SU987534A2

SU987534A2 - Digital phase meter

Info

Publication number: SU987534A2
Application number: SU813331806A
Authority: SU
Inventors: Сергей Петрович Панько; Михаил Кириллович Чмых
Original assignee: Красноярский Политехнический Институт
Priority date: 1981-08-14
Filing date: 1981-08-14
Publication date: 1983-01-07

Description

(5) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР(5) DIGITAL PHASOMETER

1one

Изобретение относитс к радиоизмерительной технике и может быть использовано при измерении сдвига фаз между двум гармоническими сигналами ,один из которых искажен шумами , а также гармоническими составл ющими .The invention relates to a radio metering technique and can be used in measuring the phase shift between two harmonic signals, one of which is distorted by noise, as well as harmonic components.

По основному авт.св. N° 7б7б64 известен цифровой фазометр, содержащий последовательно соединенные стробоскопический и аналого-цифровой преобразователи, синхронизирующий блок, запоминающий блок, два перемножител ,, подключенные к запоминающему блоку и через сумматоры с накопител ми - к вычислителю функции arctg х/у, сумматор,.подключенный в аналого-цифровому преобразователю и синхронизирующему блоку, последо- вательно соединенные блок регистров и блок управлени регистрами, который подключен к синхронизирующему блоку, причем выход блока регистровAccording to the main auth. N ° 7b7b64 known digital phase meter, containing serially connected stroboscopic and analog-digital converters, synchronization unit, storage unit, two multipliers, connected to the storage unit and through accumulators with accumulators - to the calculator of the function arctg x / y, adder, .connected in an analog-to-digital converter and a synchronization unit, successively connected a register unit and a register management unit, which is connected to the synchronization unit, and the output of the register unit

соединен с пе емножител ми и сумматором , а выходы синхронизирующего блока подключены к стробоскопическому и аналого-цифровому преобразовател м и запоминающему блоку, выход сумматора соединен с блоком регист:ров 1.connected to the multipliers and the adder, and the outputs of the synchronization unit are connected to the stroboscopic and analog-digital converters and the storage unit, the output of the adder is connected to the register unit 1.

