Фазометр Советский патент 1993 года по МПК G01R25/00 

ел

с

Использование: изобретение относится к измерению электрических величин и может быть использовано для измерения разности фаз двух высокочастотных и сверхвысокочастотных колебаний. Цель изобретения -повышениеточности измере

00

4 О CJ Ч

ния и быстродействия фазометра. Сущность изобретения: фазометр содержит два коммутатора (1), фазорасщепитель (2), четыре сумматора (3) и детектора (4), аналого-циф- ровой преобразователь (5), четыре умножителя (6), блоки опорных коэффициентов (7), нормировки (8), формирователя оценки (9), определения конца вычисления (10), калибровки (11Д,. обнаружения сигнала (12), определения констант (13) и управления .(14). 1-2-3-4-5-6-8-9-10-14, 14-10, 14- 13, 14-9, 14-7-6, 14-11, 14-1, 4-12-14, 11-1, 14-1. При поступлении на входы фазометра через коммутаторы 1 двух колебаний с помощью фазорасщепителя происходит их разделение, получение фазовых сдвигов на 90°, суммирование, детектирование и преобразование проИзобретение относится к измерению электрических величин и предназначено для измерения разности фаз двух высокочастотных и сверхвысокочастотных колебаний.

Цель изобретения - повышение точности измерения и одновременно быстродействия фазометра.

Поставленная цель достигается введением в фазометр двух коммутаторов, установленных на его входах, ана- лого-цифрового преобразователя, четырех умножителей, блока определения коэффициентов, блока нормировки, формирователя оценки, блока о.пределения конца вычисления, блока калибровки, блоков обнаружения сигнала,управления и определения констант.

Отличие предлагаемого фазометра от известного заключается в принципиально другой обработке низкочастотных огибающих на выходах квадратичных детекторов, что обусловило ненужность обоих измерителей отношения напряжения и блока пре- образования кодов, а потребовало введения вышеуказанных блоков с соответствующими связями между ними.

Указанное отличие в способах обработки колебаний на выходах реальных детекторов обеспечивает достижение положительного эффекта - повышение точности измерения разности фаз двумя сигналами в реальных условиях эксплуатации и одновременно повышение быстродействия фазометра.

Проведенный анализ известных технических решений показал, что они не. имеют

детектированных колебаний в цифровой код. Цифровая часть фазометра осуществляет определение величины фазового сдвига между входными колебаниями с учетом разброса параметров диодов и их флуктуации из-за температур и естественного старения путем использования адаптивного алгоритма минимизации среднеквадратической ошибки. Для реализации алгоритма предусмотрены этап калибровки фазометра по замене диодов, позволяющий определить коэффициенты восстановления, приближающие реальные низкочастотные напряжения огибающих на выходе детекторов к идеальным и аналогичный этап при включении фазометра, который учитывает текущие изменения параметров диодов. 4 з.п.ф-лы, 4 ил.

сходных признаков, отличающих заявляемое решение от прототипа. Следовательно, заявляемое устройство обладает существенными отличиями.

На фиг.1 приведена структурная схема фазометра; на фиг.2 - структурная схема цифровой части устройства; на фиг.З - вид идеальных и реальных низкочастотных огибающих напряжения на выходах квадратичных детекторов; на фиг.4 - обобщенная блок-схема устройства, поясняющая его принцип действия.

Фазометр (фиг.1 и 2) содержит два коммутатора 1, установленные соответственно

на входах устройства, фазорасщепителя 2 на восемь выходов, четыре сумматора 3, входы которых соединены с соответствующими выходами фазорасщепителя 2, четыре квадратичных детектора 4, входы которых

соединены соответственно с выходами сумматоров 3, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 5, первые четыре входа которого соединены с выходами квадратичных детекторов 4, четыре умножителя 6,

первые входы которых соединены с соответствующими выходами аналого-цифрового преобразователя 5, блок опорных коэффициентов 7, четыре выхода которого соединены соответственно с вторыми входами

умножителей 6, блок нормировки 8, четыре входа которого соединены с соответствующими выходами умножителей 6, формирователь оценки 9, первыедва входа которого соединены с пятым и шестым выходами блока нормировки 8, блок определения конца вычислений 10, первый вход которого соединен с выходом формирователя оценки 9.

