Цифровой фазометр Советский патент 1991 года по МПК G01R25/00 

СО

С

Изобретение может быть использовано в измерительной технике, в частности, для измерения сдвига фаз в условиях мощных импульсных воздействий Цель - повышение точности измерения Цифровой фазометр содержит генератор 1 импульсов, преобразователь 2 фазовый сдвиг-код, преобразователь период-код, делитель 4 частоты, анализатор 5 распределения, блок 6 деления на константу, формирователь 7 управляющих сигналов, логический блок 8, трехканальный мультиплексор 9, вычитате- ли 10, 11 и 12, умножители 13 и 18, блок 14 деления, сумматоры 15 и 17 и блок 16 генерации Цель достигается за счет дополнительного статического анализа результатов единичных измерений в течение времени измерения по спиральному апюритму 2 ил

Изобретение относится к измерительной технике, в частности для измерения раз- ности фаз между двумя сигналами одинаковой частоты

Цель изобретения - повышение точности измерения при больших импульсных помехах.

На фиг. 1 представлена структурная схема цифрового фазометра на фиг. 2 - диаграммы, иллюстрирующие принцип работы фазометра в сравнении с известными.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения: Ра - содержимое кванта с максимальной вероятностью на выходе анализатора распределения; Ра 1, Ра+1 - вероятности в квантах анализатора распределения смежных с максимальным квантом; Pa+9c содержимое кванта, вызванного импульсной помехой; ( размер интервала (кванта) в анализаторе распределения; Cic - косинусная составляющая ДПФ преобразования в известном фазометре, Cis - синусная составляющая ДПФ преобразования известного фазометра рср - сдвиг фаз, измеренный фазометром среднего значения (с постоянным измерительным временем); mod - парабола, интерполирующая три смежных кванта анализатора распределения, максимум которой соответствует результату измерения в цифровом фазометре. Устройство содержит генератор 1 импульсов, выход которого соединен со входами преобразователя 2 фазовый сдвиг - код, преобразователя 3 период-код (ЛПК) и делителя 4 частоты, анализатор 5 распределения, входы которого соединены соответственно с выходами блока 6 деления на константу, преобразователя 2 фазовый сдвиг-код и формирователя 7 управляющих сигналов, а выходы - соответстаенно со вхоО 00 -N VJ

CJ

дами логического блока 0 и трехканольного мультиплексора 9, другим входом соединенного с выходом логическою блока 8, а входами соответственно со входами вычигателей 10, 11 и 12. Выход вычигателл

10соединен со входом умножителя 13, ито- рой вход которого соединен с выходом бпо- ка 6 деления на константу, а выход соединен со входом блока 14 долепил. Сумматор 15 входами соединен с выходами вычигателей

11и 12. Входы блока 16 индикации соединены с выходами Формирователя 7 сумматора 17. первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами блока И деления и лошческого блока 8. Вход умножителя 18 соединен с выходом сумматора 15, а выход - с другим входом Опока И деления. Второй нходумнс.т.итепя 13 соединен с выходом бчока 0 доленич на копеган- ту. Третий выход формирователя 7 соединен с другим входом логического блока 8.

Устройство работает следующим обра зом.

Импульсы высокой частоты от генератора 1 импульсов через делитель Л частоты поступают на вход Формирователя 7 управляющих сигналов, который вырабатывает управляющие импульсы, задающие время измерение анализа юру 5 распределения, синхронизирующие работу логического блока В и осуществляющие запись результата измерения в регистр памяти блока 1C индикации,

За время измерении в каждом периоде входного фазомодулировэнпо о и опорною сигналов иреобразовпте/u Фазовый сдвиг- код п диапазоне измерения сдвига фаз вы- рабагынзсг к од оР11 е к о м б и н а ц и и, пропорциональные MI мотанным значениям сдвигов фаз. Эти значения сдвига фаз поступают па информационный вход анализатора 5 распределения, который подсчитывает число попаданий полученных кодов в соот- Бегстт утощие дискретные интервалы, причем размер каждою интервала (кванта) устанавливается делением кода на выходе преобразователя 3 период-код с помощью блока G деления на константу К, означающую число каналов анализатора 5 распреде ления.

Формирова1ель 7 управляющих сигналов реализован на основе распределителя с формирователем короткого импульса дпч записи результата о регистр блока индикации.

Импульсы, поступающие на вход анализатора 5 распределения с выхода формирователя 7 управляющих сигналов, имеют

5

0

5

0

0

5

0

5

длительность TI -время накопления гистограммы в анализаторе 5 распределения;

Импульсы, посыпающие на управляющий вход логического блока 0 с выхода фор мирователя 7 управляющих сигналов, формируются поспаду импульса длительностью Г| и имеют длительность тг .стечение которой логический блок 8 выделяет адрес кванта в анализаторе 5 распределения. Трехканальный мультиплексор подключает выбранные три кванта к соответствующим вычислительным блокам комбинационного типа (длительность т 2 выбирается достаточной для выполнения указанных вычислительных операций соответствующими блоками предложенного устройства);

Импульсы длительностью Тз формируются на выходе, соединенном с блоком 16 индикации, и вырабатываются по спаду импульса Г2 для фиксации результата измерения в регистре блока 16 индикации.

Длительности импульсов л Г2 Гз выбираются в зависимости от требуемого времени измерения, времени индикации и быстродействия блоков, выполняющих указанные преобразования.

Выходные коды анализатора 5 распределения, соответствующие гистограмме распределения фу| кции плотности вероятности сдвига фаз и диапазоне измерения поступают на логический блок 8, который выбирает номер кванта (адрес) с максимальной вероятностью Ра и выдает его на адресный вход грелканального мультиплексора 9. На выхода последнего устанавливается содержимое максимальною кванта Ра и смежных с ним Ра-1 и Ра 1.

