Фазометр Советский патент 1982 года по МПК G01R25/00 

(54) ФАЗОМЕТР Изобретение относится к электро-радиоизмерительной технике и может быть использовано при разработке цифровых фазометрических устройств. Известен цифровой фазометр, содержащий стробоскопические преобразователи, перестраиваемый генератор стробимпульсов, полосовые фильтры, коммутатор и низкочастотный измеритель с логической обработкой l . .Однако фазометр характеризуется большим времеием поиска необходимой частоты генератора стробимпульсов. Наиболее близким по технической сущ ности к предлагаемому является фазомет содержащий два стробоскопических преобразователя, соединенных через полосовые фильтры с низкочастотным измерителем разности фаз, генератор стробимпульсов, соединенный выходами со вторыми входами стробоскопических преобразователей, кольцо ФАПЧ с устройством поиска, соединенное через усилитель-ограничитель с выходом одного из полосовых фильтров с управляющим входом перестраиваемого генератора стробимпульсов. Фазометр обеспечивает измерение , фаз в щирюком диапазоне частот и амплитуд входных сигналов 2 . Однако за счет реальных параметров кольца ФАПЧ (инерционность, конечная полоса захвата и удержания, возможность захвата на гармониках частоты сигнала, зависимость требуемого коэффициента петлевого усиления от частоты сигнала и обусловленная этим необходимость введения частотных поддиапазонов) фазометр имеет невысокое быстродействие (время поиска и захвата даже при априорно известном значении частоты сигнала составляет десятки секунд) и требует проведение ряда ручных операций в процессе измерения, таких как выбор нужного поддиапазона, контроль захвата, что в свою очередь снижает производительность измерений и затрудняет использование прибора в автоматизированных измерительных системах. Цель изобретения - повьаиение быстродействия и автоматизации измерений. Поставленная цепь достигается тем, что в фазометр, содержащий два стробоскопических преобразователя, первые входы которых являются входами устройства, генератор стробим11уль.сов и низкочастотный измеритель разности фаз, введены соед1гае1шые между собой вычислительный и запоминающий блоки, делитель частоты и цифровой измеритель частоты, соединенный с .одним из входов фаэометра и вычислительным блоком, соединен.ным с низкочастотным измерителем разности фаз и делителем частоты, счетньй вход которого подключен к выходу генератора стробимпульсов, а выходы - к вторым входам стробоскопич;еских преобразователей, соединенных выходами с низкочастотным измерителем разности фаз. На чертеже приведена блок-схема предлагаемого фазометра. Фазометр из стробоскопических преобразователей 1 и 2, соединенных с низкочастотным измерителем 3 разности фаз, последовательно соединенных цифрового измерителя 4 частоты, вычислительного блока 5 и запоминающего блока 6, последовательно соединенных генератора 7 стробимпульсов и делителя 8 частоты е переменным коэффициентом деления, соедиленного со стробоскопическими преобразователями 1 и 2 И вычислительным блоком 5, выход которого соединен с низкочастотным измерителем 3 разности фаз. Фазометр работает следующим образом. Напрян ения, сдвиг фаз между которыми необходимо измерить, поступают на первые входы стробоскопических преобразователей 1 и 2. На вторые входы их поступают короткие стробимгсульсы частоты i стр выходов делителя 8 частоты с переменными коэффициентом деления (ДПКД), вход которого подключен к генератору 7 cтpoби fflyльcoв. Коэффициент деления ДПКД-8 . определяющий частоту стробирования, находится либо из условия наименьшего отклонения преобразованной частоты Т пр от ее некоторого среднего значения (первый режим работы стробоскопического преобразователя) , либо из условия минимизации отклонения числа считываемых точек сигнала (второй режим работы стробоскопического преобразователя): АЛ sf j.j Fnp Второй режим работы важен при испрльзованин низкочастотного, измерителя 3 разности фаз с цифровой обработкой сигнала, реализующего алгоритм дискретного преобразования Фурье. При этом с помощью стробоскопических преобразователей 1 и 2 осуществляется дискретизация сигналов во времени и перенос фазовых соотношений между последуемьшй сигналами в область частот, удовлетворяющих бь1стродействию низкочастотного измерителя разности., фаз. Значение преобразованной частоты находится , л при преобразовании нанижней боковой частота и f пр ) Р преобразовании на верхней боковой частоте, где VT - номер гармоники частоты {(-тр которой имеет место преобразование; .. - частота генератора 7 стробимпульсо ч - частота сигнала. Использование обоих боковых частот расширяет диапазон возможных значений частот сигнала, не требующих перестройки ДПКД 8. Допустимое изменение преобразованной частоты гри .