Цифровой фазометр

 

ОЛ ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (iii 987534

Союз Советских

Социалистических

Республик (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву И 767664 (22) Заявлено14. 08. 81 (21) 3331806/18-21 с присоединением заявки М(23) Приоритет

{5I)N. Кл.

0 01 К 25/08 т ооуддрстеелкые комитет

СССР

Опубликовано 07.01. 83.бюллетень 1тт оо делам кэебретелкк и открытий (53) УДК 621-. 317. .77(088.8) Дата опубликования описания 07.01. 83 т

C.Ï.Ïàíüêî и И.К.Чмых с ., /

Ф Ф т

Красноярский политехнический институт (72) Авторы изобретен йя (71) Заявитель (54) ЦИФР080Й ФАЗОИЕТР

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при измерении сдвига фаз между двумя гармоническими сигналами,один из которых искажен шумами, а также гармоническими составляющими.

По основному авт.св. И 767664 известен цифровой фазометр, содержащий последовательно соединенные стробоскопический и аналого-цифровой преобразователи, .синхронизирующий блок, запоминающий блок, два перемножителя,. подключенные к запоминающему блоку и через сумматоры с накопителями - к вычислителю функции arctg х/у, сумматор,,подключенный в аналого- цифровому преобразователю и синхронизирующему блоку, последовательно соединенные блок регистров и блок управления регистрами, который подключен к синхронизирующему блоку, причем выход блока регистров соединен с педемножителями и сумма" тором, а выходы синхронизирующего блока подключены к стробоскопическому и аналого-цифровому преобразователям и запоминающему блоку, выход сумматора соединен с блоком регист:ров I 1).

Недостаток известного фазометра состоит в низкой точности измерения. то Если 0 ею (,tg) 4 > f> )— входной сигнал, а () шаг квантования о по уровню квант аналого-цифрового преобразователя (АЦП ), то при U

Отяработоспособность измерителя

2о уровню.АЦП. Это значит,,что при отсутствии внешних аддитивных шумов коды, снимаемые с AlP в одноименных точках всех периодов, будут одинако3 98753 выми. Таким образом, для этой ситуации, усреднение по ансамблю теряет смысл и высокая точность измерения не может быть обесйечена (2) .

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой фазометр, содержащий последовательно соединенные первый стробоскопический и аналого-цифровой 10 преобразователи, синхронизирующий блок, запоминающий блок, два перемно жителя, подключенные к запоминающему блоку и через сумматоры с накопителями - к вычислителю функции

arctg х/у, сумматор, подключенный к аналого-цифровому преобразователю и синхронизирующему блоку, последовательно соединенные блок регистров и блок управления регистрами, подклю- 20 ченный к синхронизирующему блоку, причем выход блока регистров соединен с перемножителями и сумматором, входс выходом сумматора, а выходы синхронизирующего блока подключены к первому стробоскопическому, аналого-цифровому преобразователям и.запоминаю- цему блоку, введены последовательно соединенные генератор шума и второй стробоскопический преобразователь, Зв выходом соединенный с первым входом первого стробоскопического преобразователя, и линия задержки, выходом соединенная со вторым входом второго стробоскопического преобразователя, а входом — со вторым входом первого стробоскопического преобразователя.

В основе работы устройства лежит принцип усреднения результатов преобразователей одного и того же мгновенного значения входного сигнала (в различных периодах ) в цифровой код. При этом необходимо обеспечить на входе преобразователя аддитивную смесь преобразующего напряжения и шума с определенными характеристиками.

Тогда дисперсия погрешности .т1 в, 1 о м 1Ъ> >

;",".=,,ü "(Г:":)1 где Э„, =б1ы - дисперсия шума; количество усреднений;

11 " шаг квантования по уров 5 о ню

К - номер интервала квантования.

4 4

Как видно из выражения для;1), при фиксированных и и Цо с ростом дйсперсии шума первое слагаемое увеличивается, а последнее — уменьшается. Таким образом, фракция имеет минимум. Достижение этого минимума обеспечивается при вполне определенном- соотношении

4/" о з„,-иенские - >1) т, Таким образом, одним из путей умен> . шения погрешности преобразования напряжения в цифровой код является пе ревод АЦП в режим несинхронного преобразования с небольшой (в пределах

U0) дисперсией $21, На фиг.1 приведена структурная схема цифрового фазометра; на фиг.2эпюры напряжений.

Устройство состоит из генератора

1 шума, стробоскопических преобразователей 2 и 3, линии 4 задержки, аналого-цифрового преобразователя 5, соединенного с сумматором 6, который подключен к блоку 7 регистров.