Вычитатель 10 формирует разность между двумя крайними квантами (Рэ-н - Pa-i), вычитатели 11 и 12 формируют разности между центральным квантом и крайними (Ра - Pa i) и (Ра - Ран) соответственно. Последние суммируются в первом сумматоре 15, после чего сумма удваивается умножителем 18 и поступает в качестве делителя на вход блока 14 деления.

Разность с выхода вычитателя 10 умножается в умножителе 13 на размер кванта 5. поступающий с выхода блока 6 деления на константу и передается в качестве делимого на вход блока 14 деления. Выходной код последнего суммируется во втором сумматоре 17 с номером кванта (адреса), поступающего с логического блока 8. и передается на информационный вход блока 16 индикации.

Таким образом, на выходе сумматора 17 Формируется более точное значение измеряемого сдвига фаз в соответствии с алгоритмом, описываемое следующим выражением

mod

,б(Ра 4-1 -Ра-)

8 2 (Ра -Ра-1 ) + ( Ра - Р а + ГР

(D

где а - адрес (номер) кванта анализатора распределения, соответствующий максимальному значению вероятности попала- ния Ра;

Ра-1, Ра+1 - соседние адреса квантов анализатора распределения смежные с модельным Ра;

б 360°/К - размер кванта анализато- ра распределения,

К - число квантов анализатора распределения, на которое делится диапазон измерения сдвига фаз.

Пусть при нулевом сдвиге фаз сигналов в результате наложения на полезный сигнал флуктуационных и импульсных помех содержимое на выходах анализатора распределения после 3600 преобразований фазовый сдвиг-код за время измерения при- няли следующие значения (фиг. 2) 1200 при I 0 1100 при I - 1

Pi -/1100 при I -350

| 200 при i 90(2)

0 при остальных I.

В этом случае результат измерения серийно выпускаемого фазометра Ф2-28, измеряющего среднее значение составляет

9

./

ре 2, pi / L р :

1200 0 + 1100 1 4- 1100 359

200 90

115

1200 + 1100 + 1100 + 200 J (3)

Погрешность известного устройства определим через квадратурные составляющие согласно алгоритму его работы:

. k - 1т

Z PI sin ( 3,3° (4)

Ь j 0 /

Погрешность предлагаемого устройства можно определить, исходя из условия, что выражение(2) на выходе трехканального мультиплексора будет иметь вид:

Ра 1200

Ра + 1 1100 Iприа 0 (5)

Ра-1 1100J

Тогда согласно (1), учитывая, что ( О ( Ра + 1 Р а - 1 )

mod a +

2 ( Ра - Р а - 1) +Тра Р а + 1 )

о +

1 /1100

10

15

20 5

30

5

0

5

0

5

- 11001

- 1100

1W1

- о

(6)

Сравнивая резуль гаты (3) (Л) и (6) можно сделать вывод о существенном преимуще стве предложенного цифрового фазометра в указанных условиях

Цифровой фазометр имеет повышенную точность при больших флуктуациях фая сигналов и импульсных помехах

Реализация этого устройства расширяет сферу возможного применения цифрового фазометра, особенно в услориях мощных импульсных помех, что обеспечивает его экономическую эффективность

Предложенный цифровой фазометр реализован в фззоизмерительной системе HP основе микроЭВМ, используемой для измерения сдвигов фаз сейсмических сигналов Эта фазоизмерительная система сохраняет работоспособность в условиях резких флуктуации фазы сигнала, при которых наиболее распространенный современный цифровой фазометр, реализованный с постоянным из мерительным временем Ф2-28, уже не работоспособен, а известное устройство имеет существенную погрешность

Формула изобретения

Цифровой фазометр содержащий преобразователь фазовый сдвиг-код первый информационный вход которого подключен к источнику фазомодулированного сигнала второй информационный вход подключен к источнику опорного сигнала, тактовый его подключен к выходу генератора импульсов, последний через делитель частоты подключен к входу формирователя управляющих сигналов, выход преобразователя фазовый сдвиг-код подключен к первому входу анализатора рапределения. второй последнего подключен к первому выходу формирователя управляющих сигнапов гро- тий вход анализатора распределения через блок деления на константу и преобразователь период-код подключен к источнику опорного сигнала, второй вход преобразователя период-код подключен к выходу генератора импульсов, второй выход формирователя управляющих сигналов подключен к управляющему входу блока индикации, отличающийся тем ч го с целью повышения точности измерения при больших импульсных помехах, в него введены логический блок, трехканальный мультиплексор, три вычитателя, два сумматора, два умножителя и блок деления, причем к выходам анализатора распределения подключены информационные входы трехканального мультиплексора и логического блока, управляющий вход поспеднего подключей к третьему выходу формирователи управляющих сигналов, выход логического блока подключен к. адресному входу трехка- нального мультиплексора, первый выход последнего подключен к отрицательным входам первого и второго вычитателей. ото- рой выход - к положительным входам второго и третьего вычитатепей, третий выход трехканального мультиплексора подключен к положительному входу первого и отрицательному входу третьего вычитателей, выходы второго и третьего вычитателей через

Р„()

,Pc,«(PrW},

1C

Pa.«,(- P00

./Г 5

(j.n) о i

0

первый сумматор и агорой умножитель подключены к первому входу блока деления, (порой вход которого через первый умножи- юль подключен к выходу первою вычитаю- ля, а другой вход первою умножителя подключен к выходу Опока деления на константу, выход блока деления через второй сумматор подключен к информационному входу блока индикации, а друюй вход второго сумматора подключен к выходу логического блока.

Фиг. 7

Pa-f (f J5y-- M)

V. (