Недостаток известного фазометра состоит в низкой точности измерени . Если и t-iw () входной сигнал, а квантовани по уровню квант аналого-цифрового преобразовател (АЦП), то при Uo работоспособность измерител становитс невозможной в св зи с большой погрешностью дискретизации по уровню.Причина этого в том, что аналого-цифровое преобразование осуществл етс синхронизированным по уровню АЦП. Это значит, ,что при отсутствии внешних аддитив(ных шумов коды, снимаемые с АЦП в одноименных точках всех периодов, будут одинако39 выми. Таким образом, дл этой ситуации , усреднение по ансамблю тер ет смысл и высока точность измерени не может быть обеспечена . Цель изобретени - повышение точности измерени . Поставленна цель достигаетс тем что в цифровой фазометр, содержащий последовательно соединенные первый стробоскопический и аналого-цифровой преобразователи, синхронизирующий блок, запоминающий блок, два перемно жител , подключенные к запоминающему блоку и через сумматоры с накопител ми - к вычислителю функции arctg х/у, сумматор, подключенный к аналого-цифровому преобразователю и синхронизирующему блоку, последовательно соединенные блок регистров и блок управлени регистрами, подклю ченный к синхронизирующему блоку, пр чем выход блока регистров соединен с перемножител ми и сумматором, вход с выходом сумматора, а выходы синхро низирующего блока подключены к перйому стробоскопическому, аналого-циф ровому преобразовател м и запоминающему блоку, введены последовательно соединенные генератор шума и второй стробоскопический преобразователь, выходом соединенный с первым входом первого стробоскопического преобразовател , и лини задержки, выходом соединенна со вторым входом второго стробоскопического преобразовател , а входом - со вторым входом первого стробоскопического преобразовател . В основе работы устройства лежит принцип усреднени результатов прербразювателей одного и того же мгновенного значени входного сигнала (в различных периодах )в цифровой код. При этом необходимо обеспечить на входе преобразовател аддитивную смесь преобразующего напр жени и шу ма с определенными характеристиками. Тогда, дисперси погрешности . -п П J цii. . fe VV1 -tlrti U expf-f l Uo/J/ где Т)щ (Т, - дисперси шума; - количество усреднений ( J - шаг квантовани по ур Hto; К - номер интервала квант Как видно из вырах ени дл Эс при фиксированных yi и Up ростом дисперсии шума первое слагаемое увеличиваетс , а последнее - уменьшаетс . Таким образом, фракци имеет минимум. Достижение этого минимума обеспечиваетс при вполне определенном соотношении VuJ D --UjEH u(m-)3/4li:: Таким образом, одним из путей умены шени погрешности преобразовани напр жени в цифровой код вл етс перевод АЦП в режим несинхронного преобразовани с небольшой (в пределах и ) дисперсией 21. На фиг.1 приведена структурна схема цифрового фазометра; на фиг.2эпюры напр жений, Устройство состоит из генератора i шума, стробоскопических преобразователей 2 и 3, линии А задержки, аналого-цифрового преобразовател 5, соединенного с сумматором 6, который подключен к блоку 7 регистров. Блок 7 регистров через перемножители 8 и 9 соединен с сумматорами 10 и 11 с накопител ми, 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 управлени регистрами и запоминающим блоком 15. Устройство работает следующим образом . Стробопреобразователь 3 производит квантование по времени входного сигнала , формиру на своем входе посто нное напр жение, пропорциональное мгновенному значению входного сигнала в момент считыван11Я. Поскольку стробоимпульсы сдвигаютс во времени относительного входного сигнала, что обеспечиваетс синхронизирующим блоком 13 то на выходе стробопреобразовател 3 формируетс ступенчатое напр жение, огибающа; которого повтор ет входной сигнал. Аналого-цифро вой преобразователь 5 осуществл ет дискретизацию напр жени с выхода стробопреобразовател 3, т.е. преобразует его в цифровой код. Блок 7 регистров содержит Р ре- . гистров, способных осуществл ть нл598753A disadvantage of the known phase meter is low measurement accuracy. If t-iw () is an input signal and the level is quantized by an analog-to-digital converter (ADC), then at Uo the meter’s performance becomes impossible due to the large level sampling error. The reason is that the analog-to-digital conversion carried out synchronized by the level of the ADC. This means that in the absence of external additive noise, the codes taken from the ADC at the same points of all periods will be the same. Thus, for this situation, the averaging over the ensemble is meaningless and high measurement accuracy cannot be ensured. of the invention is an increase in measurement accuracy. The goal is achieved by the fact that a digital phase meter containing serially connected first stroboscopic and analog-digital converters, a synchronization unit, a storage unit, two alternators, data to the storage unit and through accumulators with accumulators to the calculator of the arctg x / y function, the adder connected to the analog-to-digital converter and the synchronization unit, serially connected register unit and register control unit connected to the synchronization unit, so the output of the unit the registers are connected to the multipliers and adder, the input to the adder output, and the outputs of the synchronization unit are connected to the first stroboscopic, analog-to-digital converter and the storage unit, the last sequently joined noise generator and a second strobe converter output coupled to the first input of the first stroboscopic converter, and a line delay output coupled to the second input of the second stroboscopic converter, and an input - to a second input of the first stroboscopic converter. The operation of the device is based on the principle of averaging the results of interruptors of the same instantaneous value of the input signal (in different periods) into a digital code. In this case, it is necessary to provide an additive mixture of transforming voltage and noise with certain characteristics at the converter input. Then, disperse the error. -n P J cii. . fe VV1 -tlrti U expf-f l Uo / J / where T) u (T, is the noise dispersion; is the number of averages (J is the quantization step for ur Hto; K is the number of the quantum interval. As can be seen from the equation for ES with fixed yi and Up increase the noise variance of the first term increases, and the last decreases. Thus, the fraction has a minimum. Achieving this minimum is provided with a well-defined ratio VuJ D - UjEH u (m-) 3 / 4li :: Thus, one of Ways to Reduce Voltage Conversion Error to Digital Code is to switch ADC to asynchronous conversion mode. with a small (within and) dispersion 21. Fig. 1 shows a block diagram of a digital phase meter; Fig. 2 voltage diagrams; The device consists of noise generator i, stroboscopic converters 2 and 3, delay line A, analog-digital converter 5, connected to the adder 6, which is connected to the register block 7. Block 7 of the registers through multipliers 8 and 9 is connected to adders 10 and 11 with accumulators, which, in turn, are connected to the calculator 12 of the function arct x x / y. The synchronization unit 13 is connected with the first stroboscopic converter 3, the analog-digital converter 5, the adder 6, the delay line 4, the register control unit 14 and the storage unit 15. The device operates as follows. The strobe converter 3 quantizes the input signal in time, forming a constant voltage at its input proportional to the instantaneous value of the input signal at the moment of reading. Since the strobe pulses are shifted in time relative to the input signal, which is provided by the synchronizing unit 13, a step voltage envelope is formed at the output of the strobe converter 3; which repeats the input signal. The analog-to-digital converter 5 samples the voltage from the output of the strobe 3, i.e. converts it to a digital code. Block 7 registers contains P re-. gist capable of nl598753

