Двухполупериодный цифровой фазометр с постоянным измерительным временем Советский патент 1981 года по МПК G01R25/00 

(54) ДВУХПОЛУПЕРИОДНЫЙ ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР . С ПОСТОЯННЬК- ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ ВРЕМЕНЕМ

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть исполь зовано для повышения помехоустойчивос ти цифровых фазометров. Известен помехоустойчивый корреляционный фазометр, содержащий входной блок, стабилизатор амплитуд, умножитель, стрелочный индикатор l. Недостатками такогф фазометра явля ются малое быстродействие, сложность и громоздкость множительных блоков, трудности представления результатов измерения в цифровой форме. Известен двухполупериодиьй фазометр с постоянньтм измерительным временем, содержащий усилители-ограничители, формирователи импульсов по переходам исследуемых напряжений через нуль, управляемые триггеры, формирующие фазовые интервалы, элемент совпадений, ИЛИ, счетчик импуЛьсов, первый и второй формирователи по следовательности счетньк игтульсов со сдвигом 180 между ними, блок ограничения измерительного времени, вьтолненный в виде задающего генератора, делителя частотысчетных импульсов, триггерами элементы совпадения 2. Данный фазометр имеет низкую поме.хоустойчивость, проявляющуюся в появлении ложных срабатываний, смещении момента основного срабатывания и увег личения мертвой зоны. Цель изобретения - повьшение помехоустойчивости устройства. . Указанная цель достигается тем, что в двухполупериодном цифровом фазометре с постоянным измерительньм вре- , менем, содержащем усилитель-гограничитель, вход которого соединен с первой входной клеммой, а выходы - через первый и второй формирователи импульсов с первыми входами первого и второго управляемых триггеров, первый и. второй элементы совпадения, выходы которых соединены со входами элемента ИЛИ, выход которого соединен со входЬм счетчика импульсов, третий эле38мент совпадения, выход которого соединен через первый и второй формирователи счетных импульсов с первыми вх дами первого и второго элементов совпадения и через делитель частоты - со входом триггера, выхрд которого co-i единен с первым входом третьего элемента совпадения, генератор, выход ко торого соединен со вторые входом третьего элемента совпадения, третий и четвертый формирователи импульсов,причем выходы первого и второго управляемых триггеров соединены со вторыми входами первого и второго элементов совпадения, третий формирователь импульсов состоит из последова,тельно соединенных стробкаскада, интегратора, инвертирующего усилителя постоянного тока и компаратора, формирователя стробимпульсов, синхронизированного генератора пилообразного напряжения и блока управления, первый вход формирователя стробимпульсов соединен с выходом компаратора и с первым входом блока управления, а выход - с первым входом стробкаскада и со вторым уходом первого управляемого триггера, выход синхронизированного генератора пилообразного напряжения соединен со вто рым входом компаратора, а вход - с выходом первого форь-шрователя импуль сов и со вторым входом блока управле ния, второй выход которого соединен со вторым входом формирователя строб импульсов, а первый - со вторым вхо . дом инвертирующего усилителя постоян ного тока, четвертый формирователь импульсов состоит из формирователя стробимпульсов, выход которого через последовательно соединенные стробкаскад, интегратор и неинвертирующий усилитель постоянного тока соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом син ронизированного генератора пилообразного напряжения, а выход - со вхо дом формирователя стробимпульсов, вы ход которого соединен также со вторы входом .второго управляемого триггера вход синхронизированного генератора пилообразного напряжения соединен со вторым входом первого управляемого триггера, а входы стробкаскадов третьего и четвертого формирователей со единены со второй входной клеммой. На чертеже представлена блок-схема двухполупериодного фазометра с по стоянным измерительным временем. Устройство содержит усилитель-ограичитель 1, формирователи 2 и 3 имульсов переходов через нуль, управляемые триггеры 4 и 5, синхронизированные генераторы 6 и 7 пилообразного напряжения (ГШО, компараторы О и 9, формирователи 10 и 11 стробоскопических импульсов (ФСЕ) , стробкаскады 12 13, интеграторы 14 и 15, усилитеи 16 и 17 постоянного тока (УПТ), блок 18 управления, элементы 19 и 20 совпадения, элемент ИЛИ 21, счетчик 22 импульсов, первый и второй формирователи 23 и 24 последовательностей счетных импульсов со сдвигом I80. между ними, элемент 25 совпадения, задающий генератор 26, делитель 27 частоты и триггер 28, третий и че,твертьш формирователи. 