Цифровой фазометр
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.
