном устройстве 32 блока определения констант 13, которое может, быть выполнено, например, на ЗУтабличноro типа. Вычислительное устройство 32 управляется счетчиком 47 блока 14. Оно имеет четыре группы выходов, соответствующих четырем секторам, Каждая группа выходов состоит из четырех выходов, соответствующих четырем константам, При приходе первого тактового импульса через открытый вентиль 46 изменяется выходнои код счетчика 47 и происходит вычисление четырех констант, соответствующих первому сектору, Коды этих констант засылаются на первые четыре выхода вычислительного устройства 32 блока 13. При определении констант всех четырех секторов очередной тактовый импульс вызывает обнуление счетчика 47, а его сигнал переноса через схему

ИЛИ 40 поступает на вход триггера 41, переключая его. Триггер 41 открывает вентиль

34 и закрывает вентиль 46 и устройство возвращается в исходное состояние. Одновременно сигнал переноса счетчика 47 переключает триггер 48, который своими выходными потенциалами переключает коммутатор 1 (фиг,1) и коммутатор-вентиль

49. В этот момент заканчивается этап определения констант и фазометр готов к определению разности фаз реальных сигналов, поступающих на его входы.

Тактовые импульсы с частотой повторения fT поступает на вход вентиля 36 через открытый вентиль 49. Если на вход фазометр поступают сигналы, то с выхода схемы

И 30 подается сигнал, открывающий вентиль 36. При этом первый импульс тактовой частоты через открытый в исходном состоянии вентиль 37 поступает на управляющий вход АЦП 5. По этому импульсу в АЦП 5 происходит преобразование напряжений, снимаемых с детекторов 4, в соответствующие им цифровые коды, которые поступают на первые входы умножителей 6, На вторые входы умножителей 6 с блока опорных коэффициентов 7 (ПЗУ) по управляющему тактовому импульсу, прошедшему вентиль 36, поступают коды коэффициентов восстановления, соответствующих нулевому адресу, т,е. коды единиц, поскольку отсутствие управляющего сигнала с адресом ячейки на выходе вентиля 24 блока 10 автоматически соответствует первому адресу ПЗУ 7.

Коды восстановленных значений напря- . жений с выходов умножителей 6 противофазных измерительных каналов подключены попарно к входам соответствующих сумматоров 15 и вычислителей 16 блока нормировки 8. На выходах соответствующих вычитателей 16 образуются коды разности UB+1K UB K и Ul\+3K-UB+4I((см. выражение (9)), а на выходы сумматоров 15— коды сумм этих же восстановленных напря15

1817037

55 жений. Эти коды поступают на входы соответствующих делителей 17, на выходах которых будут иметь место коды коэффициентов С» и S» выражения (9), поступающие в дальнейшем на вычислительное устройство 9 (формирователь оценки), Выходы знаковых разрядов вычитателей 16 подключены к соответствующим адресным входам мультиплексора 33 блока определения констант 13. При этом код 00, поступающий на мультиплексор 33, соответствует первому сектору измерения (p — рг ), 01— второму (р — рз ), 10 — третьему (рз — р4), 11 — четвертому сектору измерения ,(ф4 — e ) В соответствии с этим кодом с выхода мультиплексора ЗЗ по управляющему тактовому импульсу на формирователь оценки 9 подаются коды четырех констант (к1, 2, 1 и н).

По управляющему тактовому импульсу с вентиля 36 блока управления 14 в формирователе оценки 9 происходит вычисление первой оценки разности фаз принимаемых сигналов (Лф ) с помощью формулы 7. С выхода вычислительного устройства 9 код, соответствующий первой оценке разности фаз Ар<, поступает на вход блока определений констант вычислений 10, к которому подключены первые входы регистра 18, вычитателя 20 и вентиля 23..

