Двухполупериодный цифровой фазометр с постоянным измерительным временем

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

« i j894 596

Союз Советских

Социалистических

Республик (6l ) Дополнительное к авт. санд-ву (22)Заявлено 07.01.80 (21) 2865165/18-21 с присоединением заявки М (23) Приоритет (5l)N. Кл.

G О! 1! 25/00 (оеударетвенный комитет

СССР (53) УЙК б21.317.. 77 (088.8) Опубликовано 30.12.81. Бюллетень М 48 ао делам наабретениХ и еткрытнХ

Дата опубликования описания 01.01.82 (72) Автор изобретения

О. Г. Сливинский

jôi (Институт физики им. Л. В. Киренского Сибирского отдеаения

АН СССР Jl (7l) Заявитель (54 ) ДВУХПОЛУПЕРИОДНЫЙ ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР

С ПОСТОЯННЬР! ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ ВРЕМЕНЕМ

Изобретение относится к радиоизме" рительной технике и может быть использовано для повышения помехоустойчивости цифровых фазометров.

Известен помехоустойчивый корреляционный фазометр, содержащий входной блок, стабилизатор амплитуд, умножитель, стрелочный индикатор (1).

Недостатками такого фазометра явля- ются малое быстродействие, сложность !

О и громоздкость множительных блоков, трудности представления результатов измерения в цифровой форме.

Известен двухполупериодньп» фазо. метр с постоянным измерительным вре35 менем, содержащий усилители-ограничители, формирователи импульсов по переходам исследуемых напряжений через нуль, управляемые триггеры, формирующие фазовые интервалы, элемент совпадений, элемент ИЛИ, счетчик импульсов, первый и второй формирователи последовательности счетных импульсов со сдвигом 180 между ними, блок ограничения измерительного времени, выполненный в виде задающего генератора, делителя частоты счетных импульсов, триггера,и элементы совпадения (2 ). .Данный фазометр имеет низкую поме,хоустойчивость, проявляющуюся в появлении ложных срабатываний, смещении момента основного срабатывания и уве.личения "мертвой зоны".

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости устройства.

Указанная цель достигается тем, что в двухполупериодном цифровом фазометре с постоянным измерительньи вре-, менем, содержащем усилитель-.ограничитель, вход которого соединен с первой входной клеммой, а выходы - через первый и второй формирователи импульсов с первыми входами первого и второ"

ro управляемых триггеров, первый v. второй элементы совпадения, выходы которых соединены со входами элемента ИЛИ, выход которого соединен со входом счетчика импульсов, третий эле894596 напряжения (ГПН), компараторы 0 и 9, формирователи 10 и 11 стробоскопических импульсов (ФСН), стробкаскады 12 и 13, интеграторы 14 и 15, усилите-!

О ли 16 и 17 постоянного тока (УПТ), блок 18 управления, элементы 19 и 20 совпадения, элемент ИЛИ 21, счетчик 22 импульсов, первый и второй формирователи 23 и 24 последовательностей счето

15 ных импульсов са сдвигом 180 между ними, элемент 25 совпадения, задающий генератор 26, делитель 27 частоты и триггер 28, третий и четвертый формирователи. 29 и 30 импульсов переходов через нуль, Устройства работает следующим образом.

Опорный сигнал U поступает на вход усилителя-ограничителя 1, после чего из этого сигнала формирователями 2 и 3 формируются импульсы в момент перехода через нуль как в положительную, так и в отрицательную стороны. Сформированные импульсы поступают на адни входы управляемых триггеров 4 и 5. С формирователя 2 импульсы поступают на запуск ГПН 6, где вырабатывается пилообразное напряже ние с периодом, равным периоду входного сигнала. Эти пилообразные напряжения сравниваются в компараторе 8 с постоянным напряжением, снимаемым с выхода УПТ 16. С выхода компаратора 8 сигнал поступает на ФСИ !О. Этими импульсами в строб-каскаде 12 стро40 бируется входной сигнал Uy, представляющий собой смесь сигнала и шума.

Значение выстробированного сигнала .запоминается до прихода следующего стробимпульса. Напряжение с выхода стробкаскада 12 интегрируется интегратором 14, после чего поступает на инвертирующий вход УПТ 16.

