Цифровой фазометр с оптимальным квантованием Советский патент 1990 года по МПК G01R25/00 

сл

05 СО М 4ъ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для построения цифровых фазометров с высокой разрешающей способностью. Целью изобретения является упрощение фазометра. Цифровой фазометр с оптимальным квантованием содержит усилители 1 и 2 с автоматической регулировкой усиления (АРУ), компараторы 3 и 4, дифференцирующие цепи 5 и 6, триггер 7, элементы 8 и 9 совпадения, счетчик 10, умножитель 11 частоты, формирователь 12 импульсов, делитель 13 частоты следования импульсов, триггер 14 и генератор 15 напряжения управления. Введение усилителей с АРУ, компараторов, дифференцирующих цепей, генератора напряжения управления с предложенными функциональными связями упрощает фазометр путем получения оптимального квантования в результате непрерывного изменения уровня формирования входных сигналов по определенному закону в течение измерительного времени. 2 ил.

Фиг.1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для построения цифровых фазометров с высокой разрешающей способностью.

Целью изобретения является упрощение фазометра.

Сущность изобретения заключается в обеспечении линейной задержки импульсов фазовых интервалов на величиу

г

UU3M

5

20

25

35

(обеспечении условий оптимального вантования) путем непрерывного изенения уровня формирования входных сигналов по определенному закону в течение измерительного времени, которое приводит к упрощению фазометра за счет исключения из его состава сложной управляемой линии задержки и существенного упрощения генератора напряжения управления.

На фиг.1 приведена структурная схема фазометра; на фиг,2 - структурная схема генератора напряжения управления .

Фазометр содержит усилители 1 и 2 с автоматической регулировкой усиления, компараторы 3 и 4, дифференци- 30 рующие цепи 5 и 6, триггер 7, элементы 8 и 9 совпадения, счетчик 10, умножитель 11 частоты, формирователь 12 импульсов, делитель 13 частоты следования импульсов, триггер 14 и генератор 15 напряжения управления.

Входы усилителей 1 и 2 с автоматической регулировкой усиления подключены к входам фазометра, а выходы соединены с первыми входами компараторов 3 и 4, вторые входы которых подключены к выходу генератора 15 напряжения управления, а выходы соединены с входами дифференцирующих цепей 5 и 6, выходы которых подключены к входам триггера 7, выход которого соединен с вторым входом элемента 8 совпадения, первый вход которого подключен к первому выходу формирователя 12 импульсов, а выход соединен с вторым входом элемента 9 совпадения, выход которого подключен к входу счетчика 10, а первый вход соединен с вторым входом генератора 15 напряжения управления и выходом триггера 14, вход которого подключен к выходу делителя 13 частоты следования импульсов, вход которого соединен с первым входом генератора 15 напряже40

45

50

55

5

0

5

5

0

ния управления и вторым выходом фпр- мирователя 12 импульсов, вход которо го подключен к выходу умножителя 11 частоты, вход которого соединен с первым входом компаратора 3.

Генератор 15 напряжения управления содержит последовательно соединенный счетчик 16, постоянно запоминающее устройство 17, цифроаналого- вый преобразователь 18, фильтр 19 нижних частот.

Фильтр работает следующим образом.

Измеряемые колебания поступают на входы усилителей 1 и 2 с автоматической регулировкой усиления, которые поддерживают сигнал постоянной амплитуды на своем выходе. Равные по амплитуде сигналы поступают на первые входы компараторов 3 и 4, где преобразуются в напряжение прямоугольной формы, фронты которых соответствуют моментам перехода измеряемых колебаний через уровень напряжений, поступающих на вторые входы компараторов 3 и 4. Напряжения прямоугольной формы после прохождения дифференцирующих цепей 5 и 6 превращаются в две последовательности остроконечных импульсов. Сдвиг по времени между каждой парой соответствующих импульсов обеих последовательностей f пропорционален фазовому сдвигу между измеряемыми колебаниями и обратно пропорционален их частоте

if

Г . Эти имW

5

0

5

пульсы управляют триггером 7, на выходе которого формируется напряжение П-образной формы, положительные полуволны которого имеют длительность

о У

ц; t

Одно измеряемое колебание с выхода усилителя 1 с автоматической регулировкой усиления подается на умножитель 11 частоты. Сигнал с умноженной частотой через формирователь 12 импульсов подается на первый вход элемента 8 совпадения и первый (счет- .ный) вход генератора 15 напряжения управления. К выходу формирователя 12 импульсов также подключен через делитель 13 частоты следования импульсов триггер 14, на выходе которого формируется напряжение П-образной формы. Положительные полуволны этого напряжения, имеющие длительность t ИЗА1 , подаются на первый вход элемента 9

1

совпадения. На второй вход элемента 9 совпадения поступают пачки импульсов длительностью Ј , проW

шедшие через элемент 9 совпадения. Прошедшие через элемент 9 совпадения за измерительное время tH3 пачки ими

пульсов с длительностью --- пои

даются на вход счетчика 10.

