Амплифазометр параллельного усреднения
Изобретение относится к радиотехнике и измерительной технике и может быть использовано для измерения амплитуды и фазы сигналов. Цель изобретения - увеличение точности измерения амплитуды сигналов путем коррекции первоначально измеренного значения амплитуды сигнала, подверженного воздействию шумов. Для этого в устройство введены два блока сравнения 3 и 4, формирователь импульсов 8, управляемый инвертор 13, одновибратор 15, управляющий счетчик 16, реверсивный счетчик 18, коммутатор 19, схема И 21, третье вычислительное устройство 11. Использование метода параллельного усреднения в устройстве позволяет существенно повысить точность и помехоустойчивость измерения фазы на каждом периоде входного сигнала. Устройство также содержит управляемый делитель напряжения 1, усилитель 2, первый накапливающий сумматор 5, третье устройство сравнения 6, формирователь импульсов 8, первое вычислительное устройство 9, аналого-цифровой преобразователь 10, третье вычислительное устройство 11, второе вычислительное устройство 12, четвертое устройство сравнения 14, формирователь уровней сравнения 17, второе устройство сравнения 20, второй управляемый умножитель частоты 22, второй накапливающий сумматор 23. 4 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
„„SU„„1594440 (1)$ G 01 R 25/00 описдник изоБрятениЯ
Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
1 (21) 4391839/24-21 (22) 11.03.88 (46). 23.09.90. Бюл. - 35 (71) Ленинградский электротехнический институт им. В.И. Ульянова (Ленина) (72) Г.П. Белаш и Е.И. Качанов (53) 621.317.373 (088.8) (56) Известия ЛЭТИ: Научные труды.
Ленинградский электротехнический институт им. В.И. Ульянова (Ленина), 1983, вып. 332, с. 46 — 50. (54) АИПЛИФАЗОМЕТР ПАРАЛЛЕЛЬНОГО
УСРЕДНЕНИЯ (57) Изобретение относится к радиотехнике и измерительной технике и может быть использовано для измерения амплитуды и фазы сигналов. Цель изобретения — увеличение точности измерения амплитуды сигналов путем коррекции первоначально измеренного значения амплитуды сигнала, подверженного воздействию шумов. Для этого в устройство введены два блока сравнения
- 3 и 6, формирователь импульсов 8, 2 управляемый инвертор 13, одновибратор 15, управляющий счетчик 16, реверсивный счетчик 18, коммутатор 19, схема И 21, третье вычислительное устройство 11. Использование метода параллельного усреднения в устройстве позволяет существенно повысить точность и помехоустойчивость измере. ния фазы на каждом. периоде входного сигнала. Устройство также содержит управляемый делитель напряжения 1, усилитель 2, первый накапливающий сумматор 5, третье устройство сравнения 6, формирователь импульсов 8, первое вычислительное устройство 9, аналого-цифровой преобразователь 10, третье вычислительное устройство 11, второе вычислительное устройство 12, четвертое устройство сравнения 14, формирователь уровней сравнения 17, ( второе устройство сравнения 20, второй управляемый умножитель частоты Я
22, второй накапливающий сумматор 23.
4 ил, CR
1594440
1)зоб)3етек. е относится к рациотзхНИКЕ И ИЗМЕтдтЬ(ТЕЛЬНОЙ TPXI!НКЕ И МО)(<ЕТ
ОЬ(ТЬ ИСГ((ЗЛ 330ВЯНО,ПХ(Я HÇliB)(ЕНИЯ B(111i1HTУДьI и фазы cиГ-"Яхгов
ЦЕЛЬ . ЗОбрЕ (т(т<Х(— ПОВья((ЕНИЕ ТОЧ(«ОСТИ ИЗР .ЕРЕ ;.I 3«< 3:СПХ(ИТ rt!vl СИГН ЯЛОВ«, оущкос Гть !i:,Обj()етения =;13(<л((чается
В Том Р что В Да(11(01i;:тстр Ойстве ИС""
Пол(,ЗУЕТCII I IB(QV., ((апа(Г(Х(скг(ЬЧОГО УСРЕД НЕНИЯ: КОТОРЫЙ ПОЗЕ< П(ЕТ C.(vÙBCTBBÍÍCv
VI0BbVCHTЬ TO-1Iт0(- B;„ i,Cт1ЕгКР тстО;";;Чи=В1ОС г " ((ЗМ«в к(.;г;:; . г, .1 с я г —,;гэ 3 ИятгррЕ
Н)((Я»а КЯ ((Ia(..; П: —; = : -,.ВЕ БХС<с.> :(ОГО СИГ г
II g(B фаЗОБОГО Сдв ::Гсь. На: .. i <13И(<снро " i vaB :-iIvK .,,— .;3 bi,-,. r H ii> фЯЗОВО:СДВv(r - Огт.тт-ос-твв;.= ЕIСЯ -(РЯЗ За ГЕрнод. Кром"= 01=,::-: ГОД::..:ярялх(ех(ьного ycpep!"..eH;-(ÿ Hcпох(ьзует<гя и для уве-ЛИЧЕН(тЯ ТОЧИOCTH ИЗМЕРЕНИЯ аМПЛИтУДЬ.
