Цифровой фазометр Советский патент 1981 года по МПК G01R25/00 

(54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР

1

Изобретение относится к технике электро-радиоизмерений и может быть использовано при разработка фазометрической аппаратуры с повышенными метрологическими характеристиками.

Известен измеритель сдвига фаз, содержащий стробоскопический и аналого-цифровой преобразователи, два перемножителя, два сумматора с регистрами, вычислительный блок, синхронизирующий блок, делитель частоты, дешифратор, постоянный запоминающий блок и формирующий блок р.

Этот фазометр реализует идею оптимального измерения в цифровом виде, т.е. обеспечивает высокую точность -измерения.

Недостатком данного фазометра является его способность измерять фазовые сдвиги только на одной частоте.

Известен цифровой фазометр, содержащий стробоскопический преобразователь, аналого-цифровой преобразователь, три перемножителя с сумматор iми, генератор импульсов, формирователь импульсов, элемент И, блок сравнения кодов, вычислительный блок, регистр памяти, запоминающий блок, два делителя и счетчик 2.

Диапазон частот известного устройства ограничивается узлами, .обеспечивающими измерение периода входного сигнала и сдвиг стробимпульса.

10 Кроме того, дисперсия погрешности известного устройства линейно связана с дисперсией шума, т.е. рост дисперсии шума сопровождается ростом дисперсии погрешности измере15ния .

Целью изобретения является расширение диапазона частот входных сигналов.

Поставленная цель достигается тем,

20 что в цифровой фазометр, содержащий последовательно соединенные первый стробоскопический и первый аналогоцифровой преобразователи, гёнератор импульсов, перемножитель, выходом соединенный с сумматором, регист памяти и вычислительный блок, введены последовательно соединенные второй стробоскопический и второй аналого-цифровой преобразователи и три мультиплексера, демультиплексер и два регистра памяти, причем генератор импульсов соединен со входами стробоскопических преобразователей, выходы первого и второго аналогоцифровых преобразователей соединены соответственно с первыми и вторыми входами первого и второго мультиплек серов, чьи выходы через перемножитель соединены с первым входом вычис лительного блока, второй вход которого соединен с выходом третьего мул типлексера и со входом сумматора, ко торый через демультиплексер соединен со входами трех регистров памяти; вы ходы всех регистров памяти соединены со входами третьего мульплексера а выходы второго и третьего регистро памяти - соответственно еще и с трет ими входами первого второго мультип лексеров. На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства. Устройство содержит стробоскопиче кие преобразователи 1 и 2, аналогог цифровые преобразователи (АЦП) 3 и 4 мультиплексеры 5-7, сумматор 9, демультиплексер 10, регистры памяти 11-13, генератор 14 импульсов, вычислительный блок I5. Работает фазометр следующим образом. На входь поступают синусоидальны напряжения, сдвиг фаз между которы. Стробоскопич ми предстоит измерить и 2 произво,кие преобразователи 1 дят дискретизацию входных сигналов по времени и обеспечивают заполнение мгновенных значений на момент дискретизации (стробирование). Импульсы дискретизации формируются ге нератором 14 импульсов. Таким образом, напряжения с выхода стробпреобразователей 1 и 2 имеют ступенчато-синусоидальный вид. Аналого-цифр вые преобразователи 3 и 4 преобразу ют напряжение ступенек в цифровой код, т.е. на выходах аналого-цифровых преобразователей 3 и 4 присутст вуют коды мгновенных значений х и у , сигналов по первому и второму входам. До формирования очередного значения необходимо получить квадраты х . и у, , их произведения и сложить результаты с содержимым соответствующих регистров 1113 памяти. В первом такте мультиплексеры 5 и 6 коммутируются так, что на входах перемножителя 8 появляется значение х. Результат перемножения х, поступает на один вход сумматора 9, а на другой вход через мулвтиплексер 7 подается число N XT из регистpa памяти 13, т.е. сумма квадратов предыдущих значений х.. Результат сложения через демультиплексер 10 записывается в тот же регистр I3 памяти. Во втором такте проводятся подобные операции по накоплению в регистр 12 памяти суммы квадратов у. Для этого на входы перемножителя 8 подаются через мультиплексеры 5 и 6 значение у. В третьем такте подобный же путем накапливается . в регистре II памяти. По завершении третьего такта возможно поступление значений ,и на входы мультиплексеров 5 и 6. После окончания времени измерения в регистре I1 памяти оказывается записанш 1М число А. Для получения числа В мультиплексеры 5 и 6 коммутируются так, что входы перемножителя 8 подключены к регистрам 12 и 13. Результат перемножения число В - поступает, как и число А, в вычислительный блок 15, реализующий алгоритм корреляционного фазоизмерителя в цифровом виде: ,V.д Ч е1гС005 Л ц С|ГСС05 .Ц л jcIcK л II-Ix SZIi 1 itO Здесь отсчеты мгновенных значений опорного и измерительного сигналов ; N - количество отсчетов в одном периоде входного сигнала; k - количество периодов входного сигнала за время измерения. Как видно, выражение для У не содержит частоты или частотозависиых членов, поэтому такой фазометр е имеет принципиальных ограничений о ширине частотного диапазона . Если считать, что минимальное к личество точек в периоде должно бы равно 10, то при быстродействии ан лого-цифровых преобразователей 10 МКС высшая рабочая частота без трансформации частоты равна 10 кГц При учете эффекта трансформации частоты, свойственного стробоскопич кому преобразованию, верхняя рабоча частота может достигать нескольких сотен МГц. Принципиальных ограничений по нижней рабочей частоте нет. Таким образом, введение в устрой ство перечисленных элементов позво ляет значительно распшрить частот; ный диапазон фазометра. Формула изобретения ; Цифровой фазометр, содержаний последовательно соединенные первый стробоскопический и первый аналогоцифровой преобразователи, генератор импульсов, перемножитель, выходом соединенный с сумматором, регис памяти и вычислительный блок, о т:личающийся тем, что, с цепью расширения диапазона частот, иего введены последовательно соедин ные второй стробоскопический и вто рой аналого-цифровой преобразователи и три мультиплексера, демультиплексер и два регистра памяти, причем генератор импульсов соединен со входами стробоскопических преобразователей, выхода первого и второго анапого-цифровых преобразователей сое щнены соответственно с первыми и рторыми входами первого и второго мультиплексеров, чьи выходы через перемножитель соединены с первым входом вычислительного блока, второй вход которого соединен с выходом третьего мультиплвксера и со входом сумматора, который через демультиплексер соединен со входами трех регистров памяти, выходы всех регистров, памяти соединены со входами третьего мультиплексера, а выхода второго и третьего регистров памяти - соответственно еще и с третьими входами первого и второго мультиплексеров. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1.Заявкр № 2557673/18-21, л.С 01 R 25/00, 08.06.78. 2.Заявка 2777213/18-21, л.С 01 R 25/00, 08.06.79 (прототив).