Цифровой фазометр Советский патент 1991 года по МПК G01R25/00 

Фиг. 1

,.

Изобретение относится к устройствам измерения разности фаз двух сигналов в условиях амплитудных и фазо-- вых флуктуации.

Цель изобретения - повышение точ ности устройства.

На фиг„1 представлена структурная схема фазометра, на фиг.2 - временные диаграм ш и таблица истинности, поясняющие принцип работы фазометра

Фазометр содержит два усилителя- ограничителя 1 и 2, косинусный и синусный фазовые детекторы 3 и А, два блока 5 и 6 выделения модуля, два компаратора 7 и 8 со стробирующими входами, сумматор 9, аналого-цифровой преобразователь 10 (АЦП), постоянное запоминающее устройство 11 (ПЗУ), элемент 12 задержки, блок 13 регистровой памяти.

При этом выходы усилителей-ограничителей 1 и 2, входы которых являются входами устройства, соединены с косинусным и синусным фазовыми де текторами 3 и 4, выход косинусного фазового детектора 3 соединен с входом блока 5 выделения модуля и первы входом компаратора 7, выход синусно- го фазового детектора А соединен с входом блока 6 выделения модуля и первым входом компаратора 8, вторые входы компараторов 7 и 8 соединены с общей шиной, а их третьи стробирую щие входы соединены между собой, входом Запуск фазометра и входом За- пуск АЦП 10, выход блока 5 выделения модуля соединен с сигнальным входом АЦП 10 и первым входом сумматора 9, выход которого соединен с входом опоры АЦП 10, а его второй вход соединен с выходом блока 6 выделения модуля.

Выходы компараторов 7 и 8 соединены с соответствующими старшими адресными входами ПЗУ 119 младшие адресные входы которого соединены с

5

JQ

2Q

25 350

30

45

соответствующими информационными выходами АЦП 10, выход Готовность данных которого соединен с входом элемента 12 задержки, выходом соединенного с входом записи данных блока 13 регистровой памяти, входы данных которого соединены с соответствующими выходами ПЗУ 11, а его выходы являются выходами фазометра.

Фазометр работает следующим образом.

Входные сигналы, между которыми измеряется разность фаз, усиливаются усилителями-ограничителями, коэффициенты усиления которых подбираются такими, чтобы их выходные напряжения были равны. На выходе косинусного фазового детектора образуется напряжение

иФА К A U (Nl+cos(f- -Jl-cusW). VA АТ(1)

Синусный фазовый детектор отличается от косинусного тем, что на его входе включен фазовращатель, сдвигающий фазу входного сигнала, поступающего от усилителя-ограничителя 1, на минус if /2, поэтому на его выходе образуется напряжение

и{рдг Кди (-j1+sini| T- 1-sin), (2)

где в выражениях (1) и (2) Кд - коэффициент передачи фазового детектора, Ц U U - входные напряжения фазовых детекторов, tp - сдвиг фаз между входными сигналами.

На выходах блоков 5 и 6 выделения модулей образуются модули напряжений, определяемые выражениями (1) и (2) (фиг. 2). Так как на сигнальный вход АЦП 10 подается напряжение lUgjiJ, а на вход опоры - (, | + |и,вдг|, на информационных выходах АЦП 10 образуется код, пропорциональный отношению

ИзоСфетение относится к устройствам для измерения разности фаз двух сигналов в условиях амплитудных и фазовых флуктуации. Целью изобретения является повышение точности измерений. Фазометр содержит усилители-ограничители 15 2, косинусный и синусный фазовые детекторы 3, 4, блоки выделения модуля 5, 6, компараторы со стробирукацими входами 7, 8, сумматор 9, АЦП 10, ПЗУ И, элемент 12 задержки и блок 13 регистровой памяти. Измерение разности фаз основано на квадратурном способе преобразования входных сигналов, между которыми измеря- Вход ется разность фаз, в напряжения, пропорциональные сдвигу фаз, используются косинусный и синусный фазовые детекторы, вычислитель (на основе АЦП) отношения модуля выходного напряжения косинусного фазового детектора к сумме модулей напряжений косинусного и синусного фазовых детекторов с последующим преобразованием полученных результатов в блоке ПЗУ в код, пропорциональный разности фаз входных сигналов. Такой принцип измерения разности фаз обладает свойством эффективно подавлять амплитудные флуктуации входных информационных сигналов , фильтровать высокочастотные составляющие с четными гармониками, а также и с нечетными гармониками, если они содержатся только в одном из входных сигналов. Фазометр обладает большим быстродействием получения мгновенных значений сдвига фаз, позволяет отслеживать фазовые флуктуации в пределах 2, способен производить измерения в широком диапазоне входных сигналов. 2 ил. Выход О СП N5 Ю Ј