29 и 30 импульсов переходов через нуль. Устройство работает следующим образом. Опорный сигнал 0 поступает на вход усилителя-ограничителя 1, после чего из этого сигнала формирователями 2 и 3 формируются импульсы в момент перехода через нуль как в положительную, так и в отрицательную стороны. Сф.ормированные импульсы поступают на одни входы управляемых триггеров 4 и 5. С формирователя 2 импульсы поступают на запуск ГПН 6, где вырабатывается пилообразное напряжение с периодом, равным периоду входного сигнала. Эти пилообразные напряжения сравниваются в компараторе 8 с постоянным напряжением, снимаемым с выхода УПТ 16. С выхода компаратора 8 сигнал поступает на ФСИ 10. Этими импульсами в строб-каскаде I2 стробируется входной сигнал , представляющий собой смесь сигнала и шума. Значение выстробйрованного сигнала запоминается до прихода следующего стробимпульса. Напряжение с выхода стробкаскада 12 интегрируется интегратором 14, после чего поступает на инвертирующий вход УПТ 16. УПТ 16 (дифференциальный) . балансируется таким образом, чтобы равновесие третьего формирователя 29 соблюдалось в случае, если время прихода строб-импульсов совпадает с моментом пересечения чистого сигнала (без шума) Ui нулевого уровня. При использовании инвертирующего УПТ 16 точка устойчивого равновесия третьего формирователя 29 (рабочая точка) соответствует переходу через нуль чистого сигна5па с положнтельной производной, причем, если равновесия нет и время воз никновения строб-импупьсов соответст вует положительной полуволне входног сигнала ид , то выходное-напряжение УПТ 16 уменьшается, т.е. формирователь 29 стремится к равновесному устойчивому состоянию в сторону уменьшения аргумента входного синусоидаль ного сигнала, для отрицательной полу волны - в сторону увеличения аргумен та. В связи с этим формирователь 29 может устанавливаться в устойчивое состояние (нерабочее, соответствующее максимальному напряжению с выхода УПТ 16 для измеряемой разности фа 180 -ИЛИ минимальному напряжению с УПТ 16 для Ч 7 180. Если в этом слу чае изменить напряжение на выходе УПТ 16 на противоположное, то формирователь 29 автоматически устанавливается в устойчивую рабочую точку ра новесия. Для этого пределы изменения выходного напряжения с УПТ 16 выбира ются .большими, чем пределы изменения пилообразного напряжения. При установке формирователя 29 в нерабочую точку на выходе компаратора 8 отсутствует сигнал. В этом случае на форм-ирователь 10 строб-импульсов через блок 18 управления поступают импульсы с формирователя 2, и одновременно посредством блока 18 управления изменяется выходное напряжение с УПТ 16 до противоположного предель ного значения. Аналогично работает четвертый формирователь 30, вырабатывающий импульсы в момент прохождения входного сигнала через нуль с отрицательной производной. Для этого в формирователе 3.0 используется неинвертирующий УПТ 17. Запуск ГПН 7 осу ществляется импульсами с выхода ФСИ ГО, В этом случае момент перехода входного сигнала.через нуль с отрицательной производной соответствует середине рабочего участка пилообразного напряжения, снимаемого с выхода ГПН 7. Пределы изменения выходного напряжения УПТ 17 выбираются меньшими, чем пределы изменения пилообразного напряжения (с помощью ограничения, например). Тогда есть одна устойчивая точка, которая и является рабочей устойчивой точкой. На выходах триггеров 4 и 5 формируются импульсы, равные временным ин6тервалам между переходами через нуль сигналов и и U с положительными и отрицательными производными. Импульсы с триггеров 4 и 5 поступают соответ ственно на входы элементов 19 и 20 совпадения. На другие входы элементов 19 и 20 совпадения с формирователей 23 и 24 импульсов поступают две последовательности квантующих импульсов, сдвинутых на 180. Задающий генератор 26 генерирует счетные импульсы, поступающие на вход элемента 25 совпадения. Делитель 27 частоты счетlibix импульсов и триггер 28 ограничивают время измерения. Таким образом, с элемента 25 совпадения на формирователи 23 и 24 поступают колебания