Цифровой автокомпенсационный фазометр

 

ЦИФРОВОЙ АВТОКОМПЕНСАЩЮННШ ФАЗОШТР, содержащий цифровой оТсчетн блок, регистр памяти, импульсный генератор, два реверсивных счетчика, два элемента ИЛИ и два пересчетных элемента, которые подключены своими входами управления вместе с входами элементов ШШ к выходам реверсивных счетчиков, причем выходы элементов ИЛИ соединены с установочными входами реверсивных счетчиков, а импульсный генератор подключен к такткруняцим входам пере-, счетных элементов, информационные выходы одного из которых соединены с регистром памяти, подключенным к цифровому отсчетному блоку, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения фазовых сдвигов при нелинейных искажениях исследуемых сигналов, а также при воздействии шумов и помех, в него введены блок умножения частоты, два интегратора, два компаратора и два перемножающих цифроаналоговых преобразователя, аналоговые входы которых соединены с входами фазометра , а цифровые входы их - с информационными выходами пересчетных элементов через постоянные запоминающие элементы, выходы перемножающих цифро (Л а1налоговых преобразователей соединены с соединенными последовательно интеграторами и компараторами,входы синхронизации которых соединены с одним пересчетным элементом,другой пересчетный элемент выходом заполнения соединен с регистре памяти,выходы компара9 ) Од торов подключены к реверсивным счетчикам , вход импульсного генератора соединен с блоком умножения частоты, вход которого соединен с одню иэ входов фазометра либо со специальным входом синхронизации.

СООЗ СОВЕТСНИХ

«Н

РЕСПУБ ЛИК

„„SU„„116 01

4(gg) С 01 R 25/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСИОМЪ(С8ИДЕТЕЛЬСТВУ

«« --.: (21) 3667290/24-21 (22) 25. 11.83 (46) 07.07. 85. Бюл. У 25 (53) 621. 31 7. 77 (088. 8) ГОсудАРстВенный нОиитет сссР

М и Ф (72) С,и. Иаевский, Е.K. Батуревич, В.Г. Павлов и В.д. Кудрицкий о (56) Авторское свидетельство СССР

У 245913, кл. G 01 R 25/04, 1967.

Авторское свидетельство СССР

В 808967, кл..G 01 R 25/08, 1978. (54) (57) ЦИФРОВ0Й АВТОКОИПЕНСАПИОННЬЙ ФАЗОФПТР, содержащий цифровой отсчетный блок, регистр. памяти, импульсный генератор, два реверсивных счетчика, два элемента ИЛИ и два пересчетных элемента, которые подключены своими входами управления вместе с входами элементов ИЛИ к выходам реверсивных счетчиков, причем выходы элементов ИЛИ соединены с установочными входами реверсивных счетчиков, а импульсный генератор подклеен к тактирующим входам пере-. счетных элементов, информационные

1 . выходы одного из которых соединены с регистром памяти, подключенным к . цифровому отсчетному блоку, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения фазовых сдвигов при нелинейных искажениях исследуемых сигналов, а также при воздействии шумов и помех, в него введены блок умножения частоты, два интегратора, два компаратора и два перемножающих цифроаналоговых преобразователя, аналоговые входы которых соединены с входами фаэометра, а цифровые входы их — с информационными выходами пересчетных элементов через постоянные запоминающие элементы, выходы перемножающих цифроаналоговых преобразователей соединены с соединеннымипоследовательно интеграторами и компараторами,входы синхронизации которых соединены с одним пересчетньм элементом, другой пересчетный элемент выходом заполнения соединен с регистром памяти, выходы компараторов подклочены к реверсивным счетчикам, вход импульсного генератора соединен с блоком умножения частоты, вход которого соединен с одним из входов фазометра либо со специальным входом синхронизации.

1166010

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для точного цифрового измерения фазовых сдвигов между двумя исследуемыми напряжениями искаженной формы 5 в условиях действия шумовых помех.

Цель изобретения — уменьшение погрешности измерения фазовых сдвигов при нелинейных искажениях исследуемых сигналов, а также при воздейст1О вии шумов и помех.

Предлагаемое изобретение позволяет определять истинную фазу основной гармоники каждого из исследуемых сигналов, а затем осуществлять их сравнение. Высокая точность измерения фазовых сдвигов между основными гармониками зашумленных и искаженных сигналов достигается за счет формирования высокоточных сигналов копий, имеющих тот же период, что и исследуемые"сигналы, и непрерывного отслеживания этих сигналов по фазе.

На чертеже представлена структур- ная схема цифрового автокомпенсационного фазометра.