блок калибровки 11, два выхода которого соединены с вторыми входами коммутаторов 1, блок обнаружения сигнала 12, четыре входа которого соединены соответственное выходами квадратичных детекторов 4, блок определения констант 13, первые два входа которого соединены соответственно с третьим и четвертым выходами блока нормировки 8, а его четыре выхода соединены соответственно с третьим, четвертым, пятым и шестым входами формирования оценки 9, блок управления 14, первые два входа которого соединены соответственно с первыми двумя выходами блока нормировки 8, третий вход - с первым выходом блока определения конца вычислений 10, а четвертый вход-с выходом блока обнаружения 12, второй выход блока определения конца вычислений 10 соединен с входом блока опорных коэффициентов 7, а его третий выход является выходом фазометра. Первые три выхода блока управления 14 соединены соответственно с третьим, четвертым и пятым входами блока определения констант, а четвертый выход блока управления - с входом блока калибровки 11. Первый синхровыход блока управления 14 соединен с синхровы- ходами коммутаторов 1, второй синхровыход - с синхровходом аналого-цифрового преобразователя 5, третий - с синхровхода- ми блока опорных коэффициентов 7, формирователя оценки 9, блока определения констант 13 и первым синхровходом блока определения конца вычисления 10, а четвертый синхровход соединен с вторым син- хровходом блока определения конца вычисления 10.

Блок нормировки 8 (фиг.2) выполнен на двух сумматорах 15, двух вычитателях 16 и двух делителях 17. Причем входы первых сумматора и. вычислителя соединены с выходами первых двух умножителей 6, а входы второй пары сумматор - вычислитель - с выходами третьего и четвертого умножителей 6. Выходы обоих сумматоров 15 соединены с первыми входами делителей 17. Вторые входы делителей 17 соединены с выходами вычитателей 16. Одновременно эти же выходы вычитателей 16 соединены с первыми двумя входами блока управления. Выходы знаковых разрядов вычитателей 16 соединены с первыми двумя входами блока определения констант 13. Выходы делителей 17 соединены с входами формирователя 9, представляющего собой вычитающее устройство.

Блок определения конца вычислений 10 (фиг.2) содержит сдвиговый регистр 18, вход которого соединен с выходом формирователя оценки 9, а синхровход - с третьим синхровходом блока управления 14, схему И 19 (в дальнейшем схемы И для кратности называются вентилями), первый вход которой соединен с выходом регистра 18, а выход

5 является выходом фазометра, вычитатель 20, первый вход которого соединен с выходом вычитающего устройства 9, а второй вход - с выходом сдвигового регистра 18, компаратор 21, вход которого соединен с

10 выходом вычитателя 20, инвентор 22, оба входа которого соединены с выходом компаратора 21, а выход соединен с вторым входом вентиля 19 и первым входом блока 10, вентиль 23, первый вход которого соеди5 нен с выходом формирователя 9, а второй вход - с выходом компаратора 21, вентиль

Блок калибровки 11 выполнен (фиг.2) из последовательно соединенных генератора

5 27 являются выходами блока калибровки 11, а вход управления фазовращателя 27 - входом блока.

Блок обнаружения сигнала 12 содержит (фиг.2) четыре компаратора 28, соединен0 ных с выходами квадратичных детекторов 4 (см.фиг. 1), выходы первых двух компараторов 28 соединены с входами первой схемы ИЛИ 29, а выходы третьего и четвертого компараторов - с входами второй схемы

5 ИЛИ.

Выходы обоих схем 29 соединены с соответствующими входами вентиля 30, выход которого является выходом блока обнаружения 12.