С выхода триггера 14 импульсы поступают также на второй (установочный) вход генератора 15 напряжения управления, напряжение управления ко торого подается на вторые входы компараторов 3 и 4. Закон изменения управляющего напряжения должен быть та ким, чтобы фронты прямоугольного напря жения на выходе компараторов были

to

смещены на величину t3 t no

t и Элл

сравнению с фронтами прямоугольного напряжения, которые формируются при поступлении на вторые входы компараторов 3 и 4 нулевого уровня, т.е. обычного формирования прямоугольных импульсов по переходам синусоидального напряжения через нулевой уровень. Например, при поступлении на первые входы компараторов сигналов U, A sincut и 1Г2 A sin(wt + if) на вторые входы компараторов необходимо подавать напряжение 11 СУ

Asin- -t, где К - коэффициент де- Jv

ления делителя 13 частоты следования импульсов.

Такое изменение уровня формирования входных сигналов обеспечивает сдвиг начала интервала времени Ј, соответствующего сдвигу фаз q, относительно ближайшего квантующего импульса, в каждом последующем интерваto

ле на величину , где п - количество периодов входного сигнала,укладывающихся в измерительное время, т.е. приводит к выполнению условий оптимального квантования.

Генератор 15 напряжения управления (фиг.2) работает следующим образом.

Импульсы с выхода триггера 14 поступают на второй вход генератора 15 напряжения управления и устанавливают счетчик 16 в нулевое состояние. Импульсы с выхода формирователя 12 импульсов поступают на первый вход

697416

генератора (счетный вход счетчика 16), Код с выхода счетчика 16 поступает на постоянное запоминающее устройство 17, которое преобразует линейно изменяющееся значение кода на входе в значение кода, изменяющееся по синусоидальному закону на выходе. Код преобразуется в цифроаналоговом пре- ,л образователе 18 в аналоговую величину - ступенчатое напряжение, амплитуда ступенек которого изменяется по

закону A sin-- t:. АиК- постоян- К

с ные для конкретного фазометра и учитываются при записи информации в постоянное запоминающее устройство. Изменение частоты входного сигнала W учитывается автоматически, по20 скольку при изменении входной частоты изменяется и частота следования импульсов на выходе формирователя 12, а импульсы с выхода формирователя 12 поступают на счетный вход генерато25 ра 15 напряжения управления.

Ступенчатый сигнал, амплитуда ступенек которого изменяется по закону

A sin- t, фильтруется фильтром 19

(Ч.

30 нижних частот. На выходе фильтра пои

лучаем напряжение U A sin-- t.

К.

Ступенчатый сигнал, амплитуда ступенек которого изменяется по синусоидальному закону, содержит первую, N±1, 2N+1, ЗЫ±1и т.д. гармоники,где N - число ступенек, из которых формируется синусоидальный сигнал. Поэтому требования, предъявляемые к 4Q фильтру, очень низкие, он обеспечивает фильтрацию в широком диапазоне частот.

Таким образом, введение усилителей с автоматической регулировкой дс усиления, компараторов, дифференцирующих цепей, генератора напряжения управления с указанными связями в фазометр упрощает его за счет получения оптимального квантования путем 5Q непрерывного изменения уровня формирования входных сигналов по определенному закону в течение измерительного времени.

35

Формула изобретения

Цифровой фазометр с оптимальным квантованием, содержащий первый триггер, умножитель частоты, ныход кото

рого соединен с входом формирователя импульсов, первый выход которого подключен к первому входу первого элемента совпадения, а второй выход соединен с входом делителя частоты следо вания импульсов, выход которого подключен к входу второго триггера, соединенного с первым входом второго элемента совпадения, второй вход ко- торого подключен к выходу первого элемента совпадения, а выход - к входу счетчика, отличающийся тем, что, с целью упрощения фазометра, в него дополнительно введены re- нератор напряжения управления, две дифференцирующие цепи, два компаратора, два усилителя с автоматической

регулировкой усиления, входы которых подключены к входам фазометра, а выходы соединены с первыми входами компараторов, вторые входы которых подключены к выходу генератора напря же- ния управления, а выходы - к входам дифференцирующих цепей, выходы которых подключены к входам первого триггера, выход которого соединен с вторым входом первого элемента совпадения, причем первый вход первого компаратора подключен к входу умножителя частоты, а второй выход формирователя импульсов соединен с первым входом генератора напряжения управления, второй вход которого подключен к выходу второго триггера.

Фиг. 2