Фазометр Советский патент 1987 года по МПК G01R25/00 

процессорной техники. Устройство содержит в каждом из двух преобразовательных каналов входные формирователи, смесители 5 и 6, перестраиваемый гете| один 7, фильтры 38 и 39, формирователи 13 и 12 коротких импульсов, триггеры 14 и 15 и, кроме того, элемент 16 сбвпаде- ния, счетчик 17 импульсов, блок 40 управления, .цифровой индикатор 19, коммутатор 22. Для достижения цели в устройство введены частотный детектор 24, .амплитудные ограничители 23 и 29, усилитель 25 высокой

1298685

частоты, смеситель 26, усилитель 27 промежуточной частоты, фор.мирова- тель 31 коротких импульсов, триггер 32 и образованы новые функциональные связи. Цель достигается ,за счет коррекции аддитивной фазо- частотной и фазоамплитудной составляющих без прерывания процесса измерения. Автоматическое уравнивание амплитуд смепшваемык сигналов уменьшает мультипликативную, составляющую погрешности измеЕ)ения из-за межканальной связи сигналов через общий гетеродин. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1

Изобретение относится к фазоизмерительной технике и может быть использовано для создания, высокоточного полностью автоматического цифрового фазометра широкого динами- ческого и частотного диапазонов.

Цель изобретения - повьшение точности измерения и надежности на основе использования микропроцессорной техники.

На чертеже представлена структурная схема фазометра. .

Фазометр содержит в каждом преобразовательном канале последовательно соединенные входные аттенюаторы 1 и 2, усилители 3 и 4 высокой частоты, смесители 5 и 6, вторые входы которых подключены к перестраиваемому гетеродину 7, усилители 8 и 9 промежуточной частоты, настроенные на опорную частоту, фазовращатели 10 и 11, формирователи 12 и 13 коротких импульсов, триггеры 14 и 15, подключенные к первому и второму входам элемента 16 совпадения, выход которого соединен с последовательно соединенными счетчиками 17 импульсов, микропроцессорной системой 18, включающей микропроцессор,, интерфейс ввода- вывода, оператив ное и постоянное за- поминающие устройства, и цифровым индикатором 19, соединенные между собой генератор 20 тактовых импульсов, подключенный к управляющему входу микропроцессорной системы и входу делителя 21 опорной частоты, трехканаль

ный двухпозиционный коммутатор 22, входы первого канала которого соединены с выходом делителя 21 и выходом триггера 15 преобразовательного канала, выход соединен через первый амплитудньй ограничитель 23 с входом частотного детектора 24, входы второго канала соединены с выходами аттенюаторов 1 и 2, выход соединен через последовательно соединенные усилитель 25 высокой частоты, смеситель 26, второй вход KOTOporov подключен к перестраиваемому гетеродину 7, и усилитель 27 промежуточной частоты с входом амплитудного детектора 28, входы третьего канала соединены с выходами триггеров 14 и 15 преобразовательных каналов, выход соединен через второй амплитудный ограничитель 29 с входом фазового детектора 30, второй вход которого соединен с выходом усилителя 27 промежуточной частоты через последовательно соединенные формирователь 31 коротких импульсов и триггер 32, выходы детекторов 24, 28 и 30 соединены с входами трехпози:ционного коммутатора 33, выход которого через аналого-цифровой преобразователь (А1Щ) 34 соединен с шиной данных микропроцессорной системы 18 через интерфейс ввода, трехканальный циф- роаналоговый преобразователь (ИДП) :33t подключенный к шине данных микропроцессорной системы 18 через интерфейс вывода, первый канал которого соединен с управляющим входом перестраиваемого гетеродина 7, вто- рой - с управляющим входом аттеню- атора 1, третий - с управляющим вхо- дом фазовращателя 10, при этом уп- равляющие входы счетчика 17 импульсов, цифрового индикатора 19, АЦП 34 и ЦАП 35 подключены к шине управления микропроцессорной системы 18 через интерфейс ввода-вьгвода,

Входные аттенюаторы 1 и 2 и усилители 3 и 4 высокой частоты входят во входные формирователи 36 и 37. Усилители 8 и 9 промежуточной частоты и фазовращатели 10 и 11 входят в фильтры 38 и 39. Микропроцессорная система 18, генератор 20 тактовых импульсов, делитель 21 опорной частоты, А1Щ 34 и ЦАП 35 входят в блок 40 управления.