заданном коэффициенте деления ДПКД 8 зависит от нестабильности частоты сигнала и требуемой точности измерения. В соответствии с диапазоном изменения пр числом считываемых точек fA , определяющих спектр преобразованного сигнала, выбирается полоса пропускания низкочастотного измерителя 3 разности фаз. Так, при fp 64 МГц; Лд- (64 - Ь2); f с - ti--(00) М Ги,, значения f пр не выходят за пределы (10-8О) кГц. Причем одной и той же частоте сигнала в зависимости от режима работы стробоскопического преобразователя соответствуют различные соот- нощения И/Кд и значения Fnp Например, при $с 10 МГц первому режиму, обеспечивающему минимально возможные отклонения частоты Fnp, удовлетворяют значения И 7; Кд 45 ( 44,445 КГц), а второму режим), обеспечивающему минимальное отклонение числа считывания точек сигнала, удовлетворяют значения VI 9; л 58, что соответствует f,,p 69 КГц и М 16. Указанные режимы и условия выбора коэффициента деления ДПКД 8 определяют алгоритм работы вьиислительного блока 5. При этом значения частоты сигнала находятся с помощь.ю цифрового измерителя 4 частоты, а программа вычислений и значенияК„р „ л р а Ранятся в запоминающем блоке 6. Для ускорения поиска необходимых коэффициентов деления ДПКД 8, обеспечивающих минимальное отклонение преобразованной частоты относительно номинальной, их значения для определенных поддиапазонов частоты сигнала могут быть вычислены предварительно и записаны в запоминающем блоке 6. Функции вычислительного блока 5 в этом случае сводятся к слежению за частотой сигнала, принятию решения о необходимости изменения Кд, выборке , его значения из запомийаюшего блока 6 и занесения ДПКД 8. Сигналы преобразованной частоты с выходов стробопреобразователей 1 и 2 поступают на входы низкочастотного из мерителя 3 разности фаз, Измерйемьй им фазовый сдвиг соответствует фазовому сдвигу между сигналами, действующими на входе фазометра. Работа вычислительного блока 5 и цифрового измерителя 4 частоты синхронизируются с работой низкочастотного измерителя 3 разности фаз. При .этом в зависимости от типа этого измерителя и рещаемой задачи возможно управление как со стороны вьнислительного блока 5 запрещающего, например, выдачу измерительной информации на регистрирующий I блок измерителя 3 на время перестройки .ДПКД 8, либо управление со стороны измерителя 3, разрешающего перестройку ДПКД 8 в паузах между циклами измерения. Кроме того, при использовании обоих боковых частот преобразования, расширяющих область возможных значений частот сигнала, не требующих перестанов ки ДКЙП 8, вычислительный блок 5 выдае соответствующую информацию на низкочастотный измеритель 3 разности фаз с целью учета знака результата измерения Таким образом, благодаря введению новых элементов и связей повышается быстродействия фазометра со стробоскопиче.ским преобразованием и полностью автоматизируется процесс измерения. Время, необходимое на начальную уста новку требуемой частоты стробирования, определяется временем измерения цифрового измерителя частоты, которое может быть выбрано в зависимости от диапазона рабочих частот, равным (О,О1-О,О01 и быстродействием вьлислительногр и запоминающего блоков 5 и 6, которое в режиме выборки предварительно вычисленных значений коэффициентов деления ДПКД 8 составляет единицы - десятки микросекунд. В известном устройстве время поиска и захвата кольца ФАПЧ при априорно известном поддиапазоне частоты сигнала достигает единиц десятков секунд, а при неизвестной частоте сигнала к этому добавляется также время на ручной поиск соответствующего поддиапазона. В предлагаемом фазометре выбор частоты стробирования и контроль за текущим значением частоты сигнала осуществляется автоматически. С помощью вычислительного блока синхронизируется работа всех узлов фазометра. Здесь также исключается опасность преобразования на гармониках частоты сигнала, связанная с появлением грубых погрешностей, легко реализуется измерегше на нижней и верхней боковых частотах. Формула изобретения Фазометр, содержащий два стробоскопических преобразователя, первые входы которых являются входами устройства, генератор стробимпульсов и низкочастотный измеритель разности фаз, отличающ и и с я тем, что, с целью повьпиений быстродействия и автоматизации измерений, в него введены соединенные между собой вычислительный и запоминающий блоки. делитель частоты и цифровой измеритель частоты, соединенный с одним из входов фазометра и вычислительным блоком, соединенным с низкочастотным измерителем разности фаз и делителем частоты, счетный вход которого подключен к выходу генератора стробимпульсов, а выход к вторым входам стробических преобразователей, соединенных выходами с низкочастотным измерителем разности фаз. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 659984, кл. 601Я 25/00, 1979. 2.Патент США Ms 33343О5, кл. 328-151, 1967.