SU1265640A1

SU1265640A1 - Device for measuring phase

Info

Publication number: SU1265640A1
Application number: SU833678574A
Authority: SU
Inventors: Александр Семенович Глинченко; Зиновий Владимирович Маграчев; Сергей Викторович Чепурных; Михаил Кириллович Чмых
Original assignee: Красноярский Политехнический Институт
Priority date: 1983-11-03
Filing date: 1983-11-03
Publication date: 1986-10-23

Abstract

Изобретение относитс к радиоизмерительной технике. Цель изобретени - р&amp;сширение функциональных возможностей устройства. Устройство содержит в обоих каналах формирователи 3 и 4, блоки 5 и 6 цифровой фильтрации/ложных нулей. Кроме того устройство содержит общие дл обоих каналов преобразователь 7 фаза-интервал времени, блок В квантовани , счетчик 9 кода фазы, микропроцессорный вычислительный блок 10, индикатор 11., генератор 12, элемент И 13, счетчик 14 кода периода, блок 15 управлени и блок 16 синхронизации. Введение в каждый канал ключей 17 и 18, нормализаторов 19 и 20 амплитуду импульсов , аттенюаторов 21 и 22 и аналоговых сумматоров 1 и 2 обеспечивает одновременное измерение амплитуды сигналов фазы без существенного усложнени структуры устройства. того, значение амплитуды сигналов т на входах фазометра позвол ет производить ручную или автома.тическую коррекцию его амплитудозависимых погрешностей и повысить тем самым точность измерени фазы. 2 ил.This invention relates to a radio measuring technique. The purpose of the invention is p & expansion of the functionality of the device. The device contains in both channels the formers 3 and 4, blocks 5 and 6 of digital filtering / false zeroes. In addition, the device contains a phase-time converter common to both channels, a quantization unit B, a phase code counter 9, a microprocessor computing unit 10, an indicator 11., a generator 12, element 13, a period code counter 14, a control unit 15 and a block 16 sync. Introduction to each channel of the keys 17 and 18, the normalizers 19 and 20 pulse amplitudes, attenuators 21 and 22 and analog adders 1 and 2 provides simultaneous measurement of the amplitude of the phase signals without significantly complicating the structure of the device. moreover, the value of the amplitude of the signals t at the inputs of the phase meter allows manual or automatic correction of its amplitude-dependent errors and thereby increase the accuracy of phase measurement. 2 Il.

Description

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения амплитуд и фаз гармонических сигналов.The invention relates to a radio engineering technique and can be used to measure amplitudes and phases of harmonic signals.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения измеренияThe purpose of the invention is the expansion of the functionality of the device by providing measurement

А * амплитуды сигналов фазовым методом.A * amplitude of the signals by the phase method.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы.In FIG. 1 shows a structural diagram of a device; in FIG. 2 - timing charts.

Устройство содержит в обоих каналах последовательно соединенные аналоговые сумматоры 1 и 2, формирователи 3 и 4 и блоки 5 и 6 цифровой фильтрации ложных нулей, с выходами и входами которых соединен преобразователь 7 фаза-интервалы времени, с которым последовательно соединены блок 8 квантования, счетчик 9 кода фазы, микропроцессорный вычислительный блок 10 и индикатор 11, последовательно соединенные генератор 12, элемент И 13 и счетчик 14 кода периода, соединенный с микропроцессорным вычислительным блоком 10, блок 15 управления, блок 16 синхронизации, соединенный входами с одним из выходов счетчика 14 кода периода, блока 15 управления и выходом блока 6 цифровой фильтрации ложных нулей, а выходом - с преобразователем 7 фаза-интервал времени, блоком 15 управления и элементом И 13, соединенным выходом с блоком 8 квантования, последовательно соединенные в каждом канале ключи 17 и 18, нормализаторы 19 и 20 амплитуды •импульсов и аттенюаторы 21 и 22, соединенные выходами с вторыми входами соответствующих аналоговых сумматоров 1 и 2, а управляющими входами с выходом микропроцессорного вычислительного блока 10, вторые входы блоков 5 и 6 цифровой фильтрации ложных нулей соединены с генератором 12, а их выходы - с информационными входами соответствующих ключей 17 и 18, соединенных управляющими входами с выходами блока 15 управления, который соединен также со счетчиками 9 и 14 кода фазы и периода} и микропроцессорным вычислительным блоком 10.The device comprises in both channels analogue adders 1 and 2 connected in series, shapers 3 and 4, and false zero filtering units 5 and 6, with outputs and inputs of which a phase-time converter 7 is connected, to which a quantization unit 8 is connected in series, a counter 9 phase code, microprocessor computing unit 10 and indicator 11 connected in series to generator 12, element 13 and a period code counter 14 connected to microprocessor computing unit 10, control unit 15, synchronization unit 16, connected by inputs to one of the outputs of the counter 14 of the period code, the control unit 15 and the output of the digital filtering unit 6 of false zeros, and the output is a phase-time converter 7, the control unit 15 and the element 13, connected by the output to the quantization unit 8, in series the keys 17 and 18 connected in each channel, the normalizers 19 and 20 of the pulse amplitude and attenuators 21 and 22, connected by the outputs with the second inputs of the corresponding analog adders 1 and 2, and the control inputs with the output of the microprocessor computing unit and 10, the second inputs of blocks 5 and 6 of digital filtering of false zeros are connected to the generator 12, and their outputs are connected to the information inputs of the corresponding keys 17 and 18, connected by control inputs to the outputs of the control unit 15, which is also connected to the counters 9 and 14 of the phase code and period} and microprocessor computing unit 10.

