SU1337815A1 - Цифровой фазометр - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к радиоэлектроизмерительной технике и позвол ет расширить динамический диапазон входных сигналов при высокой точности измерений сдвига фаз. Цифровой фазометр содержит каналы 1 и 2, каждый из которых включает стробоскопический преобразователь 3, фильтр 4 и усилитель-ограничитель 5. Кроме того, устройство содержит опорный генератор 12, формирователь 13 ортогонального сигнала, фазовый детектор 14, управл емый генератор 15, вычислительный блок 16, индикаторньй блок 17, генератор 18 импульсов, элемент 19 совпадени  и блок 20 управлени . Введение в канал элементов 6 и 9 равнозначности , счетчиков 7 и 10, регистров 8 и 11 и образование новых функциональных св зей уменьшает уровень сигналов при измерении фазовых сдвигов и позвол ет измер ть фазовые сдвиги на преобразованной частоте при соотношении сигнал/шум менее 3. 7 ил. с (Л Фиг.

Description

13

Изобретение относитс  к злектро- радиоизмерительной технике и может быть использовано при разработке фа- зометрических устройств.

Цель изобретени  - расошрение динамического диапазона входных сигналов при высокой точности измерени  сдвига фаз.

На фиг.1 приведена структурна  схема предлагаемого фазометра; на фиг. 2 - временные днат раммы его работы; на фиг.З - схема блока управлени ; на фиг.4 - временные диаграммы его работы; на фиг.З - схема формиро- вател  ортогональньгх сигналов; на фиг.6 - схема вычислительного блока; на фиг. 7 - илок-.. алгоритма его работы.

Цифровой фазометр содержит два идентичных канала 1 и 2, содержащие , каждый последовательно соединенные стробоскопический преобразователь 3, фильтр 4, усилитель-ограничитель 5, первьш элемент РАВНОЗНАЧНОСТЬ 6, пер- Bbtt счетчик 7 и первый регистр 8, последовательно соединенные второй элемент РАВНОЗНАЧНОСТЬ 9, BTopoii иход которого соединен с выходом усилите- л -ограничител  5, второй счетчик 10 и второй регистр 11, а также последовательно соединенные опорнь генератор 12, формирователь 13 ортог ональ- ного сигнала, фазовый детектор 1А, управл емый генератор 15, выходы которого соединены с входами стробоскопических преобразователе; обоих каналов , выход стробоскопического преобразовател  3 канала 1 соединен с пер- вым входом фазового детектора 1ч, первый выход формировател  13 ортогонального сигнала соединен также с первыми вxoдa ш первых элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ 6 каналов 1 и 2, второй выход - с первыми входами вторых элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ 9 каналов 1 и 2, вычислительный блок 16,. входна  шина которого соединена с вьгходами регистров 8 и 11 каналов 1 и 2, а вы- ходна  - с индикаторным блоком 17, генератор 18 импульсов, соединенный через элемент 19 совпадени  со счетными входами счетчиков 7 и 10 каналов 1 и 2, блок 20 управлени , первый вы- ход которого соединен с входами установки счетчиков 7 и 10 каналов 1 и 2 второй выход - с входами записи регистров 8 и 11 каналов 1 и 2, третий

15

выход - с управл ющим входом вычислительного блока 16, четвертый вьгход - с элементом 19 совпадени , п тый, шестой , седьмой и восьмой выходы - с входами управлени  регистров 8 и 11 каналов 1 и 2 соответственно. Первые входы стробоскопических преобразова- теле11 3 каналов 1 и 2  вл ютс  входами пифрового фазометра.

Блок 20 управлени  (фиг.З) содержит последовательно соединенные тактовый генератор 21, делитель 22 час- тотЕз, формирователь 23 импульсов и первый 24, второй 25, третий 26 и четвертый 27 элементы задержки. Выходы элементов 24-27 задержки  вл ют- с выходами 20 управлени  и соединены с входами элемента Ш1И 28, выход KOTOiJoro  вл етс  выходом блока 20 управ.ле1П1 . Выходы делител  22 частоты соедине}1ы с дешифратором 29, выход которого  вл етс  выходом блока 20 управлени .