0Блок определения констант 13 (фиг.2) состоит из каскаднр соединенных оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 31, вычислительного устройства 32 и мультиплексора 33, причем первые два входа блока

5 13 являются входами ОЗУ 31, третий вход - вторым входом вычислительного устройства 32, а выходы мультиплексора 33 - выходами блока определения констант. Третий синхровыход блока управления 14 соединен с

0 синхровходом мультиплексора 33.

Блок управления 4 содержит (фиг.2) вен- тиль 34, счетчик 35, вход которого соединен с выходом вентиля 34 и вторым синхровы- ходом блока, первый выход является четвер5 тым выходом блока управления, а второй выход - вторым выходом блока управления, вентиль 36, первый вход которого соединен с четвертым входом блока управления, вен-. тиль 37, первый вход которого соединен с

выходом вентиля 36 и третьим смнхроводом

блока управления, схему ИЛИ 38, первый вход которой соединен с выходом вентиля 37 и вторым синхроводом блока управления, а второй вход - с третьим входом блока управления, триггер 39, вход которого сое- динен с выходом схемы 38| а выход - с вторым входом вентиля 37, схему ИЛИ 40, первый вход которой соединен с цепью сигнала переноса счетчика 35, триггер 41, вход которого соединен с выходом схемы 40, а первый выход - с вторым входом вентиля 34, компараторы 42 и 43, входы которых соединены соответственно с первыми двумя входами блока управления, схему ИЛИ 44, входы которой соединены с выходами компараторов 42 и 43, счетчик 45, вход которого соединен с выходом схемы 44, цепь сигнала переноса соединена со схемой ИЛИ 40 и цепью сигнала переноса счетчика 35, а его выход является первым выходом блока управления, вентиль 46, первый вход которого соединен с вторым выходом триггера 41, счетчик47, вход которого соединен с выходом вентиля 46, выход является третьим выходом блока управления, а его цепь сигнала перено- са соединена с вторым входом схемы ИЛ И 40, триггер 48,вход которого соединен с цепью сигнала переноса счетчика 47, первый выход является первым синхровыходом блока управления, а второй выход - четвертым синх- ровыходом блока, сдвоенный вентиль 49, совмещенный со схемой ИЛИ, первый и третий входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами триггера 48, а его выход соединен с первым входом венти- ля 34 и вторыми входами вентилей 36 и 46, тактовый генератор 50, два выхода которого соответственно соединены с вторым и четвертым входами вентиля 49.

. Устройство работает следующим обра- зом.

На входы фазорасщепителя 2 через (фиг.1) коммутаторы 1 поступают два высокочастотных колебания, разность фаз которыми необходимо определить. Эти колебания в зависимости от режима работы фазометра могут поступать от внутреннего генератора, установленного в блоке калибровки 11, или от внешнего источника. Фазо- рзсщепитель 2 как и в прототипе формирует 4 пары колебаний: синфазную, противофазную, отличную на 90°. отличную на -90°. Эти пары колебаний складываются на сумматорах 3 и подаются на квадратичные детекторы 4, на выходах которых выделяется напряжение низкочастотных огибающих (фиг.З). Причем реальные низкочастотные огибающие напряжения (фиг.З,б) существенно отличаются от идеальных (фиг.З,а). Это отличие обусловлено, во-первых неидентичностью путей прохождения колебаний до диодов и их вольт-амперных характеристик и, во-вторых, флуктуациями этих характеристик из-за температуры и естественного старения. Искажения фазовых характеристик низкочастотных огибающих можно существенно снизить, если учесть априорную информацию о реальных характеристиках диодов. В случаях, когда ошибки измерения, обусловленные искажениями фазовых характеристик, больше ошибок измерения, обусловленных шумом, устранение первых может существенно улучшить точность измерения и приблизить ее к потенциально возможной. Для чего дальнейшую обработку огибающих напряжений на выходах детекторов 4 для реальных условий эксплуатации фазометра целесообразно вести с помощью адаптированного алгоритма минимизации среднеквадратичной ошибки (МСКО). Суть алгоритма применительно к рассматриваемому классу фазометров заключается в том, что он восстанавливает искаженные фазовые характеристики (фиг.З,б) до уровней боковых к идеальным (фиг.3,6). Обобщенная структурная схема устройства, реализующего адаптивный алгоритм МСКО, содержит (фиг.4) умножитель, на один из входов которого подаются сигналы Хь..Х4 с выходов детекторов, устройство нормирования, устройство F (Xn; Wkn), определяющие текущую оценку разности фаз (Д$ч) по восстановленным нормированным значениям напряжений с выходов четырех детекторов, устройство (Д$ + i), определяющее значения четырех коэффициентов восстановления, по текущей разности фаз A$k, элемент единичной задержки и устройство вычитания, управляющее двумя ключами.