Фазометр работает следующим образом.

Сигналы входной частоты f с фазовым сдвигом q поступают через входные аттенюаторы 1 и 2, усилители 3 и 4 высокой частоты на смесители 5 и 6, на вторые входы которых поступает сигнал частоты f, гетеродина 7.

:- перестраиваемого Из смешанных сигналов

избирательными усилителями 8 и 9 про- ЗО Последняя выбирается

межуточной частоты выделяются сигналы разностной частоты ,f2, которые сдвигаются по фазе фазовращателями 10 и 11 и поступают на формирователи 12 и 13, которые формируют короткое импульсы, соответствующие переходам через нуль низкочастотных сигналов частоты f,, Выходные напряжения триггеров 14 и 15, переключаемых короткими импульсами, воздействуют на первый и второй входы элемента 16 совпадения, формируя временной интервал At, , пропорциональный сумме измеряемого фазового сдвига .

(f

частоте f. делителя 21 .), В этом случае число импульсов в каждой пачке на выходе эл мента 16 пропорцион ально значению

35 фазового сдвига в градусах, а число пачек q за время усреднения bt (, &t2fQ kcL) является постоянным числом.

Напряжение опорной частоты f че

40 рез коммутатор 22 и амплитудный ограничитель 23 поступает на частот ный детектор 24, с помощью которого преобразуется в постоянное напряжение пропорциональное частоте г. q) и фазовьк сдвигов, вносимых прёоб- Это напряжение через коммутатор 33 разовательными каналами фазомет- поступает на АЦП 34, где преобразу- ра и фазовращателями 10 и 11. На третий вход элемента 16 совпадения поется в цифровой код.. По команде микропроцессора код А1Щ 34 через интерфейс ввода по шине данных поступает

ступают импульсы с частотой f от генератора 20 тактовых импульсов, управляющие работой микропроцессорной системы 18 и одновременно заполняющие временной интервал ut, . К четвертому входу элемента 16 подводится вырабатьюаемый внутри микропроцессорной системы 1В стробирующий импульс, представлягадий собой временные ворота длительностью Ut it, ri определяющий время усреднения изi . j fO

2986854

меряемого фазового сдвига. Заполня- 1 ющие эти временные ворота пачки импульсов тактовой частоты f подсчи- тьшаются счетчиком 17, в котором формируется соответствующий код. По команде микропроцессора этот код по пине данных поступает в микропроцессорную систему 18, в памяти которой как константа хранится число пачек импульсов за время усреднения. Вычисленное среднее значение фазового сдвига по команде микропроцессора передается на цифровой индикатор 19.

Параллельно с выхода генератора 20 импульсы тактовой частоты f возбуждают делитель 2 опорной частоты выходное напряжение которого поступает на один из входов первого канала двухпозиционного коммутатора 22 (нижний канал коммутатора по чертежу) . На другой вход канала коммутатора поступает напряжение промежуточной частоты с выхода триггера 15 канала фазометра. Коэффициент деле- ;Ния частоты ka делителя 21 выбирает- :ся равным 3,6-10 , где ,2,3..., в зависимости от дискретности измерения фазового сдвига за один период сигналов промежуточной частоты.

Последняя выбирается

равной опорной

(f

частоте f. делителя 21 .), В этом случае число импульсов в каждой пачке на выходе элемента 16 пропорцион ально значению

фазового сдвига в градусах, а число пачек q за время усреднения bt (, &t2fQ kcL) является постоянным числом.

Напряжение опорной частоты f через коммутатор 22 и амплитудный ограничитель 23 поступает на частотный детектор 24, с помощью которого преобразуется в постоянное напряжение пропорциональное частоте г. Это напряжение через коммутатор 33 поступает на АЦП 34, где преобразу-

ется в цифровой код.. По команде микропроцессора код А1Щ 34 через интерфейс ввода по шине данных поступает

в систему 18, где запоминается.