Формирователь 13 ортогонального сигнала (фиг.5) содержит счетный триггер 30, к пр мому и инверсному выходам которого подсоединены счетные триггеры 31 и 32 соответственно, выходы которых  вл ютс  выходами бло- к а 1 3 .

Вычислительный блок 16 (фиг.6) со- держит микропродессорный модуль 33, шина адреса которого соединена с адресными входами посто нного запоминающего элемента 34, оперативного запоминающего элемента 35 и входами дешифратора 36, ВЫХОД) которого соединены с у равл ю 1у ми входами запом1П1а ощих элементов 34 и 35. 1нформадион Ь е входы- выходы микропро 1,ессорного модул  33 соеддшены с выходами посто н)ого запоминающего э.лемента 34 и с УИ1форма- дионным входами-в,ходами оперативного запоминаю 1,его элемента 35:. Управл ющие с сигналами и Запись микро ро дессор юго модул  33 соедине1 ы с }ходами у равлени  по- и о теративного за1 Омина о Д1х элементов 34 и 35 соответственно.

Цифровой фазометр работает следу о- 1Ш1М образом.

си Л1аль частотой f , фазовый Ц) между ко-1 орь ми нужно измерить, посту 1ают на первые входы стробоско ических преобразователей 3 1 и 2 (фиг.2а,б), на вторые входы которь Х поступают короткие импульсы частотой f с выходов управл 313378

емого генератора 15 (фиг.2Ь). Управл емый генератор 15 перестраиваетс  сигисшом с выхода фазового детектора 14, вход щего в кольцо ФАПЧ (ФАЛЧ состоит из опорного генератора 12, формировател  13 ортогонального сигнала, фазового детектора 14 и управл емого генератора 15), таким образом, чтобы преобразованна  частота „„ сигналов ю на выходах стробоскопических преобразователей 3 каналов 1 и 2 была посто нной и определ лась выражени ми:

или

fnp fc-nf, ,

где п - номер г армоники частоты f. , на которой происходит преобразование на нижней или на верхней боковой частоте соот- ветственно.

Выходные сигналы стробоскопических преобразователей 3 каналов 1 и 2 частотой fnp (фиг.2г,) поступают на фильтры 4 каналов 1 и 2 соответствен- но. Отфильтрованные сигналы частотой „ с выходов фильтров 4 (фиг.2е,;к) подаютс  на усилители-ограничители 5 каналов 1 и 2. Пр моугольные импульсы с выходов усилителей-ограничителей

5каналов 1 и 2 (фиг.2,ц) подаютс  на элементы РАВНОЗНАЧНОСТЬ 6 и 9 ка- калов 1 и 2 соответственно. Формирователь 13 ортогонального сигнала вырабатывает из сигналов опорного гене- ратора 12 два пр моугольных квадратурных колебани  частотой „„ (фиг.2к

л), первое колебание поступает на элементы РАВНОЗНАЧНОСТЬ 6 каналов 1 и 2, второе, сдвинутое на 90 относи- тельно первого, - на элементы РАВНОЗНАЧНОСТЬ 9 каналов 1 и 2.

Элементы 6 и 9 каналов 1 и 2 обеспечивают выполнение операций равнозначности сигналов с выходов усилите- лей-ограничителей 5 и выходов формировател  13 ортогонального сигнала. Импульсные последовательности (фиг.2м н) с выходов элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ

6и 9 канала 1 поступают на управл - ющие входы счетчиков 7 и 10 канала 1 соответственно, импульсные последовательности (фиг.2 о,п) с выходов элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ 6 и 9 канала

2 поступают на управл ющие входы сче- тчиков 7 и 10 канала 2 соответственно Сигналы с выходов элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ 6 и 9 используютс  дл  управлени  режимом работы счетчиков

5

о

5 о

g

0

5

0

g

7 и 10, которые подсчитывают количе- ство импульсов, поступающих от reire- ратора 18 импульсов через элемент 19 совпадени .