задающего генератора в течение измерительного времени. , В основу работы устройства положен метод накопления, заключающийся в том, что при усреднении интегратором значений смеси сигнала и аддитивного шума с нулевым средним, взятых в момент . времениЪ + пТ (где Т - период сигнала; п 1,2...), на выходе интегратора появляется сумма средних значений сигнала ишума (при некоррелированном шуме и сигнале} . Среднее значение сигнала при этом равно значению сигнала в момент времени t , среднее значение шума стремится к нулю при увеличении постоянной времени интегратора к бесконечности. Точность выделения перехода через нуль входного сигнала определяется коэффициентом усиления.усилителя постоянного тока. Погрешность измерения сдвига фаз ДЦ из-за конечного коэффициента усиления УПТ составляет Ъ-360° ди азгк где b - амплитуда пилообразного напряжения ; амплитуда синусоидального напряжения; коэффициент усиления УПТ. К.генератору напряжения (его амплитуде, линейности не предъявляется жестких требований. Используя автоматическую регулировку в синхронизированном генераторе пилообразного напряжения , можно производить измерения фазы полосе частот. Таким образом, предлагаемое выполнение формирователей 29, 30 импульсов ереходов через нуль, вырабатывавших з входной смеси (сигнал + шум)-имульсы в момент перехода через нуль 7 сигнала с положительной (третий формирователь) и отрицательной (четвертый формирователь) производными, позволяет повысить помехоустойчивость фазометров с постоянным измерительным временем за счет исключения ложных срабатывавши, смещения момента основного срабатывания. Стали возможны фа зовые измерения при отношениях сигнал/шум, меньших единицы. Формула изобретения Двухполупериодный цифровой фазометр с постоянным измерительным временем, содержащий усилитель-ограничиfель, вход которого соединен с первой входной клеммой, а выходы - через первый и второй формирователи импульсов с первыми входами первого -н второго управляемых триггеров, первый и второй элементы совпадения, выходы ко торых соединены со входами элемента ИЛИ, выход которого соединен со входом счетчика импульсов, третий эле мент совпадения, выход которого соеди нен через первый и второйформировате ли счетных импульсов с первыми входами первого и второго элементов совпадения и через делитель частоты - со входом триггера, вых,од которого соединен с первым входом третьего элемента совпадения, генератор, выход ко торого соединен со вторым входом третьего элемента совпадения, третий и четвертый формирователи импульсов, причем выходы первого и второго управляемых триггеров соединены со вторыми входами первого и второго элемента совпадения, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, третий фор мирователь импульсов состоит из посл довательно соединенных строб-каскада 6 интегратора, инвертирующего усилителя постоянного тока и компаратора, формирователя стробимпульсов,синхро-; низированного генератора пилообразного напряжения и блока управления, первый вход формирова1шя строОимпульсов соединен с выходом компаратора и с первым входом блока управления, а выход с первым входом стробкаскада и со вторым входом первого управляемого триггера, выход синхронизированного генератора пилообразного напряжения соединен со вторым входом компаратора, а вход с выходом первого формирователя импульсов и со вторым входом блока управления, второй выход которого соединен со вторьм входом .формирователя стробимпульсов, а первый - со вторым входом инвертир ующего усилителя постоянного тока, четвертый формирователь импульсов состоит из формирователя ч;тробимпульсов,выход которого через последовательно соединенные стробкаскад, интегратор и, неинвертирующий усилитель постоянного тока соединен с первым входом компаратора, второй, вход которого соединен с выходом синхронизированного генератора пилообразного напряжения, а выход - со входом формирователя стробимпульсов, выход, которого соединен также со вторым входом второго управляемого триггера, вход синхронизированного генератора пилообразного напряжения соединен со вторым входом первого, управляемого триггера, а входы стробкаскадов третьего и четвертого формирователей соединены со второй входной клеммой. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Соловьев В.Я. Фазовые измерения. М., Энергия, 1973. 2.Авторское свидетельство СССР № 447640, кл. G 01 R 25/00, 1973.