При переключении коммутатора 22 на выходе частотного детектора 24 формируется напряжение, пропорциональное промежуточной частоте f,

которое преобразуется АЦП 34 в код. Получаемый на выходе АЦП код вводит- . ся в микропроцессор и сравнивается с хранимым в памяти системы 18 кодом, соответствующим частоте f ,

Вычисленная разность кодов, харак- теризук щая разность опорной и промежуточной частот подается через интерфейс вывода на входы 11Д11 35« Напряжение, образующееся на выходе первого канала ЦАП 35 изменяет, например, с помощью варикапа частоту гетеродина 7 fj в направлении уменьшения разности сравниваеммк частот f f, f2. и f , Выполнение этой подпрограммы путем многократного сравнения кодов частот-f и f/

-5 .

позволяет автоматически по;здерживать равенство промежуточной Частоты f и опорной f при изменении частоты входных сигналов f или гетеродина f 2 .

На входы второго канала коммутатора 22 поступают выходные сигналы аттенюаторов 1 и 2, Эти сигналы поочередно усиливаются усилителем 25 высокой частоты, смешиваются с сигналом перестраиваемого гетеродина 7 в смесителе 26, усиливаются по ра костной частоте усилителем 27 промежуточной частоты и вьшрямляются амплитудным детектором 28. Выходные напряжения детектора 28 через кокму татор 33 поступают на АЩ 34, где преобразуются в коды.

В соответствии с второй подпрограммой, аналогичной первойэ разность кодов, формируемая микропроцессорной системой 18, создает на

выходе второго канала ЦДЛ 35 управля- 35 процесса измерения-. Автоматическое

ющее напряжение, которое изменяет затухание аттенюатора 1 до уравнивания амплитуд сигналов на входах усилителей 3 и 4. На входы третьего канала коммутатора 22 поступают выходные напряжения триггеров М и 15 каналов фазометра, которые поочередно уравниваются по амплитудам огра ничителем 29 и воздействуют на вход фазового детектора ,30, на второй вход которого поступает сигнал промежуточной частоты с выхода усили- . теля 27 через форг ирователь 3 коротких импульсов и триггер 32. Выходные напряжения фазового детектора 30 пропорциональны разности фазовых сдвигов преобразовательных каналов фазометра и опорного канаЬа (25-27, 31 и 32), Эти напряжения через коммутатор 33 поочередно поступают на АЦП 34, в котором кодируются. На выходе третьего канала 1ЦАП 35 в соответствии с третьей под-программой формируется управляющее

.

2986856

нап.ряжение5 изменяющее фазовый сдвиГг вносимый фазовращэ.телем 10, Фазовый сдвиг, вносимый этим фазовращателем, уравнивает фазовые сдвиги, вносимые, преобразовательными каналами фазометра (Зд З. 8 10,, 12

14 и 4 6, 9s 11, 13, 15) . I

Коммутаторы 22 и 23 управляются

ко1. ;андами микропроцессора от шнны управления. При этом в каждом из трех положений коммутатора 33 выпол10

0

5

няется соответствующая подпрограмма регулировки корректирующих элементов схемы (7 и 1 и Ш), Переменные аттенюатор 2 и фазовращатель I: используются при начальной регулировке режимннгх параметров в одно1 1 из каналов фазометра,.

Таким образом,, в резз . ьтате самэ- Настройки преобразовательной ;;асти схемы фазометра с аомошью микропроцессорной скстеиы ;.;гтоматит-1ески под-- держивается равекс;тБО про1чежуточной частоты опорнойи задаваемой тактовой частотой микропроцессора3 уравниваются амплитуды входных сигналов и выравниваются фазовые сдвиги;, выно- CKinbie преобразоБательными каналами в процессе кепрерыв гы.х измерений фа- зсчзого сдвига.

Поетавленная цель достигнута за счет коррекцки аддитивной фазоча- стоткой к фазоамплитудной состав- ;:яющих погреш:ности без прерывания

уравнивание амплитуд смешиваемых сиг налов уменьшает мультипликативк- то . составляющую погрешности измерения из-за межканальной связи сигналов

40 через общий гетеродин, КодирОЕвниез обработка результатов измере51кй и коррекция погрешностей преобразовательных каналов с помощью микропрЬ- цессорной системы повьшшет надежност

45 самонастраивающегося фазометра.