В(<ОДНОГО С(»ГНЯХ(а Пр((ЗТ 3(с(ПОДЕЗН v m
ИифОРМаЦЬЮ 06 ЯЬ(Пг)И("(ДЕ И фаЗЕ На
1<:,Я3((цотг(I. E.pиОДЕ BXO i(1(0 BO < "; 1(,, „ЛЯ КЕСу T интервя лы Врет.„-ен и и< >(<ду м01(витом г(еРесечениЯ каРастаюЩгвм опоРньМч сигна=- 2-",. лом нулевого -уровня и моментами пе= ресечения нормализованным входным
СИГИ аЛОМ ()IHKÑ3(POB BÍI(bO< У) ОВ((ЕИ с
1 B фиГ, 3 птР((В ед(нс(схема. Ямпли= . 1а30êåTBB, - :а фиг„2 -" в):еменные ) и .Г--:„1 бяммь(Г(ояст(я((3(()г.т.е с . О работу; ня
< )нгг с 3 " бХ(0 .-; — C )." - а":(д(3 ГО) И Г(г(Я >3Ь(ЧКС-.
ЛЕК(тс(BV (ПЛИ (уды с(а (ЗИГ ст ОЛОК""
CI<àN B ЯХ(3«QP H Тм Я В Ьг(3 1СЛЕ((3 :.Ьтг фЯ ЗЫ . (3Л3(Л(1(ВЯЗС(а(зтр ПарЯЛЛЕХГЬНОГО уСрЕди<-ния <(3. 1", 1 сот(("- р;1((ст упрЯвляемый
Дел",.; Техв> 1 -,» Япря>., е ;1 :(я,. усили (с-.ль
П - тгВОЕ " . р Ой, ТВ<) т С)тав КЕНИЯ, (ТЕО вь(й упраВляемый у (HO>K«Te,r!» 4 частО ты, первый накапливающий суыт(атор 5, 4О третье устройство 6 сравнения, пиковый детектор /, формирователь Я импульсов, первое Гычислительное устройство 9,, ат(ах(о(со-цифровой преобра--зователь 10> третье вычислительное устройство 11, Второе вычислительное устройство 12,, уг(равляемьгй инвертор
13, четвер": ое устройство 14 сравнения,. одновибратор 15, управляющий счетчик 6, жормт((ров ате,т133 17 уровней
5U «рЯвнения, реверсЯВный (четчик 1 8, коммутатор 19, Второе устройство 20 сравнения, схему И 21., Второй управ IHåìûé умногкитель 22 частоты, второй накапливающий cyr(NBTop 2:3, при зтом
-5 последовательно соединены управляемый делитель 1 напряс.ения, усилитель 2, ПИКОВЬ(Й ДЕ (Ектопт / И ЯНЯЛОГО т(ифРО ВОЙ Iipv30ápBÇOBBT(.Õ(Ü 1 О,, ВЫХОД КОТОp O=
ГО СО<.Д.-IН<. ."-,-", <- П(г43РОБЫМ ВХОДОМ ПЕР
БОГО Бичи(;)-.-(тельнОГQ у стт)ОЙстВя 9, выход HOT OI" 01 0 ЛОдключен 3< H((3paB0 му Входу )т((р язляемо го де.тя т елхт 1 н яПРЯжепив . ИХ<ОД О(3<333КО ГО ЙBЛРЯгкениЯ устро <.т-,;:-: .Оединен с Вход "и- опорНОI О НЯПРЯ3"Е(тИЯ ЯНЯЛОГО" «Iig» ОВО о
ПрЕобря< OIiс«Tp VIVIV 1 0 H «ОртгирОВятЕлгс 7 уровт"=--":. ":BB --епи: ((ервыгй Вход первоГо устройст.-;:я 3 сравнен(-"я соединен с выходом у ил; (т .;я 2,„. Выходь(пеpBОГО 3 и
ВТОРОГO с(3 У<(т)тОИСТВЯ СРЯВКЕНЬгв(Со
СДИ((ЕКЫ <;, i-га «:- ст щv+„тг Ву О таас",«т P0ãòãòã
Ветств.=;3-.0 . -,.; —:.—;: Ог:; к. ВTO„:oãо
Ут(РЯВ(т;;<а;„: „", Уг(НС;.;ИТ 3; —;Етй т(аг (ОтЬт Вттходы перв.:, с 4 в Второго 22 упрявляе-=
Мых УМ((за(((..ТЕХ(ЕЙ -(Я=тОТЫ СОЕДИНЕНЫ С входами с(30тв .тс::Бек(О первого 5 и
B TQPOI 0 с..г B 8(Я П(I ((ВЯЮЩ(ГУа СУ(«гМЯТОР
ВЫгаОДР): ОТСРЫХ r(0;IK "ÙÅ(Š—,"т т: В гг, Ц
ВTOPQГО .. Ьта("i.."1ЯТ(-Х(ЬПO1 О vjr T"- 3т(СТВЯ
12. Вь(<ОД . от:;poI является ф=-зовым
ВЫХОДОтг (Г С Грот(<. : ., Я Вт<ОД ОЬ 3 ЯЗIтов ОЙ. т(ЯСTQTаt .. . " (. -;, C 1 В Я <(О ЦКЛЮг(Е(° К . ЯI.
