Измеритель сдвига фаз

 

Изобретение может быть использовано при разработке фазометрических устройств и позволяет повысить точность измерения сдвига фаз. Измеритель содержит стробоскопический v преобразователь 1, аналого-цифровой преобразователь 2 сумматоры 3 и 12, регистры 5 и 13, вычислитель 6, запоминающий элемент 7, перемножители 8-11, синхронизатор 14, делитель 15 частоты, формирователь 16 и блок 14 вычитания. Измерение фазового сдвига обеспечивается с помощью устройства , в основе которого заложено использование в обратной связи звена вида expju)t, т.е. комплексного резонатора , что позволяет уменьшить полосу пропускания. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1366966 А 1 (бр 4 G 01 В, 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4042568/24-21 (22) 24.03.86 (46) 15.01.88. Бюл. К- 2 (71) Красноярский политехнический институт (72) С.П. Панько (53) 621.317.77(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 767664, кл. G 01 R 25/00, 1977.

Авторское свидетельство СССР

N- 741186, кл. G 01 R 25/00, 1977. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ СДВИГА ФАЗ (57) Изобретение может быть использовано при разработке фазометрических устройств и позволяет повысить точность измерения сдвига фаз. И ме. ритель содержит стробоскопический преобразователь 1, аналого-цифровой преобразователь 2 сумматоры 3 и 12, регистры 5 и 13, вычислитель 6, запоминающий элемент 7, перемножители

8-11, синхронизатор 14, делитель 15 частоты, формирователь 16 и блок 14 вычитания. Измерение фