Цифровой фазометр Советский патент 1979 года по МПК G01R25/08 

(54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР

Изобретение относится к фазоиэмерительяой технике и может быть испол зовано при разработке цифровых фазо;метров для широкого диапазона частот в том числе для инфранизкочастотяого диапазбна. Известньа фазометры, содержащиезапоминающее устройство, кольцевые регистры сдвига, фильтры нижних частот, линию задержки, ключи, йизкочастотный фазометр и низкочастотный генератор 1. Этим устройствам свойственна невы кая точнос сь измерений в диапазоне низких и инфранизких частот. Наиболее близким по. технической сущности к изобретению является цифровой фазометр, содержащий умнбжитель частоты, кольцевой регистр сдви га, две гpVппы ключей, запоминающие устройства, пересчетные схемы, фильт ры, индикатор нулевого фд зового сдви га, генератор импульсовvirT цифровое отсчетное устройсе зо 2 . С помощью к лючей, управляемых импульсами регистра сдвига,на запоминающих устройствах фиксируют ряд мгновенных значений сравниваемых напряжений, равномерно распределенных внутри их периода. С помощью других ключей, управляемых пересчетными схемами , осуществляют последовательное циклическое считывание напряжений, фиксируег их на запоминающих устройствах. Фильтрации выделяют первые гармоники этих нaпt)йжёний и подают их на индикатор нулевого фазового сдвига. Разность фаз выходных напряжений пересчетных схем изменяют при помощи выходных сигналов индикатора нулевого фазового сАвига. Изменение производят iвнесением соответствующего временного сдвига моментов заполнения пересчетных схем. При синфазности входных напряжений индикатора нулевого сдвига значение измеряемого сдвига фаз определяется сдвигом фаз напряжений пересчетных схем. Этот сдвиг индицируют при помощи цифрового отсчетного устройства, куда считывают код одной пересчетной схемы в момент заполнения другой. К недостаткам таких фазометров относятся значительные погрешности, возникающие при подключении прибора к источникам исследуемых напряжений (в каждом канале к источнику сигналов параллельно подключены п-ключей), Ьбусловленных малым вхолчым импедансОм,: Si taKxe наличие погрешности измерения, вызванной искажением формы выходных сигналов при их циклическом считывании с запоминающих устройств из-за неидентичности каналов схем запоминания и считывания каждой выборки, а также ограничениё частотного диапазона снизу за счет конечного времени хранения запомненных уровней мгновенных значеНИИ исследуемых напряжений. Целью изобретения является првьние ние точности измерений и расширение частотного диапазона в сторону низких, и инфранизких частот. Достигается это тем, что в цифровой фазометр, содержащий умножитель частоты, вход которого подключён к первой входной шине фазометра, выход умножителя частоты подключен к входу кольцевого регистра сдвига, два фильт ра, выходы которых подключены к вхо да гйЙЙййатЬранулевого фагового сдви га, выходы индикатора нулевого фазового сдвига подключены к nepatm входа пересчетных схем, к вторым входам кбторых подключены выходы генератора йЙЩй ёВв, пёрШй вУГход первой пересчетной схемы подключен к третьему входу второй пересчетной схемы, а первый выход второй пересчетной схеки подключен к входу цифрового ийдйкаторного блока,введены группа элементов И,элемент ИЛИ,формирователь стро бирукадих йМпульсов/второй кольцевой регистр сдвига, элемент совпадения, два блока стробирования, дйа аналогоцифровьгх и два цифроаналоговых преоб разователя, два буферных запоминающих устройства, причем входные шины фазоMSlrpa подключены к первым входам блог ков стробирования, вторые входы которых соединены с -выходами формирователя стробирующих импульсов, выход первого блока стробирования черкез последо ватеЛьно соединенные первь1е аналрго цифровой преобразователь, буферное запоминающее устройство и цифроаналогбвый преобразователь подключены к первому фильтру, выход второго блока стробирования через последовательно соединенные вторые аналого-цифровой преобразователь, буферное запоминающее устройство и цифроанапоговый преобразователь подключены к входу второго фильтра, вторые выходы аналого-цифровых преобразователей через элемент совпадения подключены к входам второго кольцевого регистра, сдвига, выходы первого ; кольцевого регистра сдвига подключены к первым входам группы элементов И, выходы . второго кольцевого регистра сдвига подключены к вторым входам группы зл ёментов И, выходы которых через элемент ИЛИ соединены с входом формирователя стробирующих импульсов. На чертеже дана блок-схема предлагаемого фазометра. 