Цифровой фазометр Советский патент 1982 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к фазометрии и может найти применение при создании устройств Для измерения сдвига фаз гармонических сигналов в присутствии пймех.

Известно устройство для измерения мгновенных фазовых сдвигов, содержащее два канала, каждый из которых содержит высокочастотные ключи, низкочастотный фазометр, секционированную линию задержки, регистр и генератор l.

Однако это устройство не позволяет измерять усредненный сдвиг фаз;

Наиболее близким к изобретению является цифровой фазометр, содержащий два формирователя, выходами соединенные со входами триггера, выход которого соединен с первым входом первого элемента совпгшения, ко второму входу которого подключен генератор импульсов, выход которого соединен со входом делителя частоты, выход которого соединен со входом второго триггера, последовательно соединенным со вторым элементом совпадения и электронным счетчиком, ко второму входу второго элемента совпадения подключен выход первого элемента совпадения .

Однако известный цифровой фозометр имеет недостаточную точность измерения разности фаз гармонических сигналов в присутствии помех. Это объясняется тем, что воздействие помех на сигнал приводит к значительному смещению моментовперехода сигналов через нулевой уровень.

Цель изобретения - повышение точ10ности измерения разности фаз гармонического сигнала в присутствии помех.

Указанная цель достигается тем, что в цифровой фазометр, содержащий

15 первый и второй формирователи, триггер, первый вход которого подключен к выходу первого формирователя, а второй вход - к выходу второго формирователя, элемент совпадений, пер20вый вход которого подключен к выходу триггера, генератор образцовой частоты, выход 1юторого подключен ко второму входу элемента совпадений, блок пересчета и сумматор, уп25равляющий вход которого подключен к выходу блока пересчета, введены статистический ангшизатор длительностей импульсов и формирователь заднего фронта, входы которых объе30динены и подключены к выходу триггера, а также селектор импульсов по длительности, подключенныйпервым сигнальным входом к выходу элемента совпадений, вторым сигнальным входом - к выходу статистическо го анализатора длительностей импуль сов, управляющим входом - к выходу формирователя заднего фронта, первым выходом - ко входу сумматора, а вторым выходом - ко входу блока пересчета. Кроме того, селектор импульсов по длительности содержит счетчик импульсов, блок сравнения, элемент задержки, и блок перезаписи причем вход счетчика импульсов является первым сигнальныгл входом селектора импульсов по длительности, первая группа входов блока сравнени подключена к выходам счетчика импул сов , вторая группа входов является вторым сигнальным -входом селектора импульсов по длительности, управляющий вход - управляющим входом селектора импульсов по длительности, элемент задержки подключен входом к входу блока сравнения, а выходом - ко входу Сброс счетчика импульсов, блок перезаписи подкл чен сигнальными входами к выходам счетчика импульсов, а управляющим входом к выходу блока сравнения, вы ходы блока перезаписи являются первым выходом селектора импульсов по длительности, а выход блока сравнен - вторым выходом селектора импульсо по длительности. На фиг.1 приведена структурная схема цифрового фазометра на фиг.2 -структурная схема селектора импульсов по длительности. Цифровой фазометр содержит формирователи 1 и 2, триггер 3, элемент 4 совпадений, генератор 5 образцовой частоты, формирователгь б заднего фронта, статистический анализатор 7 длительностей импульсов,, селектор 8 импульсов по длительноети, блок 9 пересчета и сумматор 1р Селектор 8 импульсов по длительности содержит счетчик 11 импульсов блок 12 сравнения, элемент 13 задержки, блок 14 перезаписи, первый вход 15 селектора 8 импульсов по длительности, управляющей вход 16 се.лектора 8 импульсов по длительнос Ьги, второй вход 17 селектора 8 импульсов по длительности, первый выход 18 селектора 8 импульсов по дли тельности, второй выход 19 селектора 8 Импульсов по длительности. Первый вход фазометра подключен через формирователь 1 к первому вхо лу триггера 3, а второй вход фазометра подключен через формирователь 2 ко второму входу триггера 3. Выхо триггера 3 соединен с первым входом элемента 4 совпадений, входом форют рователя б заднего Фронта и входом анализатора 7 длительностей импульсов. Выход генератора 5 подключен ко второму входу элемента 4 совпадений, выход которого подключен к первому входу 15 селектора 8 импульсов по длительности. Выход формирователя б заднего фронта подключен к управл5Ж1щему входу 16 селектора 8 импульсов по длительности. Выход 18 селектора 8 шлпульсов по длительности подключен к сигнальному входу сумматора 10, управляющий вход которого подключен через блок 9 пересчета ко второму выходу 19 селекто- , ра 8 импульсов по длительности. Выходи сче-тчика 11 подключены ко входам блока 12 сравнения и ко входам блока 14 перезаписи-. Выход блока 12 сравнения подключен к управляющему входу блока 14 перезаписи, а вход через элемент 13 задержки - ко входу Счетчика 11. Фазометр работает следующим образом. Поступающие на входы фазометра гармонические сигналы преобразу отся с помощью формирователей 1 и 2 в короткие импульсы, соответствующие моментам перехода сигнала через нулевой уровень. Импульоы с выхода формирователя 1 устанавливают триггер 3 в положение Г, а импульсы с выхода формирователя 2 