Цифровой фазометр Советский патент 1983 года по МПК G01R25/08 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть ийпользовано для построения цифровых фазометров с высокой разрешающей способностью по фазе.

Известен двухпериодный цифровой фазометр, содержащий двухканальное формирующее устройство, задающий генератор с подключенными к rfeMy через элемент совпадений времязадающим блоком, включающим в себя де.литель частоты и триггер, и блоком квантования, включающим в себя триггер , дифференцирующие цепи и два элемента совпадений, вторые входы ко.торых связаны с двухканальным формирующим устройством, а выходы через элемент ИЛИ с регистрирующим счетчиком.

Квантование временных интервалов, соответствующих положительным и отрицательным нуль-переходам входных сигналов осуществляется в таком фазометре отдельными сдвинутыми на период частоть задающего генератора последовательностями счетных импульсов 13Однако это снижает максимальную частоту квантования и увеличивает погрешность дискретности и, кроме того, на перекрывающихся участках временных интервалов (при углах больше 180°) сказывается взаимное влияние счетных импульсов, проявляющееся в изменении их эквивалентной деятельности и динамического порога срабатывания счетчика, что приводит к дополнительной погрешности измерения.

Наиболее близким к предлагаемому является цифровой фазометр, содержащий преобразователь сдв1/1га фаз в интервалы времени с подключенными к его выходам через элементы И блоками синхронизации, соединенными первыми выходами через элемент ИЛИ со счетчиком, задающий генератор, связанный с вторыми входами лементов И и блоков синхронизации, соединенных третьими входами через ремязадающий блок с вторым выхоом одного из блоков синхронизации, етвертые входы блоков синхронизаии соединены соответственно с пряым и инверсным выходами триггера, вязанного входом с задающим генера ором.

В элементах И фазометра осущетвляется квантование временных

интервалов, поэтому в дальнейшем их целесообразно называть блоком квантования. При этом квантование производится общей квантующей последовательностью от задающего генератора, что уменьшает погрешность дискретности. Блоки синхронизации обеспечивают привязку счетных импульсов к двум сдвинутым во времени импульсным последовательностям и их регистрацию общим суммирующим счетчиком. Блоки синхронизации включают в себя ооследрвательно сое-диненные делитель частоты, подключенный к выходу соответствующего блока квантования, управляемый триггер и элемент И (в дальнейшем - первый элемент совпадений), второй вход которого связан с времязадаю-

0 щим блоком, последовательно соединенные блок переноса, входы которого соединены с задающим генератором и с прямым или инверсным выходом триггера, а выход - с времязадающим

5 блоком (в первом блоке синхронизации) и с третьим входом первого элемента совпадения, электронный ключ (в дальнейшем - второй элемент совпадений), соединенный вторым входом с выходом управляемого триггера, и триггера, выход которого подключен к второму входу управляемого триггера и четвертому входу первого элемента совпадений, выход которого является выходом блока синхронизации С 2.

В делителях частоты блоков синхронизации, , объем которых должен быть не менее 5, происходит потеря части измерительной информации, что приводит к дополнительной погрешности, пропорциональной удвоенному объему делителей частоты (максимальное значение)..

Особенно эта погрешность возрастает с yвeличeниe 4 числа параллельно квантуемых интервалов времени,, формируемых преобразователем сдвига фаз в интервалы времени.. 1