Фазометр содержит два идентичных канала корреляционно-фазовой обработки, а также блок 1 умножения час- ЗО тоты генератор 2 импульсов,.перемножаюн ий цифроаналоговый преобразователь 3, постоянный запоминающий элемент 4, пересчетные элементы 5 и 6, постоянный запоминающий элемент 7, перемножающий цифроаналоговый преобразователь 8, цифровой отсчетный блок 9, регистр 10 памяти, интеграторы ll и 12 ° компарагор 13, реверсивные счетчики 14 и 15, компаратор 4О

16, элементы ИЛИ 17 и 18.

Каждый канал содержит перемножающий цифроаналоговый преобразователь

3 (8), аналоговый вход которого 45 является входом канала, цифровые входы соединены с выходами постоянного запоминающего элемента 4 (7), а выход подключен к входу интегратора 11 (12). В свою очередь выход 50 интегратора 11 (12) соединен с входом компаратора 13 (16) . Интеграторы 11 и 12 и компараторы 13 и 16 своими входами синхронизации подключены к одному из пересчетных элементов, на- 55 пример 5. К управляницим входай пере-, счетного элемента 5 (6) подсоединены выходы реверсивного счетчика 14 (15)

I подключенного своими входами к выходам компаратора 13 (16).

Входы элемента ИЛИ 17 (18) соединены с выходами реверсивного счетчика 14 (15), а выход элемента ИЛИ

17 (18) подключен к установочному входу реверсивного счетчика 14 (15) .

К тактовым входам пересчетных элементов 5 и 6 подсоединен генератор 2 импульсов, соединенный с блоком 1 умножения частоты. Блок 1 и генератор 2 являются общими для обоих каналов фазометра. Информационные выходы одного из пересчетных элементов, например 5, и выход заполнения другого, например б, подключены к регистру

10 памяти, соединенному с цифровым отсчетным блоком 9 ° Блоки 9 и 10 также являются общими для обоих каканалов фаэометра.

Фаэометр работает следующим образом.

Исследуемые сигналы искаженной формы вместе с аддитивными шумами и помехами поступают на аналоговые входы перемножающих цифроаналоговых преобразователей 3 и 8. На цифрозые входы последних подается периодически изменяющийся во времени параллельный цифровой код, значения которого соответствуют выборкам сигнала строго гармонической формы, следующего с той же частотой, что и исследуемый сигнал.

Период изменения цифрового кода тс то

Rl где Т вЂ” длительность периода исследуемого сигнала;

m — целое число тактов изменения цифрового кода.

Перемножающие цифроаналоговые преобразователи 3 и 8 осуществляют непрерывное корреляционное преобразование, т.е. непрерывное перемножение исследуемого сигнала на его квазигармоническую копию. Постоянная составлякицая выходного напряжения перемножающего цифроаналогового преобразователя 3 и 8 зависит от фазового сдвига между основ-. ными гармоническими составляющими перемножаемых исследуемого сигнала и сигнала копии. Эта зависимость имеет гармонический (косинусоидальный) характер. Постоянная составляющая выходного напряжения преобразо3 11 вателя обращается в нуль при 90 -ом о или 270 -ом фазовом сдвиге перемножаемых сигналов. Выходные напряжения перемножающих цифроаналоговых преобразователей 3 и 8 усредняются при помощи интеграторов 11 и 12 в течение интервалов времени, кратных полупериоду исследуемых сигналов,, с целью исключения влияния высших гармонических составляющих, попадающих на входы интеграторов 11 и 12.

Время интегрирования задается одним иэ пересчетных элементов 5 и 6. Компараторы 13 и 16 формируют импульсы, накапливаемые в реверсивных счетчиках 14 и 15. Если выходные напряжения интеграторов 11 и 12 оказываются положительными, компараторы 13 и 16 формируют импульсы, поступающие на входы сложения реверсивиых счетчиков 14 и 15. При отрицательной полярности выходных напряжений интеграторов 11 и 12 формируемые компараторами 13 и 16 импульсы поступают на входы вычитания. Емкость

N реверсивных счетчиков 14 и 15 выбирается в зависимости от соотношения сигнал/шум исследуемых сигналов и заданной дисперсии результата отсчета фазового сдвига. Чем меньше соотношение сигнал/шум и меньше требуемая дисперсия отсчета фазового сдвига, тем больше требуется емкость N реверсивных счетчиков

14 и 15.