возвращают триггер 3 в положение О . Таким образом на выходе триггера 3 формируются прямоугольные импульсы, длительность которых пропорциональна разности фаз измеряемых сигнгшов. Эти импульсы с выхода триггера 3 поступают на анализатор.7 длительностей импульсов, который определяет плотность распределения длительностей этих импульсов. Это достигается тем, что в анализаторе 7 длительностей импульсов весь диапазон возможных разностей фаз (длительностей импульсов) на выходе триггера 3 разбивается на N соприкасающихся поддиапазонов (to, С ) , ( , ta ) .. . / к/ ) Каждый i-ый импульс на выходе триггера 3 в зависимости от его длительности попадает в соответствующий поддиапазон. Это событие фиксируется канальным счетчиком соответствующего поддиапазона. Например, импульс на выходе триггера 3 с длительностью t , удовлетворшощей условию tr. CK , фиксируется k-ым канальным счетчиком. За Ьремя анализа в анализаторе 7 длительностей импульсов происходит переполнение того канального счетчика, который соответствует поддиапазону Длительностей импульсов, наиболее часто возникающих на-выходе триггера 3. Очевидно, что в отсутствие помех длительности всех выходных импульсов триггера 3 принадлежат одному поддиапазону. .По окончании анализа на выходе анализатора 7 длительностей импульсов возникает параллельный код, соответствующий переполненному.поддиапазону. Этот код поступает на второй вход 17 селектора 8 импульсо по длительности.. С этого момента начинается измерение разности фаз входных сигналов. Каждый импульс на выходе триггера 3 преобразуется с помощью элемента 4 совпадений и генератора 5 в пачку импульсов, число которых соответствует длительности импульса. Формирователь 6 заднего фронта формирует из заднего фронта импульса на выходе триггера 3 корот кий импульс, который поступает на управляющий вход 16 селектора 8 импульсов По длительности и опраши. вает последний. Если число S импул сов в пачке, поступившей на первый вход 15 8 импульсов по длительности, соответствует подциапазону, выбранному анализатором 7 длительности импульсов, то оно переписывается в .параллельном коде в сумматор.10. Если число S не соответствует указанноглу поддиапазону, оно не переписывается в сумматор. Таким образом в сумматоре 10 фазоме ра фиксируются только те длительнос ти выходных импульсов триггера 3, которые наиболее близки к величине, которая была бы в отсутствии помех. Тем самым исключаются выходные импульсы триггера 3, которые в больше степени искажены пом,ехами. Периодический.сброс счетчика 11 осуществляется непосредственно после окончания каждого импульса на вы ходе триггера 3 с помощью формирова теля б заднего фронта и элемента 13 задержки. Параллельный код на выходе анали тора 7 длительностей импульсов, соответствующий переполненному поддиапазону, обновляется с периодом, равным времени анализа анализатора длительностей импульсов. Блок 9 пересчета .служит для задания числа периодов гармонических сигналов, между которыми производит ся измерение разности фаз, участвую 1щих в усреднении. Таким образом, введение.новых элементов - статистического анализа ра длительностей, селектора импульс по длительности и формирователя зад него фронта позволяет измерять усредненный фазовый сдвиг гармоничес ких сигналов сильно искаженных поме хами со значительно больягей точностью . . Формула изобретения 1.Цифровой фазометр, содержащий первый и второй формирователи, триггер, первый вход которого подключен к выходу первого формирователя, а второй вход - к выходу второго формирователя, элемент совпадений, первый вход Которого подключен к выходу триггера, генератор образцовой частоты, выход которого подключен к второму входу элемента совпадений, блок пересчета и сумматор, управляющий вход которого подключен к выходу блока пересчета, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения разности фаз в присутствии помех, в него введены статистический анализатор длительностей импульсов и формиг рователь заднего фронта, входы которых объединены и подключены к выходу триггера, а также селектор импульсов по длительности,подключенный первым сигнальным входом к выходу э.лемента совпадений, вторым сигнальным входом - к выходу статистического анализатора длительностей импульсов, управляющим входом - к выходу формирователя заднего фронта, первь1м выходом - к входу сумматора, а вторым выходом - к входу блока пересчета. 2.Фазометр по п.1, отличающий с я тем, что селектор импульсов по длительности содержит, счетчик импульсов, блок сравнения, элемент задержки и блок перезаписи, причем вход счетчика импульсов является первым сигнальным входом селектора импульсов по длительнос.ти, первая группа входов блока сравнения подключена к выходам счетчика импульсов, .вторая группа входов является вторым сигнальным входом селектора импульсов по длительности, управляющий вход - управляющим входом селектора импульсов по длительности, элемент задержки подключен входом к входу блока сравнения, а выходом - к входу Сброс счетчика импульсов, блок перезаписи подключен сигнальными входами к выходам счетчика импульсов, а управляющим входом, к выходу блока сравнения, выходы блока перезаписи являются первым выходом селектора импульсов по длительности, а выход блока сравнения - вторым выходом селектора импульсов по длительности. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 371526,кл. G 01 R 25/00, 16.11.71. 2.Галахова О.П. и др. Основы фазометрии. Л., Энергия , 1976, с. 159, рис. 4-18.

17 Фиг.г