На второй вход вычитателя 20 блока 10 по управляющему тактовому импульсу, поступающему на сдвиговый регистр 18, с выхода регистра 18 поступает код предыдущей оценки разности фаз, т,е. код нуля. Поэтому сигнал с выхода вычитателя 20, равный разности Л р< — Л р — > (не равный нулю), поступает на вход компаратора 21, с выхода которого единичный уровень поступает на вход инвертора 22 и на управляющий (второй) вход вентиля 23. Код, соответствующий первой оценке разности фаз, с входа блока

10 через открытые вентили 23 и 24 поступает на адресный вход ПЗУ 7. С выхода ПЗУ 7 в соответствии с новым адресом на умножителе 6 поступают коды коэффициентов восстановления, При приходе очередного тактового импульса с частотой tT процесс вычисления и очередной оценки разности фаз Ap<+ 1 повторяется. Этот процесс повторяется до тех пор, пока разность между текущим и предыдущим значениями оценки разности фаз будет меньше определенного значения, зависящего от точности и времени измерения (т.е.количества итерации). В этом случае на выходе компаратора 21 образуется нулевой уровень, который закрывает вентиль 23 и тем самым прекращает итерационную про5

45 цедуру. Одновременно единичный уровень с выхода инвертора 22 поступает на управляющий вход выходного вентиля 19 и через схему ИЛИ 38 блока управления 14 — на вход триггера 39, который переключается, При этом с выхода сдвигового регистра 18 через открытый вентиль 19 на выход фазометра поступает оптимальная оценка разности

f. фаз Ар«> двух сигналов, полученная методом МСКО, Одновременно очередной тактовый импульс через открытые вентили 36 и 37 поступает на управляющий вход АЦП 5, который производит очередной цикл преобразования напряжений на выходах детекторов 4 в цифровой код, Этот же тактовый импульс переключает триггер 39, прекращая поступлениетактовых импульсов на АЦП 5. Начинается новый итерационный цикл определения сдвига фазы но при этом коэффициенты восстановления на умножители 6 поступают с адреса ПЗУ 7, на котором закончился предыдущий цикл, Причем итерационный цикл начинается, если полученное значение оценки разности фаз отличается от предыдущей более чем на величину, задаваемую пороговым уровнем на компараторе 21. Тогда на выходе компаратора 21 вновь образуется единичный уровень, который окрывает вентиль 23 и через инвертор 22 закрывает вентиль 19, В случае постоянного сдвига фаз между сигналами на входе фазометра на выходе компаратора будет иметь место нулевой уровень и первая же итерация даст на выходе фазометра значение Лролт, равное оптимальному значению предыдущего итерационного цикла.

В целом использование предлагаемого фазометра приводит к положительному эффекту, который заключается в существенном повышении точности измерения в реальных условиях функционирования при неидентичных параметрах детекторов и их изменении s процессе эксплуатации. Одновременно осуществляется автоматизация процесса, что повышает быстродействие фазометра.

Формула изобретения

1. Фазометр, содержащий фазоращепитель, восемь выходов которого попарно соединены с первым и вторым входами каждого из четырех сумматоров соответственно, выходы которых соединены с входами одноименных квадратичных детекторов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и одновре17