УПТ. 16 дифференциальный) балансируется таким образом, чтобы равнове50

SS мент совпадения, выход которого соединен через первый и второй Формирователи счетных импульсов с первыми входами первого и второго элементов совпадения и через делитель частоты — со входом триггера, выход которого со единен с первым входом третьего элемента совпадения, генератор, выход которого соединен со вторым входом третьего элемента совпадения, третий и четвертый формирователи импульсов; причем выходы первого и второго управляемых триггеров соединены со вторыми входами первого и второго эле= ментов совпадения, третий формирователь импульсов состоит из последова,тельно соединенных стробкаскада, интегратора, инвертирующега усилителя постоянного тока и кампаратора, формирователя стробимпульсов, синхронизированного генератора пилообразного напряжения и блока управления, первый вход формирователя стробимпульсов соединен с выходом компаратора и с первым входом блока управления, а выход — с первым входом стробкаскада и со вторым .входом первого управляемого триггера, выход синхронизированного генератора пилообразного напря>кения соединен со вторым входом компаратора, а вход — .с выходом первого формирователя импульсов и со вторым входом блока управления, второй выход которого соединен со вторым входом формирователя стробимпульсов, а первый — со вторым входом инвертирующего усилителя постоянного тока, четвертый формирователь импульсов состоит из формирователя стробимпульсов, выход которого через последовательно соединенные стробкаскад, интегратор и неинвертирующий усилитель постоянного тока соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом сикх ронизированного генератора пилообразного напряжения, а выход — со входом формирователя стробимпульсов, выход которого соединен также со вторым . входом .второго управляемого триггера, вход синхронизированного генератора пилообразного напряжения соединен со вторым входом первого управляемого триггера, а входы стробкаскадов третьего и четвертого формирователей соединены со второй входной клеммой.

На чертеже представлена блок-схе" . ма двухполупериодного фазометра с постоянным иэмерительнь>м временем.

Устройство содержит усилитель-ограничитель l, формирователи 2 и 3 импульсов переходов через нуль, управляемые триггеры 4 и 5, синхронизированные генераторы 6 и 7 пилооб>разного сие третьего формирователя 29 соблюдалось в случае, если время прихода строб-импульсов совпадает с моментом пересечения чистого сигнала (без шума) 0 нулевого уровня. При использовании инвертирующего УПТ 16 точка устойчивого равновесия третьего формирователя 29 (рабочая точка) соответствует переходу через нуль чистого сигна5 894 ла с положительной производной, причем, если равновесия нет и время возникновения строб-импульсов соответствует положительной полуволне входного сигнала О, то выходное напряжение

УПТ 16 уменьшается, т.е. формирователь 29 стремится к равновесному устойчивому состоянию в сторону уменьшения аргумента входного синусоидального сигнала, для отрицательной полуволны — в сторону увеличения аргумента.

В связи с этим формирователь 29 может устанавливаться в устойчивое состояние (нерабочее), соответствующее максимальному напряжению с выхода УПТ 16 для измеряемой разности фаз

180 или минимальному напряжению с о

УПТ 16 для Ч ) 180о Если в этом случае изменить напряжение на выходе

УПТ 16 на противоположное, то формирователь 29 автоматически устанавливается в устойчивую рабочую точку рав" новесия. Для этого пределы изменения выходного напряжения с УПТ 16 выбира- ются .большими, чем пределы изменения пилообразного напряжения. При установке формирователя 29 в нерабочую точку на выходе компаратора 8 отсутствует сигнал. В этом случае на формирователь 10 строб-импульсов через блок 18 управления поступают импульсы с формирователя 2, и одновременно посредством блока 18 управления изменяется выходное напряжение с УПТ 16 до противоположного предель.ного значения.

Аналогично работает четвертый формирователь 30, вырабатывающий импульсы в момент прохождения входного сигнала через нуль с отрицательной производной. Для этого в формирователе 30 используется неинвертирующий УПТ 17. Запуск ГПН 7 осуществляется импульсами с выхода

ФСИ 10. В этом случае момент перехода входного сигнала через нуль с отрицательной производной соответствует середине рабочего участка пилообразного напряжения, снимаемого с выхода ГПН 7. Пределы изменения выходного напряжения УПТ 17 выбираются меньшими, чем пределы изменения пилообразного напряжения (с помощью ограничения, например) . Тогда есть одна устойчивая точка, которая и является рабочей устойчивой точкой.

На выходах триггеров 4 и 5 формируются импульсы, равные временным ин43

596 Ф тервалам между переходами через нуль сигналов U è Ug с положительными и отрицательными производньии. Импульсы с триггеров 4 и 5 поступают соответственно на входы элементов 19 и 20 совпадения. На другие входы элементов 19 и 20 совпадения с формирователей 23 и 24 импульсов поступают две последовательности квантующих импульtO сов, сдвинутых на 180О. Задающий генератор 26 генерирует счетные импульсы, поступающие на вход элемента 25 совпадения. Делитель 27 частоты счетных импульсов и триггер 28 ограничива1з ют время измерения. Таким образом, с элемента 25 совпадения на формирователи 23 и 24 поступают колебания задающего генератора в течение измери" тельного времени., 24) В основу работы устройства положен метод накопления, заключающийся в том, что при усреднении интегратором значений смеси сигнала и аддитивного шума с нулевым средним, взятых в момент .

