Анализатор плотности распределения случайной фазы сигнала Советский патент 1982 года по МПК G01R25/00 

I

Изобретение относится к измерительной технике.

По основному авт.св. №737862 известен анализатор плотности распределения случайной фазы сигнала, используемый преимущественно в измерительной технике при разработке фазометров, измеряющих мгновенные значения фазовых сдвигов и статистические характеристики флуктуации фазы сигни- ла. Этот анализатор содержит последовательно соединенные формирователь, электронный ключ и счетчик импульсов, связанный с дешифратором, который своими выходами подключен к первым раздельным входам триггеров, эталонный генератор, счетчик периодов опорного колебания и индикаторы числа импульсов, к входам которых подключены выходы элементов совпадения. Кроме того, анализатор содержит дискриминатор опережения, блок управления и трехвходовые элементы И, первые входы каждого из которых

подключены к прямому выходу своего триггера, вторые входы объединены и присоединены к одному из выходов блока управления, а третий вход каждого предыдущего элемента И подключен к инверсному выходу последующего, триггера, у которого вторые раздельные входы совместно подсоединены к другому выходу блока управления, своим входом связанного с выходом

10 формирователя. Выход каждого трехвходового элемента И связан с общим входом разбитых на пары элементов совпадения, причем свободные входы всех четных; элементов совпадения под15ключены к первому выходу, а свободные входы всех нечетных - к второму выходу дискриминатора опережения, своими входами связанного со входами формирователя. Выход счетчика периодов подключен к свободному входу электронного ключа 1 .

