Цифровой фазометр с постоянным измерительным временем Советский патент 1983 года по МПК G01R25/08 

О)

d Изобретение относится к радиоизмерительной технике. По.основному авт.св. № 824073 / известен цифровой фазометр с постоянным измерительным временем, родер жащий первый и второй формирователи импульсов с подключенным к их выходам управляющим триггером, выполняющим роль преобразователя фаза-интервалы времени, выход которого через последовательно соединенные первый элемент совпадений, выполняющий роль блока квантования, и регистрирующий счетчик подключен к первому входу арифметического блока, генератор счетных импульсов, выход которого через второй элемент совпадений и времязадающий счетчик подключен к второму входу арифметического блока, два дополнительных элемента совпадений и два триггера, причем-.первые входь обоих дополнительных элементов совпадений соединены с выходом второго формирователя имаульсов а вторые входы - соответственно с прямым и инверсным выходами первого дополнительного триггера, входы которого подключены к втором) входу вpe Iязaдaющeгo счетчика и входу Пуск устройства, выходы второго дополнительного триггера подключены к выходам дополнительных элементов совпадений, а его выход - к второму входу второго элемента совпадений, соединенного выходом с вторым входом первого элемента совпадений l Уменьшение случайной погрешности обусловленной квантованием и шумами в фазометрах с постоянным измеритель временем достигается за счет увеличения времени измерения,, однако при этом снижается быстродействие и возрастае,т динамическая погрешност .связанная с изменением измеряемого сдвига фаз, Цель изобретения - повьиаекие точности измерения фазометра и расширение его функциональных возможностей путем измерения скорости изменения фазы. Поставленная цель достигается тем что в цифровой фазометр с постоянным измерительным временем,, содержащий первый и второй формирователи импульсов, выходы которых соединены с входами управляющего триггера, выход управляющего триггера через последовательно соединенные первый элемент совпадения и регистрирующий счетчик подключен к первому входу арифметического блока, генератор счетных импульсов, выход которого через второй элемент совпадения и времязадающий счетчик подключен к второму входу арифметического бло™ ка, вйход второго. элемента совпадеНИН подключен к входу первого элемента совпадения, двадополнительных элемента совпадения;, первыми входами соединенные между собой, два дополнительных триггера, прямой и инверсный выходы первого дополнительного триггера подключены к вторым входам второго и первого дополнительных элементов совпадения,Выход первого дополнительного элемен та совпа,цения подключен к первому входу второго дополнительного триггера, к единичному входу которого подключен выход второго дополнительного элемента совпа,цения, вход первого дополнительного элемента совпадения соединен с выходом второго формирователя импудьсов, выход второго дополнительного триггера подключен к второму входу второго элемента совпадения, выход времязадающего счетчика соединен с входом первого дополнительного триггера, первый и второй дополнительные триггеры и первый и второй дополнительные элементы совпадения представляют из себя блок управления, введены |Л последовательно соединенных регистров, управляющие входы которых подключены к выходу блока управления, соединенному также с первым дополнительным входом ариф1метическогоблока, второй дополнительЕ ый вход, которого подключен к выходу М-го регистра, а выход арифметического блока соединен с информационным входом первого регистра. На чертеже при.ведена стру :турная схема фазометра. Фазометр содержит формирователи 1 и 2 импульсов, соединенный q ними преобразователь 3 фаза-интервалы времени, последоЕательно соё.диненкые блок 4 квантования, регйЪтрирующий счетчик 5 и арифметический блок 6f последовательно соединенные генератор 7 счетных импуль соБ, sJiieMeHT 8 созпад.ений и врег4я-задаю1чий счетчик 9, соединенный первым выходом с арифметическим блоком б,, блок 10 управления, соеди-, неннын первым входом с выходом второ-го формирователя 2 импульсов, вторым и третьим входами соответственно -с вторым входом времязадающего счетчика 9 и входом Пуск устройства, а также М последовательно соединенных регистров 11-1, 11-2, , . ,11--И, соединенных С- выходом блока 10 управления, к которому подключены также элемент 8 совпадений и арифметический блок б, соединенный с зыходагди первого (11-1) и W-ro (11-М) регистров, -.входы блока 4 квантования соединены с выходами преобразозателя 3 фаза-интервалы времени и элемента 8 совпадений. Фазометр работает следующим образом. Входные сигналы, фазовый сдвиг между которьами измеряется, поступают на формирователи 1 и 2 импульсов где преобразуются в последовательность импульсов, привязанных к характерным точкам сигналов, например к переходам сигналов через нулевой уровень. Импульсы привязки управляют преобразователем 3 фаза-интервал времени, формирующим последовательность временных (фазовых интервалов, пропорциональных измеряемому сдвигу фаз. В блоке 4 квантования осуществляется преобразование фазовых, интервалов в эквивалентное коли чество счетных импульсов, сгруппиро ванных в пачке, которое подсчитывается регистрирующим счетчиком 5. Количество импульсов, регистрируемых счетчиком 5 за время измерения определяется как N(.