Фазометр

 

Изобретение относится к фазоизмерительной технике.и может быть использовано для создания высокоточного полностью автоматического цифрового фазометра широких динамического и частотного диапазонов. Целью изобретения является повышение точности измерения и надежности на основе использования микро -

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН

А) a C 01 R 25/00

ОПИОАНЙЕ ИЗОБРЕ ;.:-ЧИН

H АВТОРСКОМУ ОБИДЕ П=ЛЬС ГНУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3978805/24-21 (22) 19.11,85 (46) 23.03.87. Бюл, 1! - 11 (71) Институт электродинамики АН УССР и Киевский политехнический институт им, 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) Ю.А,Скрипник, И,10,Скрипник и В.И.Скрипник (53) 621,31 7,77(088.8) ! (5 4 ) ФАЗО1!Е ТР (57) Изобретение относится к Ьазоизмерительной технике.и может быть использовано для создания высокоточного полностью автоматического цифрового фазометра широких динамического и частотного диапазонов.

Целью изобретения является повышение точности измерения и надежности HB основе использования микро"!

298685 процессорной техники, Устройство содержит в каждом из двух преобразовательных каналов входные формирователи, смесители 5 и 6, перестраиваемый гетеродин 7, фильтры

38 и 39, формирователи 13 и 12 коротких импульсов, триггеры 14 и 15 и, кроме того, элемент 16 сбвпадения, счетчик 17 импульсов, блок 40 управления,,цифровой индикатор 19, коммутатор 22. Для достижения цели в устройство введены частотный детектор 24, .амплитудные ограничители 23 и 29, усилитель 25 высокой

Изобретение относится к фазоизмерительной технике и может быть использовано для создания. высокоточного полностью автоматического цифрового фазометра широкого динамического и частотного диапазонов.

Цель изобретения — повьппение точности измерения и надежности на основе использования микропроцессорной техники. Ю

На чертеже представлена структурная схема фазометра.

Фазометр содержит в каждом преобразовательном канале последовательно соединенные входные аттенюаторы 15

1 и 2, усилители 3 и 4 высокой частоты, смесители 5 и б, вторые входы которых подключены к перестраиваемому гетеродину 7, усилители 8 и 9 про-, межуточной частоты, настроенные на 20 опорную частоту, фазовращатели 10 и

11, формирователи 12 и 13 коротких импульсов, триггеры 14 и 15, под" ключенные к первому и второму входам элемента 16 совпадения, выход которо- 25 го соединен с последовательно соединеннымн счетчиками 17 импульсов, микропроцессорной системой 18, включающей микропроцессор, интерфейс вводавывода, оперативное и постоянное за- 30 поминающие устройства, и цифровым индикатором 19 соединенные между собой генератор 20 тактовых импульсов, подключенный к управляющему входу

1 микропроцессорной системы и входу де- З5 лителя 21 опорной частоты,. трехканаль частоты, смеситель 26, усилитель 27 промежуточной частоты, д>ормирователь 31 коротких импульсов, триггер 32 и образованы новые функциональные связи. Цель достигается ,за счет коррекции аддитивной фазочастотной и фаэоамплитудной составляющих без прерывания процесса измерения. Автоматическое уравнивание амплитуд смешиваемых сигналов уменьшает мультипликативную составляющую погрешности измерения иэ-за межканальной связи сигналов через общий гетеродин. 4 э.п. ф-лы, 1 ил.

2 ный двухпозиционный коммутатор 22, входы первого канала которого соединены с выходом делителя 21 и выходом триггера 15 преобразовательного канала, выход соединен через первый амплитудный ограничитель 23 с входом частотного детектора 24, входы второго канала соединены с выходами ат" тенюаторов 1 и 2, выход соединен через последовательно соединенные усилитель 25 высокой частоты, смеситель 26, второй вход которого подключен к перестраиваемому гетеродину 7, и усилитель 27 промежуточной частоты с входом амплитудного детектора 28, входы третьего канала соединены с выходами триггеров 14 и 15 преобразовательных каналов, выход соединен через второй амплитудный ограничитель 29 с входом фазового детектора 30, второй вход которого соединен с выходом усилителя 27 промежуточной частоты через последовательно соединенные формирователь