Принцип действия алгоритма МСКО заключается в итерационной процедуре подстройки весовых коэффициентов восстановления (W) до значений Worn, при которых на выходе схемы вычитания образуется нулевой уровень, то есть

Д + 1 - Apk F(Xn: Wkn)- -F(Xn;Wk + i)«0,(1)

A A A Л

где Д у +1 - текущие оценки разности фаз на k и k + 1 шаге итерации.

Так как текущую оценку можно представить в виде

Д Д $о + (5 ipk , где Дуъ - оптимальная оценка, а - текущая ошибка измерения, то уравнение (1) можно переписать в виде:

+1 ; F Afb+Ayn-M ) ()0,(2)

а предел этого выражения

Km (Afk + 1 )0

.

или lim Acpk lim ( + 5 k )

K- oo

F(Xn; WonT)(3)

To есть текущая оценка разности фаз сходится к оптимальной, а точность определения фазового сдвига близка к потенциальной.

Итерационная процедура алгоритма МСКО согласно выражения (1) реализуется следующим образом (фиг. 1, 4).

Колебания с выходов детекторов А (идет1 4 или Xt-X-O через аналого-щифровой преобразователь 5 поступает на первые входы умножителей 6. На вторые входы умножителей 6 с блока опорных коэффициентов 7 поступают весовые коэффициенты W восстановления. На выходах умножителей 6 образуются четыре восстановленных напряжения, которые поступают на блок (устройство) нормировки 8. С выхода устройства нормировки пронормированные восстановленные напряжения поступают на устройство F {Xn; Wkn) (формирователь оценки 9), определяющее текущую оценку разности. Если предыдущее значение оценки разности фаз не равно А$, то значение Atpk через открытый ключ Кл.1 (фиг.4) поступает на устройство ( + 1) (ПЗУ 7), определяющее значение коэффициентов восстановления Wk по текущей оценке А. Эта итерационная процедура продолжается до тех пор, пока значение оценки разности фаз А с точностью, задаваемой пороговым уровнем, будет равно значению предыдущей оценки A(pk-i. Тогда на выходе устройства вычитания (фиг.4) образуется нулевой уровень, который закрывает ключ Кл.1 и открывает ключ Кл.2, (Ключи, устройство вычитания и элемент единичной задержки находится в блоке определения конца вычисления 10 (фиг.1, 2)). При этом значение оценки разности фаз на выходе ключа Кл.1 является оптимальной оценкой по критерию МСКО и это значение поступает на выход фазометра.

Как следует из вышеизложенного, для реализации итерационного алгоритма необходимо иметь значения коэффициентов восстановления. Эти коэффициенты определяются на этапе отладки фазометра в заводских условиях или при замене вышедших из строя диодов в процессе эксплуатации. Дискретность определения значений коэффициентов восстановления должна соответствовать потенциальной точности измерения фазы при заданном соотношении сигнал/шум, т.е. чем больше дискретизация, тем больше точность измерения предлагаемого фазометра. Для этого от специального генератора с прецезионным фа- зовращателем на вход фазометра подаются по фазе сигналы, например, с дискретностью в (2-3)°, начиная с нуля. На выходах детекторов 4 фиксируются соответствующие амплитуды напряжений для каждого дискрета Одет; ( ) : 0 1-4). В процессе измерения определяются также 5 пересечений фазовых сдвигов , , , и (в дальнейшем для упрощения записи )5 см.фиг.З). Затем для каждого фазового дискрета в ПЗУ 7 заносятся четыре коэффициента восстановления, которые определяются по формулам:

: х

X

и.

