Фазометр Советский патент 1983 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к электрораДиоизмеритбльной технике и может быть использовано при разработке ши рокодиапазонных фазометрических уст ройств. По основному авт.св. ,№969675 известен фазометр, содержащий два стробоскопических преобразователя, первые входы которых являются входа ми устройства, генератор стробиругощих импульсов и низкочастотный изме ритель разности фаз, связанные межд собой вычислительный и запоминающий блоки, первый делитель частоты с пе ременным коэффициентом деления и ци ровой измеритель частоты, связанный с вторым входом устройства и вычислительным блоком, соединенным с низ коч стотным измерителем разностифа и первым делителем частоты с переменнь1м коэффициентом деления, счетный вход которого подключен к выходу генератора с робирующих импульсо а выходы - к вторым входам первого и второго стробоскопических преобра зователей, соединенных выходами с низкочастотным измерителем разности фаз. Фазометр характеризуется высокой степенью автоматизации процесса измерения и является первым прибором, работа с которым в широком диапазоне частот не требует ручных one раций tl . Недостаток известного фазометра большая погрешность измерения. Это обусловлено широким диапазоном преобразованной частоты сигнала с выходов стробоскопических преобразова телей. Так, для частот входного сиг Hcuna f с 1.. 100 МГЦ, частоты генератора стробирующих импульсов МГц и коэффициента деления первого делителя частоты с переменным коэффициентом деления К 32... .64 частота преобразованного сигнала может принимать значения, лежащие в диапазоне до 100 КГц. Таким образом шумовая полоса по входу низкочастотного измерителя разности фаз равна 100 КГц. Это приводит к большому значению погрешности измерения, вызванной мумами/ поступающими на вход фазометра совместно с сигналом. Цель изобретения - повышение точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в фазометр, содержащий два стробоскопических преобразователя, низкочастотный измеритель разности фаз, генератор стробирующих импульсов, первый делитель частоты с переменным коэффициентом деления, цифровой измеритель частоты, вычислительный и запоминающий блоки, причем первые входы первого и второго стробоскопических преобразователей соединены соответственно с первой и второй входными шинами устройства. вторые входы первого и второго стробоскопических преобразователей подключены соответственно к первому и второму выходам первого делителя частоты с переменным коэффициентом деления, а выходы соединены соответственно с первым и вторым входами низкочастотного измерителя разности фаз, третий вход которого подключен к первому выходу вычислительного блока, первый вход которого соединен с выходом запоминающего блока, вторые входы запоминающего блока подключены к выходам цифрового измерителя частоты, а вторые выходы вычислительного) блока соединены с управляющими вводами первого делителя частоты с переменным коэффициентом деления, счетный вход которого подключен к выходу генератбра стробирующих импульсов, вход цифрового измерителя соединен с входами второго стробоскопического преобразовате.ля, введены два делителя частоты с переменным коэффициентом деления, фазовый детектор, опорный генератор, причем первый вход второго делителя частоты с переменным коэффициентом деления соединен с вторым выходом первого делителя частоты с переменным коэффИ1 иёнтом деления, первый вход третьего делителя частоты с переменным коэффициентом деления подключен к выходу опорного генератора, управляющие.входы второго и третьего делителей частоты с переменным коэффициентом деления соединены с вторыми выходами вычислительного блока, а выходы - соответственно с первым и вторым входами фазового детектора,выход которого соединен с управляющим . входом генератора стробирующих импульсов .. На чертеже показана структурная схема фазометра. В фазометр входят стробоскопические преобразователи 1 и 2, подключенные к низкочастотному измерителю 3 разности фаз, последовательно соединенные опорный генератор 4, третий делитель 5 частоты с переменным коэффициентом деления, фазовый детектор 6, генератор 7 стробирующих импульсов и первый делитель 8 частоты с переменным коэффициентов деления., последовательно включенные цифровой измеритель 9 частоты, связанный с второй входной шиной фазометра, вычислительный блок 10, второй делитель 11 частоты с переменным коэффициентом деления, запоминающий блок 12, связанный с вычислительным блоком 10, причем выходы первого делителя 8 связаны С вторыми входами стробоскопических преобразователей 1 и 2, первый и третий делители 8 и 5 частоты с перееденным коэффициентом деления - с вычислительным блоком 10,

второй делитель 11 частоты; связан с фазовым детектором 6 и вторым выходом первого делителя 8 частоты, а вычислительный блок 10 - с низкочастотным измерителем 3, .

Фазометр работает следующим образом.

Напряжения с измеряемым фазовым сдвигом поступгиот- на первую и вторую входные шины устройства. На вторые входы стробоскопических преобразователей 1 и 2 поступают короткие импульсы соответственно с первого и второго выходов первого делителя 8. Импульсы на выходах первого делителя совпадаю по форме, временному расположению и частоте. Однако на каждый стробоскопический преобразователь эти импульсы поступают с отдельного выхода первого делителя 8. Этим обеспечивается развязка между каналами фазометра.