По окончании измерительного формируемого блоком 20 управлени , элемент 19 совпадени  закрываетс , коды чисел К,, и К , накопленные в счетчиках 7 и 10 канала 1 соотвегг- ственно, за измерительный цикл Т, переписываютс  по сигналам управлени  от блока 20 в регистры 8 и 11 ка- нала 1 соответственно, а коды чисел Kj, и Kjj, накопленные в счетчиках 7 и 10 канала 2 - в регистры 8 и 11 канала 2 соответственно.

По сигналам управлени  от блока 20 управлени  в вычислительный блок 16 в соответствии с блок-схемой алгоритма его работы (фиг.7) считываетс  измерительна  информаци  последовательно с регистров 8 и 11 каналов 1 и 2 (К„,К,,,и К,„К).

Вычислительный блок 16 вычисл ет функции арктангенса отношений измеренных величин, т.е.:

тсR

tf, arctg - и if arctg -- ,

берет разность вычисленных значений,

т.е. cf ср,-cpj и выдает код отсчетас, равный фазовому сдвигу между входными сигналами устройства, на индикаторный блок 17. I

Счетчики 7 и 10 каналов 1 и 2 затем устанавливаютс  в исходное (нулевое ) состо ние сигналом от блока 20 управлени , элемент 19 совпадени  открываетс , и цикл измерени  повтор етс .

Блок 20 управлени  (фиг.З) выполн ет формирование длительности измерительного цикла TJ,Jд и управл ющих сигналов (фиг.4), необходимых дл  организации обмена информацией между счетчиками 7 и 10, регистрами 8 и 11 и вычислительным блоком 16.

Тактовый генератор 21 вырабатывает импульсную последовательность (фиг.4сО, поступающую на делитель 22 частоты. Дешифратор 29, подключенный к выходам делител  частоты обеспечивает формирование импульса (фиг.45) установки счетчиков 7 и 10 каналов 1 и 2 в нулевое состо ние. Коэффициент делени  делител  22 частоты выбираетс  таким, чтобы обеспечить необходимую длительность измерительного цикла Т(,„

13

(фиг.4Ь) измерител  разности фаз при заданной частоте импульсов генератора 21 (фиг.4а). Формирователь 23 импульсов , включенный на выходе делител  22 частоты, обеспечивает формирование импульсов длительностью t по окончании измерительного цикла Тц(фиг.4г) дл  переписи информации из счетчиков 7 и 10 в регистры 8 и 11 обоих кана- лов, СигисШ с выхода формировател  23 импульсов проходит элемент 24 за- держки и через врем  t, (фиг,4а) под П° 4

ключает выходы регистра о канала 1 к входной шине вычислительного блока 16 дл  считьгаани  информации из регистра 8 в вычислительный блок 16 по сигналу управлени , поступающему через элемент ИЛИ 28 (фиг,4и). Затем по сигналу (фиг,4е) считываетс  ин- формаци  из регистра 11 канала 1 и т,д, (фиг,4,ж),

В формирователе 13 ортогонального сигнала (фиг,5) триггер 30 работает по переднему фронту входных импульсов в режиме делени  частоты на два, аналогичным образом работают триггеры 31 и 32, Таким образом, сигналы с выходов триггеров 31 и 32 сдвинуты друг относительно друга на четверть периода выходной частоты, равной f, , а опорный генератор 12 выдает импульсный сигнал частотой 4 fпо.

В вычислительном блоке 16 (фиг,6) дешифратор 36 обеспечивает выбор пос- то нного или оперативного запоминающих эл2ментов 34 и 35, в которых хран тс  программы, константы или текуща  информаци  соответственно. Микропроцессорный модуль 33 выполн ет об- работку и обмен информацией в соответствии с блок-алгоритмом показанным на фиг,7, и св зан с запоминающими элементами 34 и 35 и дешифратором 36 шиной адреса (ША) и информа- ционной шиной данных (ИЩ), может иметь управл ющие выходы с сигналами Чтение и Запись дл  управлени  посто нным и оперативным запоминающими элементами 34 и 35 соответствен- но, Вывод - дл  вывода информации по шине ШД в индикаторный блок 17, вход 3anpot прерывани  - дл  ввода информации в вычислительный блок 16 по сигналам от блока 20 управлени ,