Устройство работает следующим образом. ·The device operates as follows. ·

В режиме измерения фазы ключи 17 и 18 закрыты и входные сигналы проходят без изменений через аналого2 вые сумматоры 1 и 2 на формирователи и 4, где преобразуются в прямоугольные импульсы. В блоках 5 и 6 цифровой фильтрации ложных нулей обеспечивается исключение ложных нулей, вызванных широкополосными шумами. Затем сформированные сигналы поступают на преобразователь 7 фаза-интервалы времени и далее происходит квантование фазовых интервалов в блоке 8 квантования и подсчет пропорционального сдвигу фаз числа импульсов Νψ счетчиком 9 кода фазы за время измерения.In the phase measurement mode, the keys 17 and 18 are closed and the input signals pass without changes through the analog 2 adders 1 and 2 to the shapers and 4, where they are converted into rectangular pulses. In blocks 5 and 6 of digital filtering of false zeros, the elimination of false zeros caused by broadband noise is provided. Then, the generated signals are transmitted to the phase-time converter 7 and then the phase intervals are quantized in the quantization unit 8 and the number of pulses Νψ proportional to the phase shift is counted by the counter 9 of the phase code during the measurement time.

Одновременно в счетчике 14 кода периода регистрируется число импульсов от генератора 12 через открытый на время измерения элемент И 13, пропорциональное суммарному коду перио20 да Ν_τ. Коды Nи Ν_τ по окончании времени измерения сигналом с блока 15 управления вводятся в микропроцессорный вычислительный блок 10, где в соответствии с алгоритмом q>= 360 Nq,/N_T вычисляется искомый сдвиг фаз и результат выводится на индикатор 11. С помощью блока 16 синхронизации обеспечивается кратность времени измерения и периода сигнала.At the same time, in the counter 14 of the period code, the number of pulses from the generator 12 is recorded through the And 13 element open at the time of measurement, proportional to the total period code 20 yes Ν _τ . Codes Nи Ν _τ at the end of the measurement time by a signal from control unit 15 are entered into microprocessor-based computing unit 10, where, in accordance with the algorithm q> = 360 Nq, / N _T , the desired phase shift is calculated and the result is displayed on indicator 11. Using block 16 synchronization Multiplicity of measurement time and signal period is provided.

В режиме измерения амплитуды в одном из каналов (например, перовом) сигналом с блока 15 управления открывается ключ 17 и прямоугольные импульсы с выхода блока 5 цифровой фильтрации ложных нулей проходят через нормализатор 19 амплитуды импуль: сов и аттенюатор 21 на второй вход аналогового сумматора 1.In the mode of measuring the amplitude in one of the channels (for example, by a feather), the signal from the control unit 15 opens the key 17 and the rectangular pulses from the output of the digital false zero filtering unit 5 pass through the pulse amplitude normalizer 19: ow and attenuator 21 to the second input of analog adder 1.

⁴⁰ Наибольшую помехоустойчивость к широкополостным шумам обеспечивают блоки 5 и 6 цифровой фильтрации ложных н$лей, основанные на привязке к экстремальным значениям гармоническо⁴^ го сигнала. Сигнал на выходе таких блоков сдвинут по фазе относительно входного примерно на 90⁹. Этот сигнал Определенной амплитуды U_o, задаваемой нормализатором 19 амплитуды ⁵⁰ импульсов и аттенюатором 21 (фиг.2а), суммируясь в аналоговом сумматоре 1 с входным сигналом U_B^(t), приводит к смещению его нуль-переходов (фиг.2 бив) на величину, соответствдаощую приращению фазы &q>_r=arcsin(y» /IU), где U _w - амплитуда сигнала.' При ⁴⁰ greatest immunity to noise wideband provide blocks 5 and 6 digital filtering the false n $ lei, based on binding to the extreme values of harmonic ⁴ ^ th signal. The output signal of such blocks is approximately 90 ^{9 out of} phase with respect to the input. This signal of a certain amplitude U _o defined by the normalizer 19 of the amplitude of ⁵⁰ pulses and the attenuator 21 (Fig.2a), summing up in the analog adder 1 with the input signal U _B ^ (t), leads to a shift of its zero-transitions (Fig.2 beat) by the value corresponding to the phase increment &q> _r = arcsin (y "/ IU), where U _w is the signal amplitude. ' At