Процесс измерения состоит из двух этапов. На первом из них - подгото- вительном - с помощью цифрового, изг мерителя 9 частоты производится измерение частоты входного сигнала (. Код частоты f заносится в вычислительный блок 10, который по программе, заложенной в запоминающем б локе 12, производит расчет коэффициентов еления первого, второго и третьего делителей 8,11 и 5. Возможен другой режим работы: коэффициенты деления рассчитываются заранее и хранятся в запоминающем блоке 12. Вычислительный блок 10 выбирает необходимые коэффициенты деления в соответствии с кодом fc; Коэффициенты деления ля любой частоты входного сигнала таковы, что частоты, поступающие на входы фазового детектора б, всегда лежат в полосе схватывания устрой- , ства фазовой автоподстройки частоты, которое образовано фазовым детек- ; тором б и генератором 7 стробирующи импульсов, в соответствии с коэффициентами деления частота генератора 7 стробирующих импульсов перестраивается. Во время измерительного этапа система перестройки генератора 7 стробирующих импульсов X не изменяет своего состояния. Низкоастотный измеритель 3 разности фаз производит измерение фазового сдвига между сигналами преобразованной час тоты с выхЬдов первого и второго , стробоскопических преобразователей

1 и 2.

. :.

Значения частот, поступающих на азовый детектор б, носят дискретный характер, поскольку формируются с помощью делителей частоты, Поэто- ; у частота преобразованного сигнаа не будет фиксированной. Оценим иапазон изменения преобразованной астоты.

Пусть частота опорного генератора МГц,. номингшьная частота генератора / стробирующих рмпульсов гсн МГц. Поскольку стробирование производится, как и во всех фазоме pax класса, импульсами и частотами следования в диапазоне (1... ...2) МГц, то коэффициент деления первого делителя 8 может принимать значения ...8. Пусть частота на

0 выходе третьего делителя 5 равна примерно i кГц, т.е. коэффициент деления третьего делителя 5 Kj%10000. Таким образом, частота fj задается с дискретом 0,1 Гц. Пусть частота

5 входного сигнала МГц. Номер гармоники, используемой для преобразования при f 1 МГц, равен п« . Определим значение f-,opt когда

д преобразованная частотаt„р равна ее номинальному значению, например 20 кГц. ,

i -У

f с пр. ном 999,6 кГц 1орг п

25

Определим коэффициент деления ДПКД2 11, считая что частота 5 н его выходе должна лежать в районе 1 кГц

30

--V,

а. fiopt/f2eb,x 999,8 .:«00

Округление при вычислении Kj прис водит к тому, что частота f станет равной

2

. Выбором Коэффициента деления К g 0 третьего делителя 5 К г10000 можно обеспечить частоту.на его выходе 1 кГц; однако при этом генератор стробирующих импульсов 7 не будет перестроен, ,, 1 МГц, а 5 Поэтому нужно так выбрать К, чтобы : перестройка генератора 7 стробирующих импульсов была произведена на необходимое значение. Частотой, которой должна производиться автопод стройки, является

f2 999,8 ГЦ

Это обеспечивается при К 10002. При этом f г.гн ,8 Гц г-7998400 Рц, т.е. - 0°

5 или 0,02%, а ..„омДискретность сетки частот f и округление коэффициентов приводит в ряде случаев к отклонению от Тпрном показывают, что

0 Axlp Maiuc. образом, полоса преобразованного сигнала значи тельно сужается по сравнению с известным фазометром. Среднеквадратическая погрешность низкочастотного измерителя 3 разности фаз вычисляется по формуле (считая, что он регши зован на оптимальных принципах) пр2Е где ё - дисперсия utyMa; ,- шумовая полоса по входу низкочастотного измерителя разности фаэ Е - энергия сигнала. Таким образом, предложенное устройство эффективнее в сравнении с известным по среднеквадратической погрешности, обусловленной шумами в JAt Г-1Ггоо7гчГ7 Гг5Г«л :пл,а« 1|Л«.пр /Л1пр2-ПООкГц/5кГц л.4,5раз« Здесь t „pf и лТпрг соответственно шумовые полосы известного и предложенного фазометров. Преимущество предложенного устройства по сравнению с базовым (серийный фазометр ФК2-12) заключено в автоматизации процесса измерения, т.е. повышении производительности труда. Так, в базовом приборе пере ход с одной частоты входного сигнала на другую (эсуществляется за время порядка Т г 10 с. В предлагаемом фазометре это время складывается из времени измерения частоты Tj и времени установк коэффициентов деления Tji. Реально Т ,2 с. Таким образом, предлагаемое устройство эффективнее базового в о

ФАЗОМЕТР по авт.бв. 969675, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерений, I в него введены два делителя частоты с переменным коэффициентом деления, фазовый детектор, опорный генератор, ffff Л/ причем первый вход второго делителя частоты с переменным коэффициентом деления соединен с вторым выходом первого делителя частоты с переменным коэффициентом деления, первый вход третьего делителя частоты с переменным коэффициентом деления подключён к вйходу опорного генератора,, управляющие входы второго и третьего делителей частоты с переменным коэффициентом деления соединены с вторыми выходс№ и вычислительного блока, а выходы - соответственно с первым и I вторым входами фазового детектора,выIход которого соеди1 ен с управляющим входом генератора стробирующих импульсов. W сл 00 сл