I

В предлагаемом устройстве расшир етс  на пор док и более динамический диапазон входных сигналов за счет

156

возможного уменьшени  уровней сигналов при измерении фазовых сдвигов. Введение описанных блоков с указанными св з ми позвол ет измер ть фазовые сдвиги на преобразованной частоте fрр при соотношении сигнал/шум менее 3, В прототипе минимальный уровень входного сигнала составл ет 0,3 мВ, при этом обеспечиваетс  погрешность измерени  сдвига не более -2,5 при соотношении сигнал/шум на преобразованной частоте „ до 3-5, При дальнейшем уменьшении соотношени  сигнал/шум, т,е, уменьшении уровней входных сигналов, прототип не работоспособен . Дл  возможного расширени  динамического диапазона прототипа необходимо сужать полосу пропускани  полосовых фильтров, включенных на выходах стробоскопических преобразователей . Однако при этом под действием внешних факторов (изменение температуры , питающих напр жений и т,д,) в избирательных фильтрах прототипа возникает фазочастотна  погрешность, величина которой зависит от расстройки фильтра f относительно преобразованной частоты „„ и дл  фильтров, выполненных на LG-резонансньгх контурах и расстройке uf tO,05% частоты fqp 20 кГц равна q)t2Quf/ p 11,2,

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Цифровой фазометр, содержащий последовательно соединенные в первом и втором каналах стробоскопический преобразователь , вход которого соединен с входами фазометра, фильтр и усилитель-ограничитель , а также индикаторный блок, опорный генератор, фазовый детектор, первый вход которого соединен с выходом стробоскопического преобразовател  первого канала, управл емый генератор, выходы которого соединены с входами стробоскопических преобразователей обоих каналов, а вход его подключен к выходу фазового детектора, отличающийс  тем, что, с целью расширени  динамического диапазона входных сигналов при высокой точности измерени  фаз, в него введены в первый и второй каналы последовательно соединенные первый элемент РАВ ЮЗНАЧНОСТЬ, первьш счетчик , первый регистр, последовательно соединенные второй элемент РАВНОЗНАЧ- НОЧСТЬ, второй счетчик и второй регистр , а также вычислительный блок.

   / 1

   входна  шина которог о соединена с выходами первых и вторых регистров первого и второго каналов, а выход - с индикаторным блоком, генератор импульсов , соединенный через введенный элемент совпадени  со счетными входами первых и вторых счетчиков обоих каналов, блок управлени , первый выход которого соединен с входами установки счетчиков первого и второго каналов , второй выход - с входами записи регистров первого и второго каналов , третий выход - с управл ющим входом вычислительного блока, четвертый выход - с элементом совпадени , остальные выходы блока управлени  со

   158

   единены с входами управлени  первых и вторых регистров первого и вюрого каналов, формирователь ортогональных сигналов, вход которого соединен с опорным генератором, первьш выход - с первыми входами первых элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ обоих каналов и с вторым входом фазового детектора, второй

   выход - с первыми входами вторых элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ обоих каналов, вторые входы первого и второго элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ перврго канала, вторые входы первого и второго элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ второго канала

   соединены с выходами усилителей-ограничителей соответствующих каналов.

   в

   г д

   I I I II JI II I I I I I I I

   ж

   3

   и

   н

   л м н

   о

   п

   Фиг.2

   Р

   20

   21

   а.

   22

   г

   24

   д

   2д

   27

   -

   фиг.З

   Ж

   и

   фигА

   OfT S/TOffcf12

   fi A S/roHo/ S

   mrffo/ ffff fu2

   .. /f S/fOffon /4 и 6 ftoHO/roS fu2

   Редактор А.Лежнина

   Составитель С.Кулиш

   Техред И.Попович Корректор А.Т ско

   Заказ 4126/43Тираж 730Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   ---------- ---------------------------

   Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4