крплениеии отсчетов входного сигнала фиг.2 каждый. Блок И управлени регистра- и u-r , ми подключает регистры по очереди к сумматору 6. В момент первого отсчета во втором периоде входного сигнала к сумматору 6 оказываетс подключенным первый регистр блока 7 регистров. В момент первого отсчета в третьем периоде к сумматору 6 подключаетс снова первый регистр и т.д. Аналогично производитс накопление информации в остальных регистрах . Деление «а уц , необходимое при усреднении, обеспечиваетс за счет сн ти информации со старших разр дов регистра. Таким образом, по окончании всех усреднений в регистрах оказываютс записанными коды, пропорциональные усредненным мгновенным значени м Входного сигнала во всех точках дискретизации (отсчета). Перемнржители 8 и 9 перемножают - код, например нулевой точки с первого регистра из блока 7 регистров, и коды весовых функций (sin ilt)tpИ cos ,) дл рассматриваемого случа i О с запо минающего блока 15. Результаты перемножени перенос тс в сумматоры 10 и 11с накопител ми. Подобные onepa ции провод тс с кодами всех точек при вызове из запоминающего блока 15 соответствующих значений весовых функций. После обработки всего массива, . хранимого в блоке 7 регистров, в сум маторах 10 и 11 с накопител ми оказы ваютс записанными соответственно си нусна и косинусна составл ющие разложени входного сигнала в р д Фурье в базисе тригонометрических функций. Вычислитель 12 функции arctg х/у определ ет искомый фазовый сдвиг. На фиг.2 показано возможное взаим ное расположение напр жени с выхода первого стробопреобразовател 3 и кванта АЦП 5. Поскольку U 7 то код, снимаемый с ЛЦП 5, будет нулевым , что эквивалентно отсутствию входного сигнала.Причина этого, как указывалось, в синхронизированности по уровню АЦП. Перевод АЦП 5 в режим несинхронного преобразовани обеспечиваетс с помощью генератора 1 шума Сумма входного сигнала и шума на фигThe samples of the input signal of FIG. 2 are each. The AND control register- and u-r block connects the registers in turn to the adder 6. At the time of the first count in the second period of the input signal, the first register of the register block 7 is connected to the adder 6. At the moment of the first count in the third period, the first register is connected again to the adder 6, and so on. Similarly, the accumulation of information in the remaining registers. The ' division required for averaging is achieved by removing information from the upper bits of the register. Thus, at the end of all averages in the registers, the recorded codes are proportional to the averaged instantaneous values of the Input signal at all sampling points. The multipliers 8 and 9 multiply the code, for example, the zero point from the first register from register block 7, and the codes of weighting functions (sin ilt) tpИ cos,) for the considered case i О from the storage unit 15. The multiplication results are transferred to the adders 10 and 11c accumulators. Such operations are carried out with the codes of all points when calling from the storage unit 15 the corresponding values of the weighting functions. After processing the entire array,. The registers stored in block 7, in summaries 10 and 11 with accumulators, turn out to have the recorded sinus and cosine components of the decomposition of the input signal in the Fourier series in the basis of trigonometric functions. The calculator 12 of the arctg x / y function determines the desired phase shift. Figure 2 shows the possible mutual arrangement of the voltage from the output of the first strobe converter 3 and the ADC quantum 5. Since U 7, the code taken from LCP 5 will be zero, which is equivalent to the absence of an input signal. The reason for this, as noted, is ADC level. Converting the ADC 5 to the asynchronous conversion mode is provided by the noise generator 1. The sum of the input signal and the noise in FIG.

Claims

represented by the values of U As can be seen, situations are possible when Jj UQ, i.e. the ADC -5 code will become different from zero. Repeated averaging of the codes taken from the ADC 5 for the same reference point makes it possible to significantly improve the accuracy of the representation of the samples and, as a result, to reduce the measurement error for small signals. . A random change in the operation threshold of the ADC 5 is provided by connecting to the storage capacitance of the first stroboscopic voltage converter 3, which is a zero-averaged noise sample generated by the noise generator 1. The operation of the strobe converter 2 is performed by strobe pulses that have passed through the delay line h and are delayed relative to the initial ones by about half the period. The technical and economic effect of the phase meter is based on providing measurement capability with high accuracy in a large dynamic range area. Formula of the invention. Digital phase meter according to the author. No. 7b7b6A, characterized in that, in order to improve measurement accuracy, a sequentially connected mum generator and a second strobe converter are inputted to it, the output is connected to the first input of the first stroboscopic converter, and a delay line is output connected to the second input of the second stroboscopic converter, and - with the second input of the first stroboscopic converter. Sources of information taken into account in the examination 1. USSR author's certificate number 76766, cl. G 01 R 25/08, 16.10.78.

2.Efimov V.M. Time quantization in measurement and control. M., Energie, 1969, p.39. .

Vo

/

I /:

f

fug. 2