Цель изобретения . повышение точности измерения цифровых фазометров. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой фазометр содержащий задающий генератор, б.поки синхронизации, времязадающий блок, преобразователь сдвига фаз в интервалы времени с подключенными к его выxoдa 4 блоками квантования, .связанными втог рыми входами с задающим генератором, а выходами - с первыми входами соответствующих блоков синхронизации, которые первыми выходами соединены через элемент ИЛИ со входом счетчик введены распределитель импульсов и блок суммирования и кодоимпульсного преобразования, выход которого соединен с дополнительным входом элемента ИЛИ, а входы соответственно с выходами задающего генератора, времязадающего блока и разрядными выходами блоков синхронизац:ии, кото рые соединены вторыми входами- с соответствующими выходами распределит ля импульсов, подключенного, к задающему генератору, связанному также со входом времязадающего блока, вых которого подключен к третьим входам блоков квантования, разрядные выходы счетчика и блока суммировани и кодбимпульсного преобразования являются выходами устройства. При этом блок суммирования и кодоимпульсного рреобразования содержит элемент задержки и последовател но соединенные сумматор, регистр, элемэнт равенства кодов, счетчик, и элемент совпадений, соединенный, выходом с элементом ИЛИ, а входами с выходами 3|Лемента равенства кодов, задающего генератора и элемен.1та задержки, соединенного входом с времязадающим блоком, а вторым выхо дом - с регистром, часть разрядных выходов которого является выходами блока., разрядные входы сумматора со динены с выходами разрядов блоков синхронизации. На фиг. 1 приведена схема цифрового фазометра; на фиг. 2 - схема блока синхронизации,а на фиг. 3 схема блока суммирования и кодоимпульсного преобразования. Цифровой фазометр содержит преобразователь 1 сдвига фаз в интерва лы времени с подключенными к его вы ходам блоками 2-1-2-п квантования, связанными с блоками . синхронизации, соединенными через элемент ИЛИ со с.четчиком 5 а также задающий генератор 6.с подключенными к, нему распределителем 7 импульсов, связанным с блоками синхронизации, и аремязадающим блоком 8, соединенным с блоком суммирования и.кодоимпульсного преобразователя 9 связанным с задающим генератором 6, элементом А и блоками З-Ч-З-п синхронизации, вклю чающими в себя делитель частоты 10 0k , и последовательно соединенные первый элемент 11 совпадений, триггера 12, управляемый триггер 13, соединенный..с делителем 10 частоты и второй элемент k совпадений, соединен-, ныйс первым элементом 11 совпадений , Блок суммирования и кодоимпульсного преобразования включает в себя элемент .15 задержки и последовательно соединенные сумматор 1б, регистр 17, элемент 18 равенства кодов, счетчик 19 и элемент 20 совпадений, связанный с элементом 18 равенства кодов и элементом 15 задержки, соединенным также с регистром 17. Работает устройство следующим образом. На выходах преобразователя 1 сдвига фаз в интервалы времени формируются последовательности временных интервалов, .пропорциональных измеряемому сдвигу фаз, которые в блоках 2-1-2-п квантования заполняются .общей последовательностью счетных импульсов с выхода задающего генератора 6, и образующиеся пачки импульсов поступают на блоки .синхронизации. В этих блоках осуществляется привязка импульсов пачек к сдвинутым во времени импульсным последовательностям с.выходов распределителя импульсов 7, что обеспечиЬает раздельную регистрацию числа импульсов в пачках с помощью общего суммирующего счетчика 5. После окончания времени измерения, задаваемого времязадающим блоком 8, коды, оставшиеся в делителях 10 частоты блоков 3-1-З-п синхронизации, сбрасываются в сумматор 16 блока суммирования и кодоимпульсного преобразования 9, и полученная сумма с некоторой задержкой, задаваемой элементом 15 задержки, записывается в регистр 17. Младшие разряды этого регистра, число которых равно числу разрядов делителей 10 частоты, совместно с разрядами счетчика 5, являются информационными индицируемыми разрядами цифрового фазометра, а содержимое старших его разрядов, соответствующих разрядам переноса сумматора 16 с помощью элемента 18 равенства кодов, счетчика 19 и элемента. 20 совпадений преобразуется в число импульсов, которое через элемент k ИЛИ прибавляется к содержимому счетчика 5. В результате не происходит потеря части измерительной информации в делителях 10 частоты блоков синхронизации. Структура этих блоков (фиг.2) отличается от соответствущей структуры прототипа лишь отсутствием элемента переноса и на/тчием разрядных выходов делителей частоты. При этом коэф 4циент деления Кд делителей 19 частоты для нормальной работы блоков сиихррииаации, как это показано в прототипе, догасен (ггь не менее 5. Произведем оценку технической эффективности гфедлагаемого устройства. Пусть на выходах преобразователя 1 сдвига фаз в интервалы времени формируются четыре фазовых интервала за два периода сигнала, опре деляющих количество блоков 2 квантования и блоков 3 синхронизации в предлагаемом устройстве. Для обеспечения непосредственного отсчета результата измерения в градусах фазы догвкно выполняться условие дм сч- 2 «вЧзмгде К 0,1,2,... - частота квантовани 1изи - время измерения, Кеч - объем счетчика 5. flp« f«в l8ИГц, ,0 С 36(3.000.00. Если Кд взять равным 10 (при представлении результата измерения в двоично-десятичном коде), то единица младшего десятичного разТ яда результата измерения, определяемая содержимым делителей 10 частоты соответствует 10 градуса. Наибольшая погрешность за счет отбрасывания содержимого делителей 10 частоты будет, когда на момент окончания времени измерения в камдом из них зарегистрировано «««ело 9, «49«ia -(3,(. При времени и |14ере в«й эта погрешность ста«вт равной/,« -(3.6-lH. В то же время погрешность квантования, определяемая выражением f Vfe-Zi f if Ili, KB I ИЭМ KBI в зависимости от частоты сигнала F и времени измерения 1 имеет следующие значения: при с,( «(1,8-1( ( кГц) (5,8х vin-4)° (F«10 кГц); ПРИ , с (5, (F«100 кГц) и б, (1,8.1И° (Г-10кГц). Отсюда следует, что на частотах порядка десятков килогерц и ниже |Дополнительная погрешность за счет отбрасывания содержимого делителей 10 частоты ставится больше, чем погрешность квантования и, следовательно, она. будет определять результиру ющую случайную погрешность прототипа. Исключение этой составляющей погрешности уменьшает общую случайную погрешность прототипа тем больше, чем ниже частота сигнала (на порядок и,более для частот единиц килогерц и ниже), По сравнению с серийно выпускаемым цифровым фазометром Ф2-16 предлагаемый фазометр позволяет получить значительно меньшую случайную погрешность - порядка (, Для фазометра Ф2-16 эта погрешность равна. 0,1° (единица младшего разряда индикатора). Технико-экономическая эффективность предлагаемого фазометра заключается в повышении точности измерения за счет исключения случайной погрешности, обусловленной потерей частоты измерительной информации в блоках синхронизации, причем общая случайная погрешность измерения уменьшается тем больше, чем ниже частота сигнала (в несколько единиц - десятков раз) .