Известный анализатор обеспечивает измерение ординат кривой плотности распределения случайной фазы сигнала только при какой-то одной постоянной (заранее аппаратурно обусловленной ширине интервалов, соответствующих абсциссам кривой плотности распределения) . Такое структурное построение анализатора создает значительные трудности, поскольку при большой ширине интервалов становится невозможным исследование статистичес- Ю ких характеристик с помощью данного анализатора в области иалых значений случайной разности фаз, а при попытке уменьшения ширины интервалов без изменения пределов измерени ,резко возрастает объем измерительной аппаратуры в случае необходимос ти статистического анализа больших значений случайных фазовых сдвигов. Отсюда вытекает, что, если в анализаторе все-таки будет предусмотрена малая ширина интервалов, соответствующих абсциссам кривой плотности распределения, то Для сохранения оптимального объема измерительного устройства обязательно возникает не обходимость ограничения пределов измерения случайной разности фаз. Цель изобретения - Повышение точ ности измерения случайной разности фаз за счет расширения пределов измерения. Указанная цель достигается тем, что в анализатор плотности распределения случайной фазы сигнала, содержащий последовательно соединенны формирователь, электронный ключ и счетчик импульсов, соединенный с дешифратором, который своими выхода ми подключен к первым раздельным вх дам триггеров, эталонный генератор, счетчик периодов опорного колебания и индикаторы числа импульсов, к входам которых подключены выходы элементов совпадения, содержащий та же дискриминатор опережения, блок управления и трехвходовые элементы И, первые входы каждого из которых подключены к прямому выходу своего триггера, вторые входы объединены и присоединены к одному из выходов блока управления, а третий вход каж дого предыдущего элемента И подключен к инверсному выходу последующег триггера, у которого вторые раздельные входы совместно подсоединен к другому выходу блока управления, своим входом связанного с выходом 92 4 , формирователя, при этом выход каждого трехвходового элемента И соединен с общим входом разбитых на пары элементов совпадения, свободные входы всех четных элементов совпадения подключены к первому выходу, а свободные входы всех нечетных - к второму выходу дискриминатора опережения,своими входами подсоединенного к входам формирователя, выход счетчика периодов подключен к свободному входу электронного ключа,введен.расширитель временных интервалов с переменным коэффициентом расширения; вход которого соединен с выходом формироватерого соединен ,ля, а выход с входом электронного ключа и блока управления. Введение в устройство расширителя временных интервалов с переменным коэффициентом расширения позволяет расширить пределы измерения случайной разности фаз у известного анализатора за смет обеспечения возможности переключения пределов измерения ширины интервалов, соответствующих абсциссам кривой плотности распределения без существенного увеличения объема измерительной аппаратуры. На чертеже представлена структурная схема анализатора плотности распределения случайной фазы сигнала. 1 Анализатор плотности распределения случайной фазы сигнала содержит формирователь 1, блок 2 управления, электронный ключ 3, эталонный генератор 4, счетчик 5 импульсов, дешифратор 6, триггеры 7 с раздельными входами, трехвходовые элементы 8 И, элементы 9 совпадения, дискриминатор 10 опережения, индикаторы 11 числа импульсов, счетчик 12 периодов опорного колебания и расширитель 13 временных интервалов с пер1еменным коэффициентом расширения. Формирователь 1 представляет собой устройство, которое формирует интервал времени, пропорциональный мгновенному сдвигу фаз от О до +180 между исследуемым и опорным колебаниями. Дешифратор 6 устроен таким образом, что появление импульса на каком-либо его выходе свидетельствует о наличии сдвига фаз, укладывающегося внутри одного из установленных интервалов. Эти интервалы, выраженные в градусах, соответствуют заранее обозначенным абсциссам кривой плотности распреде5ления. Дискриминатор 10 опережения фиксирует знак мгновенного сдвига фаз. Если исследуемый сигнал опереж ет.опорный, то дискриминатор выдае логическую 1 по первому выходу. Это соответствует положительному сдвигу фаз. В противном случае, логи ческая 1 присутствует на втором выходе дискриминатора и соответствует отрицательному сдвигу фаз. Рассмотрим работу анализатора в случае, когда коэффициент расширени (Kp8J расширителя 13 задан равным единице и его присутствие не оказывает влияния на функционирование устройства. Условно емкость счетчика 5 импульсов равна Nj«r 180, а ширина установленных в дешифраторе 6 интервалов, соответствующих абсциссам кривой .