T-0BbIN ВХОт::..г(((ЕрВОГО 4 И ВТОРОГО 22 улр аВЛя Е:;., K .(тмв С<.:-Ит ЕЛЕ сг, ЯН ЯЛОГ ОВЫИ
ВХОД у»Лрт«-.вь;:=1«(ОГО дЕЛ-ГГЕЛя i НВЛяЕTся измер(:.=.. ьны - ьходом устройства, первыйв,хо тр= .T(-,å 0 устройс.тва 6 сравне :и 11 соед-(нен с аналоговым вхоДом уг(р<(вх)яет.:OIQ дел:-::.теля 1. первый
Вход че ..: .:-.„-того устройства 14 сравКЕНИЯ Сос ДИКЕН С ВЫХСДОМ УПРаВЛЯЕМОГО HHBFPTÎ; Я 13, ВХОД KQTOPQI"o ЯВ ляется входом спсрного сигнала устройства .: :"Qpb е вхо-ы третьегo H
ЧЕтВЕртОГO !4 уСтрОйств СраВНЕНг(я
ПОДКХПОЧ=((Ь(К ОбЩЕй к(»НЕ ВЫХОД ТРЕТЬЕ" го устройсiBB 6 сравкения подключен к первому Входу <Ъормирователя 8 выХОД КОТОР01 ... Г.ОДКХ(ЮЧ -H К (3 г"<(Дам УПРЯВления у((ран.тяе(»ого инв=-ртор=.. 3 и
ВТОРОГО Г-.,Ь::Ч(т(СЛИТЕЛЬЧОГО УСТРОЙСтва
12 ВыхОд ЧегтвертОГО тСтройствя 14
СРавнен((Я пс Цкхтючен к ВХОДУ ОДксвибратора ".." : i< тактовому гходу управляющего "..:(::-тчика 16, первьн| выхсд ко- торого соедь(кен с входом управления
ПЕРВО("О ВЫ:т;. ЛИТСЛ(((гг yCТРОЙ ЯВЯ стробиру Pi bi«В(ХО". ;QN
ЦифРовогс ПРеобРазователЯ 1(т выхоД которого соедин:.к с ьходом третьего вычислительногa устройства 1!! ., ВыхОД которого ."-ляется Выходом амплитуды утСтройств;::,:;-.;т-рг<од Одконибратol а пОдключек:» ВтОрому входу форь(ировя теля 8 и к первому Входу схемы И 21, ВЫХОД КОТОРОЙ ПОД(алЮЧЕН К УСТЯЧСВОЧ5
1О
U „(t) U „sino,t, 5 159 ным входам первого управляемого умножителя 4 и второго управляемого умножителя 22, объединенные входы запуска управляющего счетчика 16 и первого вычислительного устройства 9 соединены с третьим входом формирователя
8, с входом сброса пикового детектора 7 и с установочными входами накапливающих сумматоров 5 и 23, второй выход управляющего счетчика 16 соединен с установочным входом реверсивного счетчика 18, с вторым входом схемы И 21 и со стробируемыми входами второго 12 и третьего 11 вычислительных устройств, выходы первого 3 и второго 20 устройств сравнения подключены соответственно к первому и второму входам коммутатора 19, первый и второй выходы которого подключены соответственно к тактовому входу прямого счета и к тактовому вхо-. ду обратного счета реверсивного счетчика 18, выход которого подключен к цифровому входу формирователя 17 уровней сравнения, выход которого соединен с третьим входом коммутатора 19, третий выход которого соединен с вторым входом первого устройства 3 сравнения, выход усилителя 2 соединен с первым входом второго устройства 20 сравнения, второй вход которого соединен с четвертым входом коммутатора 19, к управляемому входу которого подключен управляющий выход реверсивного счетчика 18, выходы первого 5 и второго 23 накапливающих сумматоров подключены к входам третьего вычислительного устройства 11, вход запуска управляющего счетчика 16 является входом запуска устройства.