31 коротких импульсов и триггер 32) выходы детекторов 24, 28 и 30 соединены с входами трехпоэиционного коммутатора 33, выход которого че" рез аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 34 соединен с ниной данных микропроцессорной системы 18 через интерфейс ввода, трехканальный цифроаналоговый преобразователь (1!фЛ)

35, подключенный к шине данных микропроцессорной системы 18 через интерфейс вывода, первый канал которо"

1298685

ro соединен с управляющим входом перестраиваемого гетеродина 7, вто- рой — с управляющим входом аттенюатора 1, третий — с управляющим входом фазовращателя 10, при этом управляющие входы счетчика 17 импульсов, цифрового индикатора 19, AIIII

34 и ЦАП 35 подключены к шине управления микропроцессорной системы 18 через интерфейс ввода-вывода.

Входные аттенюаторы 1 и 2 и усилители 3 и 4 высокой частоть; входят во вхоцные формирователи 36 и 37.

Усилители 8 и 9 промежуточной частоты и фаэовращатели 10 и 11 входят в 15 фильтры 38 и 39. Микропроцессорная система 18, генератор 20 тактовых импульсов, делитель 21 опорной частоты, АЦП 34 и ЦАП 35 входят н блок

40 управления. 20

Фаэометр работает следующим образом, Сигналы входной частоты < с фазовым сдвигом ц> поступают через входные аттенюаторы l и 2, усилители 3 и 25

4 высокой частоты на смесители 5 и

6, на вторые входы которых поступает сигнал частоты Г перестраиваемого гетеродина 7. Из смешанных сигналов избирательными усилителями 8 и 9 про- 30 межуточной частоты выделяются сиг- . налы раэностной частоты Гэ=Г» =Й которые сдвигаются по фазе фазовращателями 10 и 11 и поступают на формирователи 12 и 13, которые формируют короткае импульсы, соответствующие переходам через нуль низкочастотных сигналов частоты f. Выходные напряжения триггеров 14 и 15, переключаемых короткими импульсами, воздей- 40 ствуют на первый и второй входы элемента 16 совпадения, формируя временной интервал ьt пропорциональный сумме измеряемого фазового сдвига .

q и фазовых сдвигов, вносимых преобразовательными каналами фазометра и фаэовращателями 10 и ll. На третий вход элемента 16 совпадения поступают импульсы с частотой f. от генератора 20 тактовых импульсов, управляющие работой микропроцессорной системы 18 и одновременно заполняющие временной интервал gt, . К четвертому входу элемента 16 подводится вырабатываемый внутри микропроцессорной системы 18 стробирующий импульс, представляющий собой временные ворота длительностью t ht, и определяющий время усреднения измеряемого фазового сдвига. Заполняющие эти временные ворота пачки импульсов тактовой частоты г. подсчитываются счетчиком 17 â котором формируется соответствующий код, По команде микропроцессора этот код по шине данных поступает в микропроцессорную систему 18, в памяти которой как константа хранится число пачек импульсов за время усреднения, Вычисленное среднее значение фазового сдвига по команде микропроцессора передается на цифровой индикатор 19.

Параллельно с выхода генератора

20 импульсы тактовой частоты f возбуждают делитель 21 опорной частоты, выходное напряжение которого. постуI пает на один из входов первого канала днухпоэиционного коммутатора

22 (нижний канал коммутатора по чертежу), На другой вход канала коммутатора поступает напряжение промежуточной частоты с выхода триггера 15 канала фазометра. Коэффициент деления частоты k делителя ?1 ныбираети ся равным 3,6 10, где n=1,2,3..., н зависимости от дискретности измерения фазового сдвига за один период сигналов промежуточной частоть..

Последняя выбирается равной опорной частоте f делителя 21 (f>=f„ -г.

=f. /k =f 1, В этом случае число им" .о ) 4 пульсов в каждой пачке на выходе элемента 16 пропорционально значению фазового сдвига в градусах, а число пачек q за время усреднения

6" (q=ztã fç а fo 1 ) стоянным числом.

Напряжение опорной частоты f че4 рез коммутатор 22 и амплитудный ограничитель 23 поступает на частот" ный детектор 24, с помощью которого преобразуется в постоянное напряжение пропорциональное частоте f4 .