(..)/to где t.. - значение фазового интервала в i-M периоде сигнала; t - период счетных импульсов генератора 7 счетных импульсов .К - число усредняемых фазовых интервалов за время измерения. Время измерения, .кратное периоду сигнала, формируется времязадающим счетчиком 9 и блоком 10 управления В блоке 10 управления осуществл ется синхронизация начала и конца измерительного цикла импульсам при вязки с выхода второго формировате ля 2 импульсов, а с помощью времязадающего счетчика 9 задается базо вое время измерения ,, определя емое частью объема этого счетчика, соответствующей его второму выходу подключенному к второму входу бло ка 10 управления. При этом время измерения фазометра будет равно ъ.м.Т 5«о/ГЗ Т--е ; + 1)Т, где целая часть отиоше . НИИ %мУт; Т - период сигнала. В диапазоне частот, где Т время измерения отличается от базо го значения Т,;, не более чем на период сигнала, а на Частотах, где Tf Ту,,, устройство автоматически переходит на режим измерения за пе риод сигнала. Запуск устройства производится по сигналу Пуск, поступающему из не или формируемому самим устройст вом по окончании очередного измери тельного цикла За время измерение} во времязалаюем счетчике 9 накапливается код М(ТГЧ.)|1 о, где Т - значение i-ro периода сигнала. Этот ко совместно с H(tu) вводится по сигналу окончания времени измерения с блока 10 управления в арифметический блок 6, где вычисляется измеренное значение сдвига фаз в п-м измерительном цикле . 360 N(tt)/N(T). . Этим же сигналом содержимое всех регистров 11-1-11-м, имеющих разрядность р, сдвигается влево на г разрядов, где г определяется разрядностью результата измерения. При этом содержимое (M-l)-ro регистра переписывается в м-й регистр, (М-2)го - в (М-1)-й и т.д. или в общем виде содержимое(i-l)-ro регистра переписывается в i-й регистр. В регистрак 11-1-11-М хранится М предыдущих результатов измерения if. ,, -1 1...М. По завершении операции сдвига в первый регистр 11-1 из арифметического блока б записывается измеренное значение сдвига Фаз в данном измерительном цикле, а в арифметический блок б заносится содержимое М-го регистра 11-м, соответствующее (п-М)му результату измерения. Затем в арифметическом блоке 6 вычисляется среднее значение сдвига фаз Эа М циклов измерения в соответствии с выражением .-,,M-V(,.M), где Ч(„.,)- среднее, значение сдвига фаз, вычисленное в предыдущем (п-1)-м цикле измерения и находящееся в регистре памяти цифрового индикатора фазометра, входящего в состав арифметического блока 6. в следующем цикле измерения указанные операции пов.торяются. В результате в каждом измерительном цикле наряду со значением сдвига фаз f , соответствующим времени и.змере-т. .ния ,,, получается значение -р, , усредненное за М циклов измерения или за время 1 и ,гл MTi,,,,. Тем самым в предлагаемом фазометре осу: :эствляется цифровая фильтрация резу.ьтатов измерения в соответствии с алгоритмом скользящего среднего, Среднёквадратическая погрешность среднего значения результата измерения будет в VTi раз меньше, чем од.нократного, однако частота отсчетов, т.е, интервал между отсчетам1Г . результатов измерения , остается тем же самым и равным . Следовательно, поваапание точности измерения здесь достигается без потери быстродействия фазометра. Можно также сохранить эту же точ ность измерения, но в м раз уменьшить интервал между отсчетами TI,«,M Так, выбрав М 100, можно уменьшит в 10 раз среднеквалратическую погре ность измерения или в 100 раз повысить частоту отсчетов результатов измерения. KpoNe того, на основе средних значений сдвига фаз в п-м и .{п-1)-м измерительном циклах можно с высокой точностью Найти оценку скорости изменения фазы - .-Ч(и-1) . %-У(и-м) di (M-I)TV,,,M (м--1Пигм-1 итем самым расширить функциональные возможности фазометра. Знание же этого параметра позволяет также прогнозировать будущие значения результатов измерения, что весьма важно в ряде практических приложений. В частности, делает возможным вьвдачу измерительной информации в любой момент времени по запросу. Таким образом, благодаря введению новых элементов и связей достигается повышение точности измерения сдви га фаз в УМ раз при том же быстродействии фазометра, где величина М может иметь значения нескольких десятков-сотен, а также расширяются функциональные возможности фазометра за счет измерения скорости.

ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР С ПОСТОЯННЫМ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ ВРЕМЕНЕМ ПО авт. св. 824073, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения функциональных возможностей путем измерения скорости изменения фазы, в него введены V. последовательно соединенных регистров, управляющие входы которых подключены к выходу блока управления, соединенному также с первым дополнительным входом арифметического блока, второй дополнительный вход которого подключен к выходу М -го регистра, а выход арифметического блока соединен с информационным входом первого регистра.