.Ы11Ј«5Н.1 1 ЈНЈ1Ј

+ 14&i IJucT - T-coslf j + j-Jn-sin -yjI-siiKp I

В четырех областях ПЗУ записаны таблицы либо обратной функции Lf(B) arcB, либо обратной функции ({К 1/8) агс(1/В), где arc - обозначение об- ратной функции

На входы ПЗУ поступает информация с выходов компараторов 7 и 8, выполВ.

(3)

няющих соответственно операции сравнения , U(.

Когда неравенство выполняется, на выходе компаратора уровень логического нуля. Пара полученных сигналов определяет четверть, в которой находится сдвиг фаз, и тем самым определяет

область ПЗУ, где записана таблица с соответствующей обратной функцией. Поэтому на выходе ПЗУ образуется код, пропорциональный разности фаз между входными сигналами.

При U « U 2 или U, характеристики фазовых детекторов 3 и 4 имеют соответственно косинусную и синусную формы. На фиг.2 пунктиром показаны графики функций |созЦ | и { coslpl + |sintp{. В этом случае на информационных выходах АЦП образуется код, пропорциональный выражению

.. 1, в,.

Гй 7Г;Тиф7Л jcosipf+isinifY

(4)

В ПЗУ записаны таблицы, определяющие обратные функции: arc B$ и arc (1/Bj). В общем случае в ПЗУ записывается такая функция, чтобы код на выходе ПЗУ был пропорционален сдвигу фаз между входными сигналами, В известном устройстве коммутация входных сигналов АЦП вызывает переходные процессы, которые могут происходить и во время работы АЦП, что снижает точность преобразования сигналов АЦП и тем самым снижает точность измерений фазометром. В данном устройстве коммутации входных сигналов АЦП нет, что повышает точность измерений. По команде Запуск производится стробирование компараторов и запуск АЦП и тем самым синхронизируется обновление информации на выходах указанных блоков На адресных входах ПЗУ будут сопрягаться коды, поступающие от компараторов 7 и 8 и АЦП 10, соответствующие одному и тому же моменту измерения сдвига фаз. По сигналу Готовность данных АЦП 10, задержанному элементом 12 задержки на достаточное время, чтобы на входе данных блока 13 регистровой памяти установилась достоверная информация, результаты измерения записываются в блок 13 регистровой памяти. Таким образом устраняется неоднозначность между результатами измерения и сдвигом фаз входных сигналов, что также повышает точность измерений.

Для получения высокой точности измерений сумматор выполняется на основе высококачественных операционшлх усилителей с большим коэффициентом усиления и высокоточных резисторов.

,

я

.

10

15

20

25

30

35

45

50

5 (

Формула изобретения

Цифровой фазометр, содержащий два усилителя-ограничителя, входы которых являются входами цифрового фазометра, а выходы соединены с входами косинусного и синусного фазовых детекторов, аналого-цифровой преобразователь, информационными выходами соединенный с соответствующими младшими адресными входами постоянного запоминающего устройства,выходами соединенного с соответствующими входами данных блока регистровой памяти, о т- л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены два компаратора со стробирую- щими входами, два блока выделения модуля,сумматор, элемент задержки, при этом выход косинусного фазового детектора соединен с входом первого блока выделения модуля и первым входом первого компаратора со стробирую- щим входом, выход синусного фазового детектора соединен с входом второго блока выделения модуля и первым входом второго компаратора со стробирую- щим входом, вторые входы которых соединены с общей шиной, а их стробиру- ющие входы объединены и соединены с шиной Запуск и входом Запуск ана- лого-цифрового преобразователя, выход первого блока выделения модуля соединен с сигнальным входом аналого- 40 цифрового преобразователя и первым входом сумматора, выходом соединенного с опорным входом аналого-цифрового преобразователя, второй вход сумматора соединен с выходом второго блока выделения модуля, выходы первого и второго компараторов со стробирующими входами соединены с соответствующими адресными входами постоянного запоминающего устройства, выход Готовность данных аналого-цифрового преобразователя соединен с входом элемента задержки, выход которого соединен с входом записи данных блока регистровой памяти, выходы которого являются выходами цифрового фазометра.

55

Фиг. 2