Это напряжение через коммутатор 33 поступает на АЦП 34, где преобразуется в цифровой код., По команде микропроцессора код АЦП 34 через интерфейс ввода по шине данных поступает в систему 18, где запоминается.

При переключении коммутатора 22 на выходе частотного детектора 24 формируется напряжение, пропорциональное промежуточной частоте f» которое преобразуется АЦП 34 н код.

Получаемый на выходе АЦП код вводится в микропроцессор и сравнивается с хранимым в памяти системы 18 кодом, соответствующим частоте f4 .

1298685

Вычисленная разность кодов,, характеризующая разность опорной и промежуточной частот f -f, подается через интерфейс вывода на входы ЦАП

35. Напряжение, образующееся на выходе первого канала ЦАП 35„ изменяет, например„ с помощью варикяпа частоту гетеродина 7 f в направлении уменьшения разности с.равниваемык частот fz =f, -f и Г . Выполнение этой подпрограммы путем многократного сравнения кодов частот Й и

J позволяет автоматически поддерживать равенство промежуточной частоты f и опорной fg при изменении частоти входных сигналов Я, или гетеродина Й

На входы второго канала коммутатора 22 поступают выходные сигналы аттенюаторов 1 и 2. Эти сигналы поочередно усиливаются усилителем 25 высокой частоты, смешиваются с сигналом перестраиваемого гетеродина

7 в смесителе 26, усиливаются по раз-, костной частоте усилителем 27 промежуточной частоты.и выпрямляются амплитудным детектором 28. Выходные напряжения детектора 28 через комму-татор 33 поступают на АЦП 34, где преобразуются в коды.

В соответствии с второй подпро.граммой, аналогичной первой, ра-.ность коцов, формируемая микропрсцессорной системой IS создает :а выходе второго канала ЦАП 35 управляющее напряжение, которое изменяет затухание аттенюатора 1 до JJpGBHHBB.ния амплитуд сигналов на входах усилителей 3 и 4, На входы третьегс канала коммутатора 22 поступают вы ходные напряжения триггеров 14 и 15 каналов фазометра, которые поочередно уравниваются по амплитудам ограничителем 29 и воздействуют на вход фазового детектора 30, на второй вход которого поступает сигнал промежуточной частоты с выхода усипителя 27 через формирователь 31 коротких импульсов и триггер 32. Выходные напряжения фазового детектора 30 пропорциональны разности фазовых сдвигов преобраэовательнь!хканалов фазометра и опорного канала. (25-27, 31 и 32). Эти напряжения через коммутатор 33 поочередно поступают на АЦП 34, в котором кодируются. На выходе третьего канала

1ЦАП 35 н соответствии с третьей подпрограммой формируется управляющее напряжение, изменяющее фазовый сдвиг, вносимый фазовращателем 10, Фазовый сдвиг, вносимый этим фазоBpàùàòåëåì., уравнивает фазовые сдвиги, вносимые преобразовательными каналами фазометра (3, 5, 8, 10, 12.

14 и 4, 6, 9, 11, 13, 15), 1

Коммутаторы 22 и 23 управляются командами микропроцессора от шины с1-, . !..! управления, При этом в каждом из трех положений коммутатора "-3 выполняется соответствующая подпрограмма регулировки корректирующих элементов схемы (7, i и !О). Переменные аттенюатор 2 и фазовращатель

15 используются ри начальной регулирОвке режимнь1х параметров в Одном из каналов фазометра,.

Таким образом, в ре: †:" : :ь: .Те сакэ20 настроики преобраэоват=:п,н.-..1! .Яст1: схемы фазометр.-:. с 11омо111ьк! м11-.ропро-!!ЕС СОРНОЙ СИС ТЕ!»Ь! =:" ° ОМЯТИчЕСКИ Под ,церживается рявенс:-. во 1 роМ -..жуточной частоты Опорной 1 задявяемои TBKTQ вой частотой микропроцессора, уравниваются амплитуды oõîäíüãê сигналов и вь1равниваются фаэо;;:å сдвиги, выноси:"1ые преобразователь-;.ыми каналами, в .роцессе непрерыв!гых и-::мерений фаЗОВОГО СДВИГa..