jT

-ргг

1. ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР, содержащий задак||ций генератор, времязад ющий блок, блоки синхронизации , преобразователь сдвига фаз в йнтерватш времени с подключенными к его выходам блоками квантования, связанными вторыми входами с задаю-, щим генератором, а выходами - с первыми входами соответствукй х блоков синхронизации, которые первыми выходаш через элемент ИЛИ соединены со входом счетчика, о т л и ч а ю щ и и с.я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены распределитель импульсов и блок суммирования и кодоимпульсного преобразования, выход которого соединен с дополнительным входом элемента MJW, а входы соответственно - с выходами задающего генератора, времязадающего блока и разряд-, ными выходами блоков синхрони зации, которые соединены вторыми входами с соответствующими выходами распределителя импульсов, подключенного к задающему генератору, связанному также со входом времязадающего блока, выход которого подключен к третьим входам блоков квантования, при этом разрядные выходы сметчика и Рлока суммирования и кодоимпульсного преобразования являются выходами устройства. 2. Фазометр по п. 1,отлиI чающийся тем, что блок суммирования -и кодоимпульсного преоб(О разования содержит элемент задержки и последовательно соединенные сумматор, регистр, элемент равенства кодов, счетчик и элемент совпадений, соединенный выходом с элементом ИЛИ, а входами - с выходами эпемента равенства кодоа, задающего генератора и элемента задержки, соединенного со входом с времязадающим блоком, а вторым выходом - с регистром, часть разрядных выходов которого является выходами блока, при этом разрядные входы сумматора соединены с выходами -разрядов блоков синхронизации.