6 0 4 Она содержит умножитель 1 частоты, кольцевые регистр сдвига 2,3, элементы И 4i - 4 , элемент ИЛИ 5, форрователь 6 стробирующего импульса, элемент совпадения 7, блоки стробирования 8 и 8j , аналого-цифровые преобразователи 9 и 9, буферные вапоминающие устройства 10 и 102. со схемами адресами, циФроаналого;вые преобразователи lij и llj., фильтры 12 и 122., пересчетные схемы 13 и 13{1 , индикатор 14 нулевого фазового сдвига, импульсный генератор 15 и цифровой индикатор 16. Цифровой фазометр работает следующим образом. Одно из входных напряжений поступает на вход умножителя 1 частоты, на выходе которого получают.напряжение, умноженное по частоте по отношению к входному в п раз. Сигнал с выхода умножителя 1 частсзтй поступает на вход кольцевого регистра сдвига 2, на выходах которого образуется последовательность импульсов с частотой входного (исследуемого) сигнала, сдвинутых относительно друг друга на время дт где период входного сигнала; п - коэффициент умножения умножителя. Одна из этих последовательностей импульсов через открытый элемент И (из группы элементов И 4 4„), элемент ИЛИ 5 и формирователь стробирующих импульсов 6 проходит на входы блоков стробирования , 8 и фиксирует мгновенные значения, т.е. производит выборку напряжений входных сигналов, которые аналого-цифровыми преобразователями 9 и Qj преобразуются в код. Полученные коды мгновенных значений заносятся по одному и тому же адресу в каждом канале в, буферные запоминающие устройства 10 и lOg После окончания этой операции в обоих каналах на выходе элемента совпадения 7 формируется импульс, поступающий на вход кольцевого регистра сдвига 3. На соответствующих выходах регистра сдвига 3 появляются управляющие сигналы, которые открывают очерёдной и закрывают предьщущий элементы И (из группы элементов И 4п). Теперь на вход блоков стробирования 8, 8ji через открытый элемент И, элемент ИЛИ. 5 и формирователь 6 проходят импульсы, смещенные во времени по Отношению к предыдущим, и фиксируют мгновенные значения напряжений входных сигналов в момент, смещенный по отношению к предыдущему на время KTj + iAT,гдеК - О, 1,2,...; i - 1, 2, 3,... - порядковый номер выборки. В дальнейшем цикл работы повторяется . Таким образом производится дискретизация во времени и квантование по уровню исследуемых напряжений, а также запоминание кодов мгновенных значений напряжений в моменты дискретизации. Если сравниваемые напряжения имею вид и Urn sin Ut Н-Ч) ; ,Uj, и;; sinujt , то на блоках стробйрования 8, Sj, в мо менты времени 1дТ фиксируются соответственно напряжения И ., .. ,К2гГ..- „ . ,211 (i+(f) ; и U;,siп() 1з u;sin -hкоды,пропорциональные которым, заносятся в буферные запоминающие устрой ства. Пересчетными : схемами 13. , 13, ос ществляется последовательное цикличе кое считывание кодов мгновенных знач НИИ напряжений, хранящихся в буферны запоминающих устройствах 10, Юг, и подача их на цифроаналоговые преобр зователи Hi, На/ яа выходе которых формируются переменные непрерывные напряжения. .Основные гармоники этих напряжений, выделенные фильтрами 12. и 122, равны ,1 п sin ii - sin( sin (Sit- -.yj. где SI - круговая частота выходных напряжений пересчетных схем 13, ( фазы этих напряжений. Разность фаз выходных напряжений пересчетных схем 13,, 13„- ц «Vi- V изменяют при помощи управляющих сигн лов индикатора нулевого фазового сдвига 14. Это изменение производится путем внесения соответствующего временного сдвига моментов заполнения пересчётных схем. При достиже(ии синфазности напряж НИИ на входе индикатора 14 нулевого фазового сдвига выполняется равенств ,Ч -М1-Цг Ц , т.