181703/

18 менно быстродействия, он снабжен двумя числения, а четвертый синхровыход соедикоммутаторами, установленными на его нен с вторым синхровходом блока опредевходах, аналого-цифровым преобразовате- ления конца вычисления, при этом выходы лем, четырьмя умножителями, блоком опор- коммутаторов соединены с входами фазоных коэффициентов, блоком нормировки, 5 расщепителя, формирователем оценки, блоком определе- 2. Фазометр по п,1, о т л и ч а ю щ и йния конца вычисления, блоком калибровки, с я тем, что блок нормировки выполнен из выполненным в виде последовательно сое- двух сумматоров, двух вычитателей и двух диненных генератора, делителя мощности и делителей, причем первые входы первого дискретного фазовращателя, блоками обна- 10 сумматора и первого вычитателя соединены ружения сигнала, управления и определе- с выходом первого умножителя, а их вторые ния констант, выполненными в виде входы — с выходом второго умножи еля, сокаскадно соединенных оперативного запо- ответственно первые входы вторых суммаминающего устройства, вычислительного тора и вычитателя соединены- с выходом устройства и мультиплексора, при этом вы- 15 третьего умножителя, а вторые входы — с ходы каждого из четырех квадратичных де- выходом четвертого умножителя, выходы текторов соединены с соответствующими сумматоров соединены соответственно с входами блока обнаружения сигнала и ана- первыми входами делителей, первые выхолого-цифрового преобразователя, четыре ды вычитателей соединены с вторым входавыхода которого соединены с первыми вхо- 20 ми делителей и первыми двумя входами дамисоответственночетырехумножителей, блока управления, а вторые выходы (знаковторые входы которых соединены с соответ- вые разряды) — с первым и вторым входами ствующими выходами блока опорных коэф- блока определения констант, выходы делифициентов, выходы всех умножителей теля являются пятым и шестым выходами соединены с соответствующими входами 25 блока нормировки. блока нормировки, первые два выхода кото- 3. Фазометр по п.1, о тл ич à loщийporo соединены с первыми двумя входами с я тем, что блок определения конца вычисуправления, третий и четвертый выходы со- ления выполнен из сдвигового регистра, единены соответственно с первым и вторым. трех вентилей, инвертора, вычитателя и входами блока определения констант, а пя- 30 компаратора, причем вход блока определетый и шестой выход — с первыми двумя вхо- ния конца вычисления соединен с первыми дами формирователя оценки, третий, входами сдвигового регистра, вычитателя и четвертый, пятый и шестой входы которого второго вентиля, второй входсдвиговогоресоединены с соответствующими четырьмя гистра соединен с первым синхровыходом выходами блока определения констант, вы- 35 блока, его выход. соединен с вторым входом ход формирователя оценки соединен с вхо- вычитателя и первым входом первого вентидом блока определения конца вычисления, ля, выход которого является выходом фазопервый выход которого соединен с третьим метра, а второй вход первого вентиля входом блока управления, второй выход — с соединен с выходом инвертора и первым входом блока опорных коэффициентов, а 40 выходом блока, выход вычитателя соединен третий выход является выходом фазометра, с входом компаратора, выход которого соечетвертый вход блкоа управления соединен динен с обоими входами инвертора и втос выходом блока обнаружения сигнала, его рым входом второго вентиля, выход второго первых три выхода соединены с третьим, вентиля соединен с первым входом третьего четвертым и пятым входами блока опреде- 45 вентиля, второй вход которого соединен с ления констант, а четвертый выход — с вхо- .вторым синхровходом блока, а выход — с дом блока калибровки, первый выход вторым выходом блока. которого, являющийся вторым выходом де- 4. Фазометр по п.1, о т л и ч а ю щ и йлителя мощности, соединен с вторым вхо- с я тем, что блок обнаружения сигнала выдом первого коммутатора, а второй выход, 50 полнен из четырех компараторов, двух схем являющийсявыходомдискретногофазовра- ИЛИ и одной И, причем входы компарато-. щателя, соединен с вторым входом второго ров являются входами блока, соединены с коммутатора, первый синхровыход блока ° соответствующими выходами квадратичных управления соединен с синхровходами детекторов, выходы первого и второго комкоммутаторов, второй синхровыход — c син- 55 параторов соединены соответственно с вхохровходом аналого-цифрового преобразо- дами первой схемы ИЛИ, входы третьего и (вателя, третий — с синхровходами блоков четверт о- с входами второй схемы, выхоI опорных коэффициентов, формирователя ды схем ИЛИ соединены с соответствующиоценки, определения констант и первым мивходамивентиля,выходкоторо оявляетсинхровходом блока определения конца вы- сЯ выходом 5поКВ

181707.20

Таблица!

Коэффициент восстановпения

Сектор

Сектор 2 —. Гз

ГЗ 4 Гч т5

Мн цг„

4 -36ã.

Ч Г„-Збс P„ Гг

»Ð Чч

360+ 2

5 5

4 4

4 5

5 4

Ч <

34О+ Гг Рg цз

Таблица?

I " I

Сектор, 111О

Гг:(ттч:3((!") ЧГ3

Г -(» -ЗбО 1

Гз Гз

ГЗ вЂ” "2 Гз

5. Фазометр по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что блок управления выполнен иа тактового генератора, трех триггеров, пяти вентилей, трех схем ИЛИ, трех счетчиков и двух компараторов, причем первый выход тактового генератора соединен с вторым входом первого сдвоенного вентиля, совмещенного со схемой ИЛИ его второй выход— с четвертым входом вентиля, первый выход первого триггера соединен с первым входом первого вентиля и первым синхровыходом блока управления, а второй выход — с третьим входом вентиля и четвертым синхровходом блока управления,