2s времени h + r)T (где Т - период сигнала; n = 1, 2...), на выходе интегратора появляется сумма средних значений сигнала и шума (при некоррелированном шуме и сигнале) . Среднее знаЗ11 чение сигнала при этом равно значению сигнала в момент времени, среднее значение шума стремится к нулю при величении постоянной времени интегратора к бесконечности.

Точность выделения перехода через нуль входного сигнала определяется коэффициентом усиления. усилителя постоянного тока. Погрешность измерения сдвига фаз ДМ из-за конечного коэф4О фициента усиления УПТ составляет

1р 360

gl! (..— )

d ° 23TK где Ь вЂ” амплитуда пилообразного напряжения; с) — амплитуда синусоидального напряжения;

К вЂ” коэффициент усиления УПТ.

К.генератору напряжения (его амплитуде, линейности) не предъявляется жестких требований. Используя автома$0 тическую регулировку в синхронизированном генераторе пилообразного напряжения, можно производить измерения фазы ,в полосе частот.

Таким образом, предлагаемое выпол нение формирователей 29, 30 импульсов переходов через нуль, вырабатывающих из входной смеси (сигнал + шум) -импульсы в момент перехода через нуль

894596!

Формула изобретения

7 сигнала с положительной (третий формирователь) и отрицательной (четвертый формирователь) производными, позволяет повысить помехоустойчивость фазометров с постоянным измерительным временем за счет исключения ложных срабатываьп й, смещения момента основного срабатывания. Стали возможны фазовые измерения при отношениях сигнал/шум, меньших единицы.

Двухполупериодный цифровой фазометр с постоянным измерительным вре- 15 менем, содержащий усилитель-ограничитель, вход которого соединен с первой входной клеммой, а выходы — через первый и второй формирователи импульсов с первыми входами первого и второго управляемых триггеров, первый и второй элементы совпадения, выходы которых соединены со входами элемента ИЛИ, выход которого соединен со входом -счетчика импульсов,. третий эле- 5 мент совпадения, выход которого соединен через первый и второй формирователи счетных импульсов с первыми входами первого и второго элементов совпадения и через делитель частоты - co входом триггера, выход которого соединен с первым входом третьего эле" мента совпадения, генератор, выход которого соединен со вторым входом третьего элемента совпадения, третий и четвертый формирователи импульсов, причем выходы первого и второго управляемых триггеров соединены со вторыми входами первого и второго элемента совпадения, о т л и ч а юQQ шийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, третий формирователь импульсов состоит из последовательно соединенных строб-каскада, 8 интегратора, инвертирующего усилителя постоянного тока и компаратора, формирователя стробимпульсов, синхро- . низированного генератора пилообразного напряжения и блока управления, первый вход формирования стробимпульсов соединен с выходом компаратора и с первым входом блока управления, а выход— с первым входом стробкаскада и со вторым входом первого управляемого триггера, выход синхронизированного генератора пилообразного напряжения соединен со вторым входом компаратора, а вход— с выходом первого формирователя импульсов и со вторым входом блока управления, второй выход которого соединен со вторьи входом формирователя стробимпульсов, а первый †.со вторым входом инвертирующего усилителя постоянного тока, четвертый формирователь импульсов состоит иэ формировате> ля -стробимпульсов,выход которого через последовательно соединенные стробкаскад, интегратор и неинвертирующий усилитель постоянного тока соединен с первым входом компаратора, второй. вход которого соединен с выходом синхронизированного генератора пилообразного напряжения, а выход — со входом формирователя стробимпульсов, выход которого соединен также со вторым входом второго управляемого триггера, вход синхронизированного генератора пилообразного напряжения соединен со вторим входом первого управляемого триггера, а входы стробкаскадов третьего и четвертого формирователей соединены со второй входной клеммой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Соловьев В.Я. Фазовые измерения.

M. "Энергия", 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

У 447640, кл. G 01 Р, 25/00, 1973.

894596

Составитель Н. Агеева

Редактор И. Михеева Техред Е.Хауитончик Кощ ектор Г Назарова

Заказ )1479/73 Тираж 735 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1)3035 Москва Ж-35 Раушская наб. д. 4!5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4