Амплифазометр работает следующим образом.
При появлении управляющего сигнала на входе запуска устройства начинается процесс измерения амплитуды и фазы входного сигнала
U >„sin (u) t где Ц „- амплитуда входного сигнала;
y — фаз а входи о го сигнала; ц — несущая частота входного и о. опорного сигналов.
На первом периоде входного сигнала осуществляется инверсия опорного сигнала где U „ — амплитуда опорного сигнала, если фазовый сдвиг между Ua,„ „(t) и
4440 б
S (t) превьппает 180 (fi((/+277), Эта инверсия осуществляется управляемым инвертором 13 по команде с формирователя 8 импульсов. Управляющий сигнал на входе запуска устанавливает коэффициент передачи управляемого делителя 1 напряжения 1с ц= 1, а коэффициент усиления усилителя 2 k = const.
Пиковый детектор 7 запоминает максимальное значение сигнала за k периодов сигнала с выхода усилителя 2
S (t) = S(t) k „,k II= — k„, (U>„sin(cu0t + )3 °
Затем аналого- цифровой преобразователь 10 преобразует выходное напряжение пикового детектора 7 в цифровой код. Этот код в первом вычислительном устройстве 9 преобразуется в код 11„„„ таким образом, чтобы амплитуда выходного сигнала с усилителя 2 равнялась амплитуде опорного сигнала U», т.е.
11 ак = Пвх 1 ус "урн= Uon
Далее с использованием метода параллельного усреднения осуществляется процесс измерения амплитуды и фазы входного сигнала. Й момент пересечения нулевого уровня нарастающим (с
I положительной производной) сигналом с выхода управляемого инвертора 13
U, () одновибратор 15 формирует им-
35 пульс, который через открытую управляющим счетчиком 16 схему И 21 поступает на первый управляемый умножитель 4 и второй .Управляемый умножитель 22 и устанавливает коэффициент
4О умножения частоты, равным и (если используются и фиксированных уровней сравнения), т.е. k у „= и для обоих управляемых умножителей частоты. При этом в реверсивном счетчике 18 запи45 саН нячяльный кОД и ня Выходе фОрми рователя 17 уровней сравнения сформирован йулевой фиксированный уровень
U (фиг. 2), и коммутатор 19 удерживается в положении I. При этом выход фОрмирОВЯтеля 17 урОВней срЯвнения подключается к второму входу первого устройства 3 сравнения, выход которого подключается к тактовому входу прямого счета реверсивного счетчика
18. При каждом очередном пересечении
t нарастающим сигналом S (t) фиксированного уровня напряжения с выхода формирователя 17 уровней сравнения первое устройство 3 сравнения умень1594440 шит на единицу Ко первого управляемого умножителя 4 и через коммутатор
19 увеличит на единицу выходной код реверсивного счетчика 18, в соответствии с которым на выходе формирователя 17 будет сформирован следующий фиксированный уровень U Как только будет пересечен (п — 1)-и фикСированный уровень U„ » так 1с,пер- 10 вого управляемого умножителя 1 частоты станет равным нулю и реверсивный счетчик 18 переключит коммутатор 19 в положение II. При этом выход формирователя 17 подключается к второму входу второго устройства 20 сравнения, выход которого подключается к тактовому входу обратного счета реверсивного счетчика 18. Теперь при каждом пересечении убывающим сигналом 20
8 (t) очередного фиксированного уровня второе устройство 20 сравнения будет на единицу уменьшать 1„ „второго управляемого умножителя 22 частоты и на единицу уменьшать выходной 25 код реверсивного счетчика 18. При зтом в накапливающих сумматорах 5 и
23 будет накоплено определенное чисЛо импульсов. Цикл накопления импульсов закончится, когда S (t) пере- 30 сечет нулевой фиксированныи уровень.
При появлении каждого следующего импульса с одновибратора 15 описанный.
1 икл накопления импульсов в обоих наКапливающих сумматорах повторится.
;С каждым таким циклом будет увеличи:— ваться содержимое этих накапливающих сумматоров. Циклы накопления будут повторяться до тех пор, пока на входе запуска амплифазометра не появит- 4р ся сигнал о прекращении измерения.