Блок 7 регистров через перемножители 8 и 9 соединен с сумматорами l0 и 11 с накопителями, которые, в свою очередь, подключены к вычислителю 12 функции arctg х/у. Синхронизирующий блок 13 соединен с первым стробоскопическим преобразователем

3, аналого-цифровым преобразовтелем

5, сумматором 6, линией 4 задержки, блоком 14 управления регистрами и запоминающим блоком 15.

Устройство работает следующим образом.

Стробопреобразователь 3 производит квантование по времени входного сигнала, формируя на своем входе постоянное напряжение, пропорциональное мгновенному значению входного сигнала в момент считывания. Поскольку стробоимпульсы сдвигаются во времени относительного входного сигнала, что обеспечивается синхронизирующим блоком 13, то на выходе стробопреобразователя 3 формируется ступенчатое напряжение, огибающая которого повторяет входной сигнал. Аналого-цифровой преобразователь 5 осуществляет дискретизацию напряжения с выхода стробопреобразователя 3, т.е. преобразует его в цифровой код.

Блок 7 регистров содер>кит Р регистров, способных осуществлять н987534 6 фиг.2 представлена значениями U (1 и UZ.

Как видно, возможны ситуации, когда 0-„ 7 U o,ò.å. код АЦП .5 станет отличным от нулевого значения. Многократное=усреднение кодов, снимаемых с АЦП 5 для одной и той же точки отсчета, позволяет значительно повысить . точность представления отсчетов и как О следствие — снизить погрешность измерения при малых сигналах.

Случайное измерение порога срабатывания АЦП 5 обеспечивается подклю;чением к накопительной емкости первого стробоскопического преобразователя 3 напряжения, которое является выборками щума с нулевым усреднением, Формируемым генератором 1 шума. Управление работой стробоскопического npe2î образователя 2 осуществляется стробоимпульсами, прошедшими через линию

4 задержки и задержанными относитель. но исходных примерно на половину периода.

Формула изобретения копление1 Ф отсчетов входного сигнала каждый. Блок 14 управления регистра ми падключает регистры по очереди к сумматору 6. В момент nepaoro ох-, счета во втором периоде входного сигнала к сумматору 6 оказывается подключенным первый регистр блока

7 регистров. В момент первого отсчета в третьем периоде к сумматору 6 подключается снова первый регистр и т.д. Аналогично производится накопление информации в остальных регистрах. Деление на 1и, необходимое при усреднении, обеспечивается за счет снятия информации со старших разрядов регистра.

Таким образом, по окончании всех усреднений в регистрах оказываются записанными коды, пропорциональные усредненным мгновенным значениям входного сигнала во всех точках дискретизации (отсчета). Перемножители 8 и. 9 перемножают.код, напри" мер нулевой точки с первого регистра из блока 7 регистров, и коды весовых

Функции (sin 64 и cos i0)t>) для рассматриваемого случая i = 0 с запоминающего блока 15. Результаты перемножения переносятся в сумматоры 10 и 11 с накопителями. Подобные опера-зо ции проводятся с кодами всех точек при вызове из запоминающего блока l5соответствующих значений весовых функций.

После обработки всего массива, хранимого в блоке 7 регистров, в сум. маторах 10 и 11 с накопителями оказы-. ваются записанными соответственно синусная и косинусная составляющие разложения входного сигнала s ряд

Фурье в базисе тригонометрических функций. Вычислитель 12 функции

arctg х/у определяет искомый фазовый .сдвиг.

На фиг.2 показано возможное взаимное расположение напряжения с выхода первого стробопреобразователя 3 и кванта АЦП 5. Поскольку U y U, то код, снимаемый с АЦП 5, будет нупевым, что эквивалентно отсутствию входного сигнала. Причина этого, как указывалось, в синхронизированности по уровню АЦП. Перевод АЦП 5 в режим несинхронного преобразования обеспечивается с помощью генератора 1 шума.

Сумма входного сигнала и шума на фиг.

Технико-экономический эффект фазометра основывается на обеспечении возможности измерения с высокой точностью в большом динамическом диапа-.. зоне.

Цифровой Фазометр по авт.св.

И 767664, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены последовательно соединенные генератор шума и второй стробоскопический преобра зователь, выходом соединенный с пер" вым входом первого стробоскопического

1 преобразователя, и линия задержки, выходом соединенная с вторым входом второго стробоскопического преобразователя, а входом — с вторым входом первого стробоскопического преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

NÃ 767664, кл. 5 01 К 25/08, 16.10.78.

2. Ефимов В.И. Квантование по времени при измерении и контроле. М., "Энергия", 1969, с.39.

987534 у// .Е

Составитель Н.Агеева

Редактор Н.Егорова Техред А.Ач Корректор Н.Король .Заказ 10297/33 Тираж 708 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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