Формула, изобретения

I, ФазометрS соцержавдй в каждом 50 КЗ двух преобразовательных каналов посхшдовательпо соединенные входные формирователи,смесители,, вторые входы которых подключены к перестраиваемому гетеродину, фильтрыj формиро- 55 ватели коротких импульсовj триггеры, выходами подключенные соответственно к первому и второму входам элемента совпад,ениЯз выход которого соедикен с последоват-ельно :;оединен-ными счет

7

чиком импульсов, блоком управления цифровым индикатором, а также коммутаторы, отличаю щийс я тем, что, с целью повьшгения-точност измерения и надежности, в него введны частотный, амплитудный и фазовый детекторы, амплитудные ограничители и дополнительные усилитель высской частоты, смеситель, усилитель промежуточной частоты, формирователь коротких импульсов и триггер, выход первого амплитудного ограничителя соединен с входом частотного детектора, выход усилителя высокой частоты соединен через последовательно соединенные смеситель, второй вход которого соединен с выходом перестриваемого гетеродина, усилитель промежуточной частоты с входами амплитудного детектора и формирователя коротких импульсов, выход последнег через триггер соединен с входом фазового детектораj второй вход которого соединен с выходом второго амплитудного ограничителя.

2.Фазометр по п. 1, отличающийся тем, что входные формирователя состоят из последовательно соединенных входных аттенюаторов, входами соединенных с входами преобразовательных каналов, и усилителей высокой частоты, выходам соединенных с входами смесителей.

3.Фазометр по п. I, отличающийся тем, что фильтры преобразовательных каналов состоят из последовательно соединенных усилителей промежуточной частоты входами соединенных с выходами смесителей, и фазовращателей, выходами соединенных с входами формирователей коротких импульсов.

4.Фазометр по п, 1, отличющийся тем, что коммутаторы вьтолиены один трехканальным двухпо зиционным, а другой - трёхпозицион ным, причем один вход первого канал трехкаиального двухпозшшониого коммутатора соединен с выходом триггера преобразовательного канала,

а выход - с входом первого амплитудного ограничителя, входы второго канала коммутатора соединены соответ

ВЕйШПИ Заказ 885/48 Тираж 731 Подписное Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

0

8685

8

ственно с выходами аттенюаторов входных формирователей, а выход - с входом дополнительного усилителя высокой частоты, входы третьего канала коммутатора соединены соответственно с выходами триггеров преобразовательных каналов, а выход - с входом второго амплитудного ограничителя, вхбды трехпозиционного коммутатора соединены соответственно с выходами частотного, амплитудного и фазового детекторов.

5, Фазометр по п. 1, о т л и - ч а ю- щ и и с я тем, что блок упf5

20

равления состоит из микропроцессорной системы, генератора тактовых импульсов, делителя опорной частоты, аналого-цифрового преобразователя и цифроаналогового преобразователя, причем тактовый вход микропроцессорной системы соединен с выходом генератора тактовых импульсов, входом делителя опорной частоты и третьим входом элемента совпа- 25 дения, другой вход соединен с выходом счетчика, а третий вход - с аналого-цифровым преобразователем, первьй выход соединен с входом цифрового индикатора, а второй - с вхо- 30 дом цифроаналогового преобразова- , теля, управляюпще выходы микропроцессорной системы соединены соот-- ветственно с управляющими входами цифрового индикатора, цифроанало- , гового преобразователя, трехканаль- ного двухпозиционного коммутатора, трехпозиционного коммутатора, счетчика, аналого-цифрового преобразователя и четвертым входом элемента совпадения выход делителя опорной частоты соединен с соответствующим входом первого канала трехканально- го двухпозтадаонногр коммутатора,выходы цифроаналогового преобразователя соединены с соответствующими управляющими входами аттенюатора входного формирователя, фазовращате ля, фильтра одного преобразовательного канала и с управляющим входом пе- Q рестраиваемого гетеродина, вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом трехпозиционного коммутатора.

0

5

Изобретение относится к фазо- измерительной технике.и может быть использовано для создания высоко- точного полностью автоматического цифрового фазометра широких динамического и частотного диапазонов. Целью изобретения является повышение точности измерения и надежности на основе использования микро -