детмакс

Uflerj ( А рист ) Wj А

- детмакс

(4)

1 - sin Дуз v 2Х

X

Uдет ( A VicTi )

(5)

0

5

0

5

где A(fi (Д/ ист-| р)180

(6)

- значения сдвига фазы в различных секторах, которые зависят от реальных значений пересечений (рь

Ццетмакс наибольшая амплитуда напряжений на выходах детекторов;

и . - фазы пересечений, соответствующие началу и конце диапазона определения коэффициентов восстановления.

Здесь и далее границами секторов являются следующие значения фаз пересечений:

первого сектора - , (pi , второго - . рз , третьего - (ръ , р$ , четвертого - РА , ръ , и границами диапазонов р и рк значения пересечений, в интервале между которыми происходит определение коэффициентов восстановления.

Особенности коэффициентов восстановления в различных секторах фазового пространства по соотношениям (4), (5) и (6) видны из табл.1.

Однако, полученные по формулам (4), (5) и (6) значения коэффициентов восстановления не учитывают процессы старения диодов и изменения теплового режима работы фазометра.

Поэтому перед началом измерений в предлагаемом фазометре происходит уточнение меняющихся значений фаз перекрестий с помощью калибровочного генератора 24 и фазовращателя 26 (фиг.2) и на основе этих уточнений - в блоке определе- ния констант 13 ряда постоянных величин для каждого из рассмотренных выше секторов.

Соотношения для определения этих величин сведены в табл.2.

Здесь учитывает сдвиг реальных косинусных и синусных характеристик, поскольку они имеют разный масштаб. После определения данных констант и занесения их в оперативное запоминающее устройст- во 31 (фиг.2) фазометр готов к измерению фазовых сдвигов сигналов, поступающих на его входы, с помощью алгоритмов МСКО. Причем определение значения производится по формуле

Д$ рн + Ki arctg Q c°Ss|n д , (7)

С где QK sin(K2arcslnSK)

если 0 ,

Ок.

п | Ск|

UK sin ( K2 arcsin Ск ) если 0 ,

Ок

Ск

Цвд1к Цвд2к

УвдЧк - ивд2к

SK

- ЦвдЗк Цвд4к

УвдЗк + 1)Вд4к

где UB,ojk восстановленное значение напряжения на выходе j детектора при К шаге интеграции.

Рассмотрим более подробно работу цифровой части фазометра (фиг.2) с точки зрения синхронизации и последовательности проведения операций и реализации алгоритма МСКО. При подаче питающих

5

10 15 20

25 30

напряжений начинает работать тактовый генератор 50 блока управления 14, счетчики 36, обнулены, а на выходах Q триггера 41 и Q триггера 48 соответственно формируются логические единицы. Начинается первый этап работы фазометра - этап калибровки, необходимый для учета длительных флуктуации характеристик устройства, т.е. для определения изменившихся значений фаз перекрытий, его реальных характеристик. Для этого с триггера 48 управляющие сигналы Q 1 и Q 0 поступают на входы сдвоенного вентиля 49 (коммутато- тактовых частот FT и fT). Одновременно Q 1 поступает на коммутатор входных сигналов 1 (фиг.1), благодаря чему на фазовра- щатель 2 подаются два сдвинутых по фазе фазовращателем 27 сигнала с калибровочного генератора 25 блоки калибровки 11. Дискретное изменение разности фаз А на выходах фазовращателя 27 осуществляется с помощью счетчика 35, синхронизируемого тактовыми импульсами с частотой FT, проходящими через открытые вентили 49 и 34. Сигналы, прошедшие фазорасщепитель 2, сумматоры 3 и детекторы 4 и соответственно пропор35