е. значение измеряемого сдвига фаз (f определяется сдвигом фаз у найря|жений пересчетных схем 13, 132, торый индицируется цифровым отсчетным устройством 1б путем считывания кода пересчётной схемы 132 момент переполнения пересчетной схемы 13. Разрешающая способность измерения определяется коэффициентом деления частоты Kq пе есчетных схем 13, 132 Разность фаз выходных напряжений этих схем может принимать дискретные значения 360 где N - О, 1, 2,.. ., К При выборе Kg 36000 дискретность измерения сдвига Фаз напряжений пересчетных схем 13| и 13, а, следо-вательно, и дискретность измерения сдвига фаз исследуемых сигналов составляет 0,01 . Сигналы управления схемами адресации буферных запоминающих устройств ДО и 10 , считывающие оды мгновенных значений входных напряжений,, фор трукгся ТВ моменты прохождения пересче ными схемами I3j; и 132 состояНИИ 2;, Таким образом, использование в каждом канале только одного стробирующего устройства и возможность фик-г сации мгновенных значений исследуемых напряжений через несколько периодов ВХОДНЫХ сигналов существенно повЕлиают входной импеданс фазометра и значительно снижают погрешность, возникаю У Р подключении его к источникам сигналов. При этом, по сравнению с известным техническим решением .°...L° f, -- ....-,-.,«« „ ..т.« ности схем за1Прминания и считывания каждой выборки. Применение аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей и буферных запомингиощих устройств позволяет неограниченно долго без потерь хранить информацию о мгновенных значениях исследуемых напряжений, что позволяет повысить точность измерений, производить запоминание и считывание информации о сигналах в разные моменты времени, а также производить измерения на низких, практически не ограниченных снизу, частотах. Использование изобретения позво . ляет создать высокоточный широкодиапазонный цифровой фазометр на диапазон .частот от единиц мегагерц до тысячных долей герца. Предложенный цифровой фазометр изтотовлен и испытан в лабораторных условиях. Результаты испытаний подтверждают положительный эффект его применения. Формула изобретения Цифровой фазометр, содержащий умножитель Частоты/ вход которого подключен к первой входной шине фазометра, выход умножителя частоты подключен к входу кольцевого регистра сдвига, два фильтра, выходы которых подключены ко входам индикатора нулевого фазового сдвига, выходы индикатора нулевого фазового сдвиг.а подключены к первым входам .пересчетных схем, к вторым входам которых подключены выходы генератора импульсов, первый выход первой пересчетной схемы подключен к третьему входу второй пересчетной схемы, а первый выход второй пересчетной схемы подключен к входу цифрового индикатора, о т л и ч a ю щ .и и с я тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения частотного диапазона в сторону низких и инфранизких частот, в него введеныгруппа элементов И, элемент ИЛИ, формирователь стробирующих импульсов, второй кольцевой регистр сдвига, элемент совпадения, введены два блока строрирования, два аналого-цифровйх и два цифроаналоговых преобразователя, два буферных запоминающих устройства причем входные шины фазометра подключены к первым входам блоков стробирования, вторые входы кот.орых соединены .с выходом формирователя стробирующих импульсов, выход первого блрка стробирования через последовательно соединенные первые аяалбго-дифровой; преобразователь, буферное запоминающее устройство и цифроаналоговый преобразователь подключены к входу первОго фильтра, выход второго блока 66 8 . стробирования через последовательно соединенные вторые аналого-цифровой преобразоват ь, буферное запоминающее устройство и цифроаналоговый преобразователь подключены к входу второго фильтра, вторые выходы первого и второго аналого-цифрового преобразователей через элемент совпадения подключены к входу второго кольцевого регистра сдвига, выходы первого сдвига подключены к первым входам группы элементов И, выхода второго кольцевого регистра сдвига подключены к вторым входам группы элементов И, выходы которых через элемент ИЛИ соединены с входом формирователя стробирующих импульсов. Источники информации, принйтые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №371526, кл, G 01 R25/qO.r 2.Авторское свидетельство СССР №472308, кл. G 01 R 25/00, 1973.