Цифровой фазометр

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социапиатииеских

Республик (ii) 664120 (51)М. Кл.2 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 060976 (21) 2402475/18-21 с присоединением заявки №(23) Приоритет—

G 01 R 25/08

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621 317 .772 (088.8) Опубликовано 2505.79, Бюллетень ¹ 19

Дата опубликования описания 250529 (72) АвтОры

ИЗОб ЮТЮНИЯ H° . B. Сандрацхий,-,В.М. Вовк, С. М. Маевский и В. Н.Шпилька

I (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР

Изобретение относится к фазоизмерительной технике и может быть исполь зовано при разработке цифровых фазометров для широкого диапазона частот, в том числе для инфранизкочастотного 5 диапазона;

Известны фазометры, содержащие . запоминающее устройство, кольцевые регистры сдвига, фильтрй нижних частот, линию задержки, ключи, йизко- 10 частотный фазометр и низкочастотный генератор (1) .

Этим устройствам свойственна невысокая точность измерений в диапазоне низких и инфранизких частот. 15

Наиболее близким по технйческой сущности к изобретению является цифровой фаэометр, содержащий умнбжитель частоты, кольцевой регистр сдвига, две группы ключей, запоминающие 20 устройства, пересчетные схемы, фильтры, индикатор нулевого фазового сдвига, генератор импульсов- Г цифровое отсчетное устройся во (2).

С помощью ключей, управляемых импульсами регистра сдвига, íà запоминающих устройствах фиксируют ряд мгновенных значений сравниваемых напряжений, равномерно распределенных внутри их периода. С помощью других 30

2 ключей, управляемых пересчетными схемами, осуществляют последовательное циклическое считывание напряжений, фиксируемых на запоминающих устройствах. Фильтрации выделяют первые гармоники этих напряжений и подают их на индикатор нулевого Фазового сдвига. Разность фаэ выходных напряжений пересчетных схем изменяют при помощи выходных сигналов индикатора нулевого фазового сдвига. Изменение производят, внесением соответствующего временного сдвига моментов заполнения пересчетных схем. При синфаэности входных напряжений индикатора нулевого сдвига значение измеряемого сдвига фаз определяется сдвигом фаэ напряжений пересчетных схем.

Этот сдвиг индицируют при помощи цифрового отсчетного устройства, куда считывают код одной пересчетной схемы в момент заполнения другой.

К недостаткам таких фазометров относятся значительные погрешности, возникающие при подключении прибора к источникам исследуемых напряжений (в каждом канале к источнику сигналов параллельно подключены п-ключей), Ьбусловленных малым входчым импедан664120

3 сом, а также наличие погрешности измерения, вызванной искажением формы выходных сигналов при их циклическом считывании с запоминающих устройств из-за неидентичности каналов схем запоминания и считывания каждой выборки, а также ограниче- 8 ние частотного диапазона снизу за счет конечного времени хранения запомненных уровней мгновенных значений исследуемых напряжений.

Целью изобретения является повыше-I0 ние точности измерений и расширение частотного диапазона н сторону низких. и инфранизких частот.

Достигается это тем, что в цифровой фазометр, содержащий умножитель 15 частоты, вход которого подключен к перной входной шине фаэометра, выход умножителя частоты подключен к входу кольцевого регистра сдвига, два фильтра, ныходы которых подключены к нхо" 3a% -ййдйкатора нулевого фазоного сдвига, выходы индикатора нулевого фазового сдвига подключены к первым входам пересчетйых схем, к вторым входам которых подключены выходы генератора 25 имйуйъcов, "первый выход первой йересчетной схемы подключен к третьему входу второй пересчетной схемы, а первый выход второй пересчетной схемы, подключен к входу цифрового индика- 30 торного блока, вВедены группа элементов И,элемент ИЛИ,формирователь стробируЮщих импульсов, второй кольцевой регистр сдвига, элемент совпадения, дна блока стробиронания, дйа аналого- З5 . цифровых и два цифроаналоговых преоб- разователя, дна буферных запоминающих устройства, причем входные шины фаэо метра подключены к первым входам бло ков стробирования, вторые входы которых соединены с .выходами формирователя стробирующих импульсов, выход первого блока стробированИя через последовательно соединенные первые аналогоцифровой преобразователь, буферное запоминающее устройство и цифроанало- 45 говый прЕобразователь подключены к первому фильтру, выход второго блока стробиронания через последовательно соединенные вторые аналого-цифровой преобразователь, буферное запоминаю- 50 щее устройство и цифроаналоговый преобразователь подключены к входу второго фильтра, вторые вйходы аналого-цифровых преобразователей через элемент совпадения подключены к входам второго кольцевого регистра сдвига, выходы первого: кольцевого регистра сдвига подключены к первым входам группы элементов И, выходы второго кольцевого регистра сдвига подключены к вторым входам группы элементов И, выходы которых через элемент ИЛИ соединены с входом Формироватедя стробирующих импульсов.