40

45

50

§§

циональные

1 +sln Адо 2

1 +COS Affk 1 - COS A«pk

2 2

1 - sin ---2-- поступают

на входы АЦП 5 и одновременно на входы четырех компараторов 28 блока обнаружения сигнала 12. Поскольку выходы компараторов 28 с противофазными сигналами на их входе объединены схемами ИЛИ 29, то на выходе схемы И 30 при наличии сигналов на выходах детекторов 4 образуется единичный уровень, который открывает вентиль 36 блока управления.14. При этом первый тактовый импульс с тактового генератора 50 через открытую часть сдвоенного вентиля 49, открытый вентиль 36 и открытый в исходном состоянии вентиль 37 поступает на управляющий вход АЦП 5 и триггер 39 блока управления 14. Триггера 39 переключается и закрывает вентиль 37. По управляющему сигналу АЦП 5 производит цикл преобразования напряжений, поступающих с детекторов 4 в цифровые ходы, которые поступают на первые входы соответствующих умножителей с нулевых ячеек запоминающего уст- ройства (ПЗУ) блока опорных коэффициентов 7 по управляющему импульсу, поступающему с выхода вентиля 36, подаются коды, соответствующие единице.

Этот процесс повторяется с частотой FT для каждого фазового сдвига, определяемого дискретностью фазовращателя 27. При

этом на вторые входы умножителей 6 с ПЗУ 7 все время поступают коды единиц, поскольку с блока определения конца вычисления 10 с каждым тактовым импульсом поступает код адреса нулевой ячейки, в ко- торой записаны единицы, Последнее достигается тем, что вентиль 24 блока 10 на время калибровки закрыт нулевым потенциалом, поступающим со второго выхода триггера 48. Выходы умножителей 6 противофазных каналов подключены попарно к входам соответствующих сумматоров 15 и вычитате- лей 16, которые являются входами блока нормировки 8.

При достижении разности фаз входных сигналов значений, соответствующих пересечениям противофазных характеристик из- мерительных каналов, на выходах соответствующих вычитателей образуются нулевые уровни. Вследствие этого на выхо- де соответствующего компаратора 42 или 43 образуется перепад 1-0, который через схему ИЛИ 44 поступает на счетный вход счетчикэ45 блока управления 14. Счетчик45 является счетчиком адреса оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 31 блока определения констант. При поступлении первого импульса на вход счетчика 45 изменится его выходной код и по этому адресу в ОЗУ 31 записывается код фазы пересече- ния, поступающий со счетчика 35 блока управления 14. Коэффициент пересчета счетчика 45 равен 5, т.е. количеству пересечений противофазных характеристик измерительных каналов в диапазоне измерения (см.фиг.3). При зафиксировании в ОЗУ 31 кодов фазы пяти пересечений во всех разрядах счетчика 45 окажутся единицы. С поступлением очередного импульса с выхода схемы ИЛИ 44 этот счетчик обнуляется, вследствие чего сигнал переноса со счетчика 45 обнуляет счетчик 35 и поступает через схему ИЛИ 40 на вход триггера 41, Триггер 41 переключается и закрывается вентиль34 для прохождения тактовых импульсов на вход счетчика 47.

С этого момента заканчивается этап калибровки и начинается второй этап - этап определения констант ki, k2, Д и р фазовых характеристик измерительных каналов, вы- ражения для которых приведены в табл.2 (РН - в табл.1). Для определения констант используются коды фаз пересечений реаль- ных фазовых характеристик, записанные в ОЗУ 31 блока 13 на соответствующих адре- сах. Определение постоянных осуществляется в вычислительном устройстве 32 блока определения констант 13, которое может быть выполнено, например, на ЗУ табличного типа. Вычислительное устройство 32 управляется счетчиком 47 блока 14. Оно имеет четыре группы выходов, соответствующих четырем секторам. Каждая группа выходов состоит из четырех выходов, соответствующих четырем константам, При приходе первого тактового импульса через открытый вентиль 46 изменяется выходной код счетчика 47 и происходит вычисление четырех констант, соответствующих первому сектору. Коды этих констант засылаются на первые четыре выхода вычислительного устройства 32 блока 13. При определении констант всех четырех секторов очередной тактовый импульс вызывает обнуление счетчика 47, а его сигнал переноса через схему ИЛИ 40 поступает на вход триггера 41, переключая его. Триггер 41 открывает вентиль 34 и закрывает вентиль 46 и устройство возвращается в исходное состояние. Одновременно сигнал переноса счетчика 47 переключает триггер 48, который своими выходными потенциалами переключает коммутатор 1 (фиг.1) и коммутатор-вентиль 49. В этот момент заканчивается этап определения констант и фазометр готов к определению разности фаз реальных сигналов, поступающих на его входы.