При появлении такого управляющего сигнала счетчик 16 подает сигнал на стробируемые входы вычислительных устройств 11 и 12, по которому эти 45 вычислительные устройства вычислят из1 меренные значения амплитуды и фазы входного сигнала. Если в начале процесса измерения было осуществлено инвертирование опорного сигнала, то по gp соответствующему сигналу с формирователя 8 вычислительное устройство 12 1 к ре з уль тату вычисления приб авит и р адиа н или 1 80 .
Формула изобретения
Лмплифазометр параллельного усреднения, содержащий последовательно соединенные управляемый делитель напряжения, усилитель, пиковый детектор и аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с цифровым входом первого вычислительного устройства, выход которого подключен к цифровому входу управляемого делителя напряжения, вход опорного напряжения устройства соединен с входами опорного напряжения аналого-цифрового преобразователя и формирователя уровней сравнений, первый вход первого устройства сравнения соединен с выходом усилителя, выходы первого и второго устройства сравнения соединены с управляющими входами соответственно первого и второго управляемого умножителя частоты, выходы первого и второго управляемых умножителей частоты соединены с входами соответственно первого и второго накапливающих сумматоров, выходы которых подключены к входам второго вычислительногоустройства, выход которого является фаэовым выходом устройства, вход образцовой частоты устройства подключен к тактовым входам первого и второго управляемых умножителей частоты, аналоговый вход управляемого делителя напряжения является измерителЬ ным входом устройства, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увели.чения точности измерения. амплитуды сигнала, в устройство введены третье и четвертое устройства сравнения, формирователь импульсов, управляемый инвертор, одновибратор, управляющий счетчик, реверсивный счетчик, коммутатор, схема И, третье вычислительное устройство,,причем первый вход третьего устройства сравнения соединен с аналоговым входом управляемого делителя напряжения, первый вход четвертого устройства сравнения соединен с выходом управляемого инвертора, вход которого является входом опорного сигнала устройства, вторые входы третьего и четвертого устройств сравнения подключены к общей шине, выход третьего устройства сравнения подключен к первому входу формирователя импульсов, выход которого подключен к входам управления управляемого инверто55 ра и второго. вычислительного устройства, выход четвертого устройства сравнения подключен к входу одновибратора и к тактовому входу управляющего счетчика, первый выход которого
1594440 оачаяо
3 о бзЧта знзчения f2 .ззп,ob з ячеек
/Ю о байта значения
Лj,за-.ись в ячейку
С2,получение разности содержимого ячеек О! и
0, запись осзуяьтата ,. 6 iir:ку 1 w
/ /
У
Ьвод бЫта значения фея,запись в ячеику 03 авизо о рзз -.<;,гг соде
А з! ...н:,.".. ку .а
Лепечнокснис о.. —,лиь .or n ячеек СЗи l2,запись оез льтата р я;ей к 3 вод содЕ3о:кимо" о ячейки иг.3 со един ен с входом управления первого вычислительного устройства и со стробируемым входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом третьего вычислитель5 ного устройства, выход которого является выходом амплитуды устройства, . выход одновибратора подключен к второму входу формирователя импульсов и к первому входу схемы И, выход которой подключен к установочным входам первого и -второго управляемых умножителей частоты, объединенные входы запуска управляющего счетчика и nep- f5 вого вычислительного устройства соединены с третьим входом формирователя импульсов, с входом сброса пикового детектора и с установочными входами первого и второго накаплаваю- о щих суммагоров, второй выход управ): ляющего счетчика соединен " установочным входом реверсивного счетчика, с вторым входом схемы И и со стробируемыми входами второго и третьего 25 вычислительных устройств, выходы первого и второго устройств сравнения подключены соответственно к первому и. второму входу коммутатора, первый и второй выход которого подключены соответственно к тактовому входу прямого счета и к тактовому входу обратного счета реверсивного счетчика, выход которого подключен к цифровому входу формирователя уровней сравнения, выход которого соединен с третьим входом коммутатора, третий выход которого соединен с вторым входом первого устройства сравнения, выход усилителя соединен с первым вхоход второго устройства сравнения, второй вход которого соединен с четвертым выходом коммутатора, к управляемому входу которого подключен управляющий выход реверсивного счетчика, выходы первого и второго накапливающих сумматоров подключены к входам третьего вычислительного устройства, вход запуска управляющего счетчика является входом запуска устройства.
1594440
Составитель А. Орлов
Редактор С. Пекарь Техред H. Хода ;ич Корректор Н. Король
Тираж 549
Заказ 2825
Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета но изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101