В исходном состоянии на реверсивных счетчиках 14 и 15 устанавливается код — . Такое же значение и

2 кода устанавливается при помощи элементов ИЛИ 17 и 18 в те моменты времени, когда в реверсивные счетчики 14 и 15 будет записано суммарное приращение — или — — . При этом

М М

2 импульсные сигналы переполнения и обнуления реверсивных счетчиков

14 и 15 управляют моментами заполнения пересчетных элементов 5 и б ° смещая их в сторону достккения компенсации основных гармоник исследуемого сигнала основными гармониками сигналов копий, при которой постоянные составляющие выходных напряжений перемножающих аналогоцифровых преобразователей 3 и 8 обратятся в нуль. Коэффицйент деления частоты обоих пересчетных элементов 5 и 6 или их емкость п выбирается в saвисимости от требуемого минимально66010 4 го дискрета по фазе дЧд, т.е. в зависимости от заданной разрешающей способности измерения фазовых сдвигов:

360 лЧ

При дЧ 0,1 n 3600.

f0

Код пересчетных элементов 5 и 6 изменяется циклически через интервалы времени, равные периоду следования импульсов с генератора 2 импульсов.

Значения кодов пересчетнык элементов

i=n

Ф (t) = .Е. ьЧ„

%=о я„,(e)выражают текущее значение фазы ф (й) выходных напряжений пересчетных элементов 5 и 6 ° Постоянные sanoминающие элементы 4 и 7 преобразуют значения кодов фазы, формируемые пересчетными элементами 5 и 6, в

25 весовые значения кодов строго гармонической функции — синуса или косинуса с нормированной амплитудой

N „ = 1, соответствующей максимальному значению положительной полуволны колебания. Количество ячеек постоянных запоминающих элементов

4 и 7 должно соответствовать количеству устойчивых состояний пересчетных элементов 5 и 6 и. С учетом

35 свойств симметрии гармонической функции это количество может быть уменьшено в два либо в четыре раза.

Выходной код постоянных запоминающих элементов 4 и 7, будучи по4О данным на неремножающие цифроаналоговые преобразователи 3 и 8, изменяет их коэффициенты передачи по строго гармоническому закону.При подаче на входы перемножаницих циф45 роаналоговых преобразователей 3 и 8 исследуемых сигналов на их выходах образуется напряжение, пропорциональное фазовому сдвигу между основными гармониками сигна50 лов копий и основными гармониками зашумленных искаженных исследуемых сигналов.

Процесс уравновешивания фазовых сдвигов происходит следующим образом. Выходные напряжения перемножающих цифроаналоговых преобразователей 3 и 8, пропорциональные начальному рассогласованию фазо5 11 вых сдвигов исследуемых сигналов и весовых коэффициентов копий (с учетом сдвига на 90 или 270 ), усредняются в интеграторах 11 и 12 и сравниваются с нулевым значением на входах компараторов 13 и 16. Знак рассогласований определяет полярность выходных напряжений интеграторов 13 и 16 и входы реверсивных счетчиков 14 и 15, на которые подается периодическая последователь:ность импульсов с компараторов

13 и 16.

В реверсивных счетчиках 14 и 15 происходит накопление кода нарастающим или убывающим итогом соответственно. При суммарных цриращениях кодов реверсивных счетчиков 14 и 15

- - или — — что соответствует реК

2 2 зультирующему коду Я или О, на выходных шинах реверсивных счетчиков

14 и 15 формируются импульсы, изменяющие значения кода пересчетных элементов 5 и 6 в сторону уменьшения фазового рассогласования срав ниваемых в перемножителе сигналов относительно значения ф90 . После этого посредством элементов.ИЛИ 17 и 18 уствивеливается начальный код реверсивных счетчиков 14 и 15 и цикл .накопления повторяется до тех

66010 ь .пор, пока не наступит равновесие, характеризующееся уменьшением до нуля составляющих выходных напряжений перемножающих цифроаналоговых преобразователей 3 и 8 и выходных напряжений интеграторов 11 и 12. В этом случае сдвиг фаз основных гаргармоник исследуемого сигнала и сигнала копии приобретает значение

90, а выходные импульсы компараторов 13 и 16 равновероятно проходят на суммирующий и вычитающий входы реверсивных счетчиков 14 и 15, в результате чего импульсы на их выходах будут отсутствовать. Разность кодов пересчетных элементов 5 и 6, фиксируемая регистром 10 памяти, приобретает установившееся значение и показания цифрового отсчетного блока 9 застабилизируются.

Блок 1 умножения частоты предназначен для синхронизации работы автокомпенсационного фазометра.

Его коэффициент умножения выбирает25 ся равным коэффициенту деления и частоты пересчетных элементов 5 и

6. При этом периоду исследуемых сигналов всегда будет соответствовать целое число тактов изменения цифрового кода на выходе постоянных эапоминанвцих элементов 4 и 7.

Uc

Составитель В. Быков

Редактор Н.Данкулич Техред К.Асталощ КорректоР F. Реиетник

Заказ 4305/39 Тирам 748 Подаисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР о делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Уагород, ул. Проектная, 4