Тактовые импульсы с частотой повторения тт поступает на вход вентиля 36 через открытый вентиль 49. Если на вход фазометр поступают сигналы, то с выхода схемы И 30 подается сигнал, открывающий вентиль 36. При этом первый импульс тактовой частоты через открытый в исходном состоянии вентиль 37 поступает на управляющий вход АЦП 5. По этому импульсу в АЦП 5 происходит преобразование напряжений, снимаемых с детекторов 4, в соответствующие им цифровые коды, которые поступают на первые входы умножителей б. На вторые входы умножителей 6 с блока опорных коэффициентов 7 (ПЗУ) по управляющему тактовому импульсу, прошедшему вентиль 36, поступают коды коэффициентов восстановления, соответствующих нулевому адресу, т.е. коды единиц, поскольку отсутствие управляющего сигнала с адресом ячейки на выходе вентиля 24 блока 10 автоматически соответствует первому адресу ПЗУ 7.

Коды восстановленных значений напря- . жений с выходов умножителей 6 противофазных измерительных каналов подключены попарно к входам соответствующих сумматоров 15 и вычислителей 16 блока нормировки 8. На выходах соответствующих вычитателей 16 образуются коды

раЗНОСТИ ивд1к-1)вд2к И ивдЗк-ивд4к (СМ. ВЫражение (9)), а на выходы сумматоров 15 - коды сумм этих же восстановленных напряжений. Эти коды поступают на входы соответствующих делителей 17, на выходах которых будут иметь место коды коэффициентов Ск и 5к выражения (9), поступающие в дальнейшем на вычислительное устройство 9 (формирователь оценки). Выходы знаковых разрядов вычитателей 16 подключены к соответствующим адресным входам мультиплексора 33 блока определения констант 13. При этом код 00, поступающий на мультиплексор 33, соответствует первому сектору измерения (pi - р2), 01 - второму (f% , 10 - третьему (рз - рз), 11 - четвертому сектору измерения .(рз - ). В соответствии с этим кодом с выхода мультиплексора 33 по управляющему тактовому импульсу на формирователь оценки 9 подаются коды четырех констант (ki, кг, ).

По управляющему тактовому импульсу с вентиля 36 блока управления 14 в формирователе оценки 9 происходит вычисление первой оценки разности фаз принимаемых сигналов () с помощью формулы 7. С выхода вычислительного устройства 9 код, соответствующий первой оценке разности фаз , поступает на вход блока определений констант вычислений 10, к которому подключены первые входы регистра 18, вы- читателя 20 и вентиля 23. На второй-вход вычитателя 20 блока 10 по управляющему тактовому импульсу, поступающему на сдвиговый регистр 18, с выхода регистра 18 поступает код предыдущей оценки разности фаз, т.е. код нуля. Поэтому сигнал с выхода вычитателя 20, равный разности Ду)к - Лун - 1 (не равный нулю), поступает на вход компаратора 21, с выхода которого единичный уровень поступает на вход инвертора 22 и на управляющий (второй) вход вентиля 23. Код, соответствующий первой оценке разности фаз, с входа блока 10 через открытые вентили 23 и 24 поступает на адресный вход ПЗУ 7. С выхода ПЗУ 7 в соответствии с новым адресом на умножителе 6 поступают коды коэффициентов восстановления.