плотности распределения Эинш- 10. Пределы измерения у анализатора в этом случае самые большие (от 0° до ±180°), а интерва лы 9 интп- самые широкие. Общее число абсцисс равно 36. После включения анализатора его схема устанавливает ся в исходное состояние, при котором электронный ключ 3 закрыт логи ческим О с выхода формирователя 1 В счетчик 12 периодов опорного коле ния записывается число, равное нулю. При этом на выходе счетчика 12 появляется логическая 1, которая подготавливает к открыванию электро ный ключ 3- На прямых выходах тригприсутствует логический О геров 7 Элементы В и 9 закрыты При поступлении опорного Ui и исследуемого U2. сигналов на выходы анализатора его принцип действия сводится к следующему. На первом выходе дискриминатора опережения 10 возникает логическая 1, если опорный сигнал опережает исследуемый. Она подготавливает к открытию все четные элементы 9 совпадения. Формирователь 1 вырабатывает интервал вре мени, пропорциональный мгновенному сдвигу фаз, достигаещему, например, 12 Этот интервал времени поступает в блок 2 управления, формирующий от его переднего фронта короткий импульс, подтверждающий исходное состояние триггеров 7- Одновременно импульс с выхода формирователя открывает электронный ключ 3, через которь1й импульс эталонного генера- , тора i поступает в счетчик 5. После 62 окончания импульса, пропорционального мгновенному сдвигу фаз, закрывается электронный ключ 3 прекращается ргбота суетчика 5 импульсов. Дешифратор 6 анализирует состояние счетчика 5 и посылает логическую 1 на выход, соответствующий абсциссам кривой плотности распределения в интервале 10-20. Эта логическая 1 воздействует на раздельный вход триггера 7. отвечающего за интервалы фазовых сдвигов 10-20 . Триггер опрокидывается в другое устойчивое состояние равновесия и логический О с его инверсного выхода закрывает трехвходовыи элемент И 8, отвечающий за интервалы фазовых сдвигов 0-10°, а логическая с его прямого выхода подготавливает к открытию трехвходовые элементы 8 И, отвечающие за интервалы фазовых сдвигов 10-20°. В то время блок 2 управления формирует короткий импульс, совпадающий с. задним фронтом выходного сигнала формирователя 1, и через подготовленные к открытию трехвходовыи элемент 8 И и связанный с ним четный элемент 9 совпадения посылает его в индикатор 11, регистрирующий ординаты кривой плотности распределения для положительных абсцисс в интервале 10-20°. Во всех последующих периодах опорного колебания работа анализатора при измерении ординат кривой плотности распределения для любых значений положительных абсцисс аналогична описанной . Последовательность работы анализаора не изменяется, если мгновенный азовый сдвиг отрицательный. При этом огическая 1 присутствует на втором ыходе дискриминатора 10 опережения подготавливает к открытию все неетные элементы 9 совпадения. Коротие импульсы блока 2 управления, овпадающие с задним фронтом выходых сигналов формирователя 1, через одготовленные к открытию трехвходоые элементы .8 И и нечетные элемены 9 совпадения попадают в индикатоы 11, регистрирующие ординаты криой плотности распределения для трицательных абсцисс и т.д. Таким бразом, анализатор обеспечивает озможность измерения ординат кривой лотности распределения как для поожительных, так и отрицательных начений абсцисс в пределах 0-180 . Для автоматизации обработки результатов измерений в анализ атор включен счетчик 12 периодов опорного колебания с наперед заданной емкостью в виде то и равной, например, 10 . Как только проанализирует ся 100000 периодов опорного колебания, на выходе счетчика 12 появляет ся логический О и закрывает элект ронный ключ 3.Работа анализатора прекращается. Для определения ординат кривой плотности распределения необходимо показания индикаторов 11 числа импульсов делить на. емкость счетчика 12. Однако процесс деления можно выполнить автоматически, если заранее установить и с помощью счетчика 12 поддерживать постоянно на одном месте запятую в индикаторах 11 числа импульсов. Тогда показания индикаторов 11 непосредственно соответствуют ординатам кривой плотности распределения как для положительных, так и для отрицательных значений абсцисс. Предположим, что появилась необходимость построить кривую плотности распределения случайной разности фаз сигнала, изменяющейся в пределах 0±18°. Однако попытка построить такую кривую по результатам измерений при той же ширине интервалов (8иНТ 10°), что ив предыдущем случае, дает очень грубые, с точки зрения теории статистического авали за, результаты, так как измеряются только четыре ординаты кривой плотности распределения. Для того, чтобы устранить этот недостаток без существенного увеличения объема измерительной аппарату ры, не.обходимо переключить пределы измерения, что одновременно позволя ет уменьшить ширину интервалов, соответствующих абсциссам кривой плот ности распределения. Для этого увеличивается коэффициент расширения расширителя 13 значение которого задается из условия 1/ 4 Ncr ,А I Р fnpe 28 где 1 прей- требуемый предел измерения случайной разности фаз и составляет Кр6и 10. В этом случае в процессе измерений по-прежнему пол.(- остью используется объем счетчика импульсов 5 и, следовательно, не возникает никакой .необхо димости в перестройке дешифратора 6, приводящей к резкому увеличению .объема анализатора. Ширина же интервалов,соответствующих абсциссам кривой плотности распределения, определяется пои этом в соответствии с с выражением гдеЭинт ширина интервалов, соответствующих абсциссам кривой плотности распр1еделения, при Кр6и 1. В нашем примере эта ширина уменьшается до . Общее число абсцисс в результате такой операции снова станет равным 36 вместо четырех, и достоверность результатов статистического анализа сокращается. Использование предлагаемого технического решения обеспечивает возможность исследования статистических характеристик в области как больших, так и малых значений случайной разности фаз с высокой достоверностью. Формула изобретения Анализатор плотности распределения случайной фазы сигнала по авт.св. №737862, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения случайной разности фаз, в него введен расширитель временных интервалов с переменным коэффициентом расширения, вход кототорого соединен с выходом формирователя, а выход - с входами электронного ключа и блока управления. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР №737862, кл. G 01 R 25/00, 1978.