U_o« U_w, дер »U₀/U_m. В соответствии с этим алгоритмом по измеренному приращению фазы и известному значению U_o в микропроцессорном вычислительном блоке 10 вычисляется значение амплитуды входного сигнала.U _o “U _w , der” U ₀ / U _m . In accordance with this algorithm, the value of the amplitude of the input signal is calculated from the measured phase increment and the known value of U _o in the microprocessor computing unit 10.

Аналогично может быть измерена '5 амплитуда сигнала и во втором канале .Similarly, the '5 signal amplitude can be measured in the second channel.

Необходимые значения калиброванного напряжения U_o задаются с мик- ю ропроцессорного вычислительного блока 10, управляющего коэффициентом деления аттенюаторов 21 и 22, из условия обеспечения максимальной точности измерения. Относительная пог- <5 решность измерения амплитуды сигнала при U₀«Um определяется как&„ = =(>_ц/и_т =4? гдеб_и ,б<, - среднеквадратические погрешности измерения амплитуды и фазы сигнала. Так, при 20 = 0,01° и = (5-10)°, Б ₀ = = (0,14-0,28)%. С учетом инструментальных погрешностей можно считать, что реально достижимая точность измерения амплитуды фазовым методом 25 в широком диапазоне частот составляет 0,5-1,0%. Эта точность вполне достаточна для большинства практических применений.The necessary values of the calibrated voltage U _o are set with the microprocessor computing unit 10, which controls the division ratio of the attenuators 21 and 22, from the condition of ensuring maximum measurement accuracy. The relative accuracy <5 of the measurement of the signal amplitude at U ₀ «Um is defined as &„ = (> _q / and _m = 4? Where b _and , b <are the mean square errors of the measurement of the amplitude and phase of the signal. So, at 20 = 0, 01 ° and = (5-10) °, B ₀ = = (0.14-0.28)%. Taking into account instrumental errors, we can assume that the achievable accuracy of measuring the amplitude by phase method 25 in a wide frequency range is 0.5 -1.0%. This accuracy is quite sufficient for most practical applications.

Таким образом, в предлагаемом устройстве обеспечивается одновременное измерение фазы и амплитуды сигнала без существенного усложнения структуры измерителя, что расширяет его 35 функциональные возможности и область применения. Кроме того, значение амплитуды сигналов на входах фазометра позволяет производить ручную или автоматическую коррекцию его амплиту- 40 дозависимых погрешностей и повысить тем самым точность измерения фазы.Thus, the proposed device provides simultaneous measurement of the phase and amplitude of the signal without significantly complicating the structure of the meter, which expands its 35 functionality and scope. In addition, the amplitude of the signals at the inputs of the phase meter allows manual or automatic correction of its amplitude - 40 dose-dependent errors and thereby improve the accuracy of phase measurement.