При приходе очередного тактового импульса с частотой fT процесс вычисления очередной оценки разности фаз Ду + 1 повторяется. Этот процесс повторяется до тех пор, пока разность между текущим и предыдущим значениями оценки разности фаз будет меньше определенного значения, зависящего от точности и времени измерения (т.е.количества итерации). В этом случае на выходе компаратора 21 образуется нулевой уровень, который закрывает вентиль 23 и тем самым прекращает итерационную процедуру. Одновременно единичный уровень с выхода инвертора 22 поступает на управляющий вход выходного вентиля 19 и через схему ИЛИ 38 блока управления 14 - на вход

триггера 39, который переключается, При этом с выхода сдвигового регистра 18 через открытый вентиль 19 на выход фазометра поступает оптимальная оценка разности фаз двух сигналов, полученная методом МСКО.

Одновременно очередной тактовый импульс через открытые вентили 36 и 37 поступает на управляющий вход АЦП 5, который производит очередной цикл преобразования напряжений на выходах детекторов 4 в цифровой код.

Этот же тактовый импульс переключает триггер 39, прекращая поступление тактовых импульсов на АЦП 5. Начинается

новый итерационный цикл определения сдвига фазы но при этом коэффициенты восстановления на умножители 6 поступают с адреса ПЗУ 7, на котором закончился предыдущий цикл. Причем итерационный цикл

начинается, если полученное значение оценки разности фаз отличается от предыдущей более чем на величину, задаваемую пороговым уровнем на компараторе 21. Тогда на выходе компаратора 21 вновь образуется единичный уровень, который скрывает вентиль 23 и через инвертор 22 закрывает вентиль 19. В случае постоянного сдвига фаз между сигналами на входе фазометра на выходе компаратора будет иметь место

нулевой уровень и первая же итерация даст на выходе фазометра значение , равное оптимальному значению предыдущего итерационного цикла.

В целом использование предлагаемого

фазометра приводит к положительному эффекту, который заключается в существенном повышении точности измерения в реальных условиях функционирования при неидентичных параметрах детекторов и их

изменении в процессе эксплуатации. Одновременно осуществляется автоматизация процесса, что повышает быстродействие фазометра.

50

Формула изобретения

0 сумматора и первого вычитателя соединены с выходом первого умножителя, а их вторые входы - с выходом второго умножителя, соответственно первые входы вторых сумматора и вычитателя соединены с выходом

5 третьего умножителя, а вторые входы - с выходом четвертого умножителя, выходы сумматоров соединены соответственно с первыми входами делителей, первые выходы вычитателей соединены с вторым входа0 ми делителей и первыми двумя входами блока управления, а вторые выходы (знаковые разряды) - с первым и вторым входами блока определения констант, выходы делителя являются пятым и шестым выходами

5 блока нормировки.

0 компаратора, причем вход блока определения конца вычисления соединен с первыми входами сдвигового регистра, вычитателя и второго вентиля, второй вход сдвигового регистра соединен с первым синхровыходом

5 блока, его выход соединен с вторым входом вычитателя и первым входом первого вентиля, выход которого является выходом фазометра, а второй вход первого вентиля соединен с выходом инвертора и первым

0 выходом блока, выход вычитателя соединен с входом компаратора, выход которого соединен с обоими входами инвертора и вторым входом второго вентиля, выход второго вентиля соединен с первым входом третьего

5 вентиля, второй вход которого соединен с .вторым синхровходом блока, а выход - с вторым выходом блока.

А. Фазометр по п.1, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что блок обнаружения сигнала вы0 полнен из четырех компараторов, двух схем ИЛИ и одной И, причем входы компарато-. ров являются входами блока, соединены с соответствующими выходами квадратичных детекторов, выходы первого и второго ком5 параторов соединены соответственно с входами первой схемы ИЛИ, входы третьего и четвертого- с входами второй схемы, выходы схем ИЛИ соединены с соответствующими входами вентиля, выход которого является выходом блока.

Т а 6 л и ц а 1

Таблица

J

о

,XhXz. Xj;....t.n.

КЛг

Ш

i

/Л

Л