На чертеже дана блок-схема предлагаемого фаэометра.

Она содержит умножитель l частоты, кольцевые регистры сдвига 2,3, элементы И 4 — ° 4, элемент ИЛИ 5, форрователь .6 стробирующего импульса, элемент совпадения 7, блоки стробиронания 8 и 8, аналого-цифровые преобразователи 9 и 9, буферные вапоминающие устройства 10 и 10 со схемами адресами, цифроайалогоные преобразователи ll и 11, фильтры 12 и 12а, пересчетные схемы 134 и

13, индикатор 14 нуленого фазового сдвига, импульсный генератор 15 и цифровой индикатор 16.

Цифровой фазометр работает следующим образом.

Одно иэ входных напряжений поступает на вход умножителя 1 частоты, на выходе которого получают .напряжение, умноженное по частоте по отношению к входному в и раз.

Сигнал с выхода умножителя 1 частоты поступает на вход кольцевого регистра сдвига 2, на выходах которого образуется последовательность импульсов с частотой входного (исследуемого) сигнала, сдвинутых Относительно друг друга на время ат = — — где Тв„- период входного сигнала; п - коэффициент умножения умножителя.

Одна из этих последовательностей импульсов через открытый элемент И (из группы элементов И 4 - 4я), элемент ИЛИ 5 и Формирователь стробирующих импульсов б проходит на входы блоков стробиронания 8, 8 и фиксирует мгновенные значения, т.е. производит выборку напряжений входных сигналов, которые аналого-цифровыми преобразователями 9 и 9 преобразуются в код. Полученные коды мгновенных значений заносятся по одному и тому же адресу в каждом канале н. буферные запоминающие устройства 10 и 10 .

После окончания этой операции в обоих каналах на выходе элемента совпадения

7 формируется импульс, поступающий на вход кольцевого регистра сдвига 3.

На соответствующих выходах регистра сдвига 3 появляются управляющие сигналы, которые открывают очередной и закрывают предыдущий элементы И (из группы элементов И 4 — 4n) ° Теперь на вход блоков стробирования 8<, 8 через открытый элемент И, элемент

ИЛИ 5 и формирователь б проходят импульсы, смещенные во времени по отношению к предыдущим, и фиксируют мгновенные значения напряжений входных сигналов в момент, смещенный по отношению к предыдущему на время

КТ „+ 1ат., где К - О, l. 2,...;

1, 2, 3,... — порядковый номер выборки. б б4 120

В дальнейшем цикл работы повторяется. Таким образом производится дискретизация во времени и квантование по уровню исследуемых напряжений, а также запоминание кодов мгновенных значений напряжений в моменты дискретизации. 5

Если сравниваемые напряжения имеют вид

U4 = U sin +t + )

Ut - Umщ sin 4Dt то

То на блоках стробирования 8, 8 в моменты времени КТ „ + ха фиксируются соответственно напряжения

К2Я i, 2Я

01 U sin (» i+y) = Uzsin (— i+<);

К Я и . 2% . 15

U =U sin — i =U sin . i, Ill и коды, пропорциональные которым, заносятся в буферные запоминающие устройства.

Пересчетными: схемами 13, 132 осу-2ц ществляется последовательное циклическое считывание кодов мгновенных значений напряжений, хранящихся в буферных запоминающих устройствах 101, 10, и подача их на цифроаналоговые преобра-д6 зователи 111, 112, на выходе которых формируются переменные непрерывные напряжения.,Основные гармоники этих напряжений, выделенные фильтрами 121 и 12, равны 30 и = U — — — — „s in (t- — + ю + y ), I n sin &6 где Я вЂ” круговая частота выходных напряжений пересчетных схем

131, 13 Р (р — начдльнйе Фазы этих напря2 жений.

Разность фаз выходных напряжений пересчетных схем 13>, 13 — g (-

40 изменяют при помощи управляющих сигналов индикатора нулевого фазового сдвига 14. Это изменение производится путем внесения соответствующего временного сдвига моментов заполнения пересчетных схем.