Claims

The invention relates to radio measuring technology and can be used to measure amplitudes and phases of harmonic signals. The purpose of the invention is to expand the functionality of the device by providing measurement of the amplitude of the signals by the phase method. FIG. 1 shows a block diagram of the device; in fig. 2 - time diagrams. The device contains in both channels serially connected analog adders 1 and 2 shapers 3 and 4 and blocks 5 and 6 of digital filtering of false zeros, the outputs and inputs of which are connected to a converter 7 phase-time intervals to which the quantization unit 8 is sequentially connected, a counter 9 phase codes, microprocessor computing unit 10 and indicator 11 in series connected generator 12, element 13 and counter 14 period code connected to microprocessor computing unit 10, control unit 15, unit 16 synchronization and connected by inputs to one of the outputs of the counter 14 of the period code, the control unit 15 and the output of the digital filtering unit of false zeroes, and the output to the converter 7 phase-time interval, the control unit 15 and the And 13 element connected to the output with block 8 quantization, keys 17 and 18, connected in each channel, pulse amplitude amplifiers 19 and 20 and attenuators 21 and 22, connected to the outputs with the second inputs of the corresponding analog adders 1 and 2, and controlling the inputs with the output of the microprocessor computer About block 10, the second inputs of blocks 3 and 6 of digital filtering false zeros are connected to the generator 12, and here the outputs are connected to information inputs of the corresponding keys 17 and 18 connected by control inputs to the outputs of control block 15, which is also connected to counters 9 14 code. Phase and period microprocessor computing unit 10. The device works as follows. In the phase measurement mode, the keys 17 and 18 are closed and the input signals are passed unchanged through analog adders 1 and 2 to the formers 3 and 4, where they are converted into square pulses. In blocks 5 and 6 of digital filtering of false zeroes, the exclusion of false zeroes caused by broadband noise is provided. Then, the generated signals are sent to the phase-time converter 7, and then the phase intervals are quantized in the quantization unit 8 and the number of pulses N 1 1 proportional to the phase shift is counted by the counter 9 of the phase code during the measurement time. At the same time, in the period code counter 14, the number of pulses from generator 12 is recorded through an element 13 that is open for the measurement time and is proportional to the total period code N. The codes N "and N. after the time of measurement, the signal from the control unit 15 is entered into the microprocessor computing unit 10, where, in accordance with the cp 360 N algorithm (o / N., The desired phase shift is calculated and the result is displayed on the indicator 11. With the help of the synchronization unit 16, the measurement time and the signal period are multiplied. In the amplitude measurement mode,. A key 17 opens from a channel (for example, the first) with a signal from control unit 15 and rectangular pulses from an output of digital false zero filtering unit 5 pass through a normalizer 19 of pulse amplitude and an attenuator 21 to a second input of an analog adder 1. Most high immunity to wideband noise provide blocks 5 and 6 of digital filtering spurious, based on the relation to the extreme values of the harmonic signal. The signal at the output of such blocks is shifted in phase relative to the input by about. This signal of a certain amplitude U, specified by the normalizer 19 of the amplitude of the pulses and the attenuator 21 (FIG. 2a), summed in the analog adder 1 with the input signal), causes its zero transitions (FIG. 2b) to be offset by an amount corresponding to the increment phase &q;. arcsin (U / iG), where frt is the signal of the signal. With ujj and, der ftUg / u. In accordance with the timings algorithm, using the measured phase increment and the known Ug value in the microprocessor computing unit 10, the amplitude value of the input signal is calculated. Similarly, the amplitude of the signal and the second channel can be measured. The required values of the calibrated voltage U. are set from the microprocessor computing unit 10, which controls the division ratio of the attenuators 21 and 22, to ensure the maximum measurement accuracy. The relative error in measuring the amplitude of a signal when determined as 5 ° dy / U gdebi, G ,, are the mean square errors of measuring the amplitude and phase of the signal. So, with с, 0,01 ° and лср (5-10)% 5 "(О, 14-0,28)%. Taking into account the instrumental errors, it can be considered that the accuracy of the amplitude measurement by the phase method in a wide frequency range is actually em 0.5-1.0%. This accuracy is sufficient for most practical applications. Thus, in the proposed device, the phase and amplitude of the signal are simultaneously measured without significantly complicating the structure of the meter, which expands its functionality and field of application. In addition, the amplitude of the signals at the inputs of the phase meter allows manual or automatic correction of its amplitude-dependent errors and thereby increase the accuracy of phase measurement. The invention The device for measuring the phase, containing the phase-to-interval converter in time, serially connected in both channels drivers and digital filtering of false zeroes, connected by outputs to the converter phase-time intervals, the outputs of which are connected in series by a quantizer, code counter phase, microprocessor computing unit and indicator, connected in series generator, element And and the counter of the period code, the outputs of which are connected to the microprocessor The computing unit, as well as the control unit and the synchronization unit, the output of which is connected by the control unit cf, the phase-time converter and the second input of the AND element connected to the quantizing unit, the control unit is also connected to the microprocessor computing unit, the inputs Reset the phase code counters and period and the first input of the synchronization unit, the second input of which is connected to one of the outputs of the counter of the period code, and the third to the output of one of the digital filtering units of false zeroes, the second inputs to Which are combined and connected to a generator, characterized in that, in order to extend the functionality by providing measurement of the amplitude of signals by the phase method, a serial key, pulse amplitude normalizer, attenuator and analog adder are inserted into each channel, with the information inputs of the keys connected to the outputs of the corresponding digital filtering of false zeroes, and the control inputs to the additional outputs of the control unit, controlling the inputs of the attenuators s to the output of the microprocessor computing unit, analog outputs of the adders are connected to respective inputs of formers, and their second inputs are connected to the device inputs.

, wex (t;

Fyg, g