Поставленная цепь достигнута за с -!ет коррекции аддлтивнои фазочаeтотной и фа.зоамплитудной состав; яющих погрешности без прерывания

» ;. процесса измерения: Автоматическое уравнивание амплитуд смешиваемь!х сигналов уменьшает мультипликативную составляющую погрешности измерения из-за межканяльной связи сигнало иере общий етеропин ° Кодиро»aHHe» обработка результатов измерений и коррекция погрешностей преобразовательных каналов с помощьк! микропроцессорной системы повьш!ает надежность

45 самонастраивающегося фазометра.

Фо р мул Я и з о б р е т е Hè ÿ

1, ФЯЗОметр соцержЯЩ".й В каждом Д из двух преобразовательных каналов последовательно соединенные входные формирователи,смесители,, вторые входы которык подключены к ".:åðåñòðàHâàемому гетеродину, фильтры,, формиро55 ватели коротких импульсон, триггеры, выкодами подключенные состветственно к первому и второму входам элемента

eОБпядения р РыхОД ко fopci! О соединен

c:погледовятепьнО; 1 igH™p. :!1ными счет

1298685

7 чиком импульсов, блоком управления и цифровым индикатором, а также коммутаторы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и надежности, в него внеде- 5 ны частотный, амплитудный и фазовый детекторы, амплитудные ограничители и дополнительные усилитель высо"..ой частоты, смеситель, усилитель промежуточной частоты, формирователь ко- 10 ротких импульсов и триггер, выход первого- амплитудного ограничителя соединен с входом частотного детектора, выход усилителя высокой частоты соединен через последовательно f5 соединенные смеситель, второй вход которого соединен с выходом перестраиваемого гетеродина, усилитель промежуточной частоты с входами амплитудного детектора и формирователя 211 коротких импульсов, выход последнего через триггер соединен с входом фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом второго ам" плитудного ограничителя. 25

2. Фазометр по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что входные формирователи состоят из последовательно соединенных входных аттенюаторов, входами соединенных с входа- ЗО ми преобразовательных каналов, и усилителей высокой частоты, выходами соединенных с входами смесителей.

3. Фазометр по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что фильтры преобразовательных каналов состоят из последовательно соединенных усилителей-промежуточной частоты, входами соединенных с выходами смесителей, и фазовращателей, выходами сое" диненных с входами формирователей коротких импульсов.

4. Фаэометр по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что коммутаторы выполнены один трехканальным двухпо- 45 эиционным, а другой - трехпазиционным, причем один вход первого канала ! трехканального двухпозиционного коммутатора соединен с выходом триггера преобразовательного канала, а выход - с входом первого амплитудного ограничителя, входы второго канала коммутатора соединены соответственно с выходами аттенюаторов входных формирователей, а выход — с входом дополнительного усилителя высокой частоты, входы третьего канала коммутатора соединены соответственно с выходами триггеров преобразовательных каналов, а выход — с входом второго амплитудного ограничителя, входы трехпозиционного коммутатора соединены соответственно с выходами частотного, амплитудного и фазового детекторов.

5, Фазометр по и. 1, о т л ич а ю-.шийся тем, что блок управления состоит иэ микропроцессорной системы, генератора тактовых импульсов, делителя опорной частоты, аналого-цифрового преобразователя и цифроаналогового преобраэователя, причем тактовый вход микропроцессорной системы соединен с выходом генератора тактовых импульсов, входом делителя опорной частоты и третьим входом элемента совпадения, другой вход соединен с выходом счетчика, а третий вход — с аналого-цифровым преобразователем, первый выход соединен с входом цифрового индикатора, а второй — с входом цифроаналогового преобразова-. теля, управляющие выходы микропроцессорной системы соединены соот-. ветственно с управляющими входами цифрового индикатора, цифроаналогового преобразователя, трехканального двухпозиционного коммутатора, трехпозиционного коммутатора, счетчика, аналого-цифрового преобразователя и четвертым вхоцом элемента совпадения выход делителя опорной частоты соединен с соответствующим входом первого канала трехканального двухпозиционного коммутатора,выходы цифроаналогового преобразователя соединены с соответствующими управляющими входами аттенюатора входного формирователя, фазовращателя, фильтра одного преобразовательного канала и с управляющим входом перестранваемого гетеродина, вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом трехпоэиционного коммутатора.

ВНИИПИ Заказ 885/48 Тираж 731 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4