При достижении синфазности напряже иий на входе индикатора 14 нулевого фазового сдвига выполняется равенство 1 "2 50 т.е. значение измеряемого сдвига фаз определяется сдвигом фаз у напряюкеиий пересчетных схем 131, 13>, который индицируется цифровым отсчетным устройством 16 путем считывания 51 кода пересчетной схемы 132 в момент переполнения пересчетной схемы 134 .

Разрешающая способность измерения определяется коэффициентом деления частоты К пересчетных схем 131, 13, Разность фаз выходных напряжений этих схеь может принимать дискретные значения

К где N 0, 1, 2,..., К 65 М !

При выборе K = 36000 дискретность измерения сдвига фаэ напряжений пересчетных схем 131 и 13, а, следо-. вательно, и дискретность измерения сдвига фаз исследуемых сигналов составляет 0,010.

Сигналы управления схемами адресации буферных запоминающих устройств

>0i и 102, считывающие коды мгновенных значений входных напряжений,, формируются в моменты прохождения пересчетными схемами 13 и 13 состояний

К

П

Таким образом, использование в каждом канале только одного стробирующего устройства и воэможность фиксации мгновенных значений исследуемых напряжений через несколько периодов входных сигналов существенно повышают входной импеданс фазометра и значительно снижают погрешность, возникающую при подключении его к источникам сигналов. При этом, по сравнению с известным техническим решением отсутствует погрешность от неидентичности схем запоминания и считывания каждой выборки.

Применение аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей и буферных запоминающих устройств позволяет неограниченно долго без потерь хранить информацию о мгновенных значениях исследуемых напряжений, что позволяет повысить точность измерений, производить запоминание и считывание информации о сигналах в разные моменты времени, а также нроиэводить измерения на низких, практически не ограниченных снизу, частотах.

Использование изобретения позволяет создать высокоточный широкодиапазонный цифровой фазометр на диапазон,частот от единиц мегагерц до тысячных долей герца.

Предложенный цифровой фазометр изготовлен и испытан в лабораторных условиях. Результаты испытаний подтверждают положительный эффект

его применения.

Формула изобретения

Цифровой фазометр, содержащий умножитель частоты, вход которого подключен к первой входной шине фазометра, выход умножителя частоты подключен к входу кольцевого регистра сдвига, два фильтра, выходы которых подключены ко входам индикатора нулевого фазового сдвига, выходы индикатора нулевого фазового сдвига подключены к первым входам пересчетных схем, к вторым входам котоРых подключены выходы генератора импульсов, первый выход первой пересчетной схемы подключен к третьему входу второй пересчетной схемы, а первый выход втор и пересчетной схемы подключен к входу цифрового

Составитель Л.Плетнева

Техред И.Ьсталош, Корректор О.Билак;

Редактор Е.Гончар

Заказ 2993/44 Тираж" 1089 " . Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филизл ППП Патент, г.ужгород., ул. Проектная, 4

7 664120 8 индикатора, отличающийся стробирования через последовательно тем, что, с целью повышения точности. соединенные вторые аналого-цифровой измерений и расширения частотного преобразователь, буферное запоминаюднапаэона в сторону нйзких и инфра- щее устройство и цифроаналоговый прениэких частот, в него введейы группа образователь подключены к входу втоэлементов И, элемент ИЛИ, формирова- рого фильтра, вторые выходы первого тель стробирующих импульсов, второй g и второго аналого-цифрового преобра кольцевой регистр сдвига, элемент эователей через элемент совпадения совпадения, введены два блока стро- подключены к входу второго кольцево бирования, два аналого-цифровых и го регистра сдвига, выходы первого два цифроаналоговых преобразователя, сдвига подключены к первым входам два буферных запоминающих устройства, у группы элементов И, выходы .второго причем входные шины фазометра подклю- кольцевого регистра сдвига подключечены к первым входам блоков стробиро- ны к вторым входам группы элементов вания, вторые входы которых соединены И> выходы которых через элемент ИЛИ ,с выходом формирователя стробирующих соединены с входом формирователя импульсов, выход первого блока стро 15 стробирующйх импульсов. бирования через . последовательно сое- Источники информации, принятые: диненные первые аналого-цифровой во внимание при экспертизе преобразователь, буферное запоминаю- 1. Авторское свидетельство СССР щее устройство и цифроаналоговый пре- . 9371526, кл. 6 01 Й 25/00. обраэователь подключены к входу riep- 2. Авторское свидетельство СССР вого фильтра, выход второго блока 9472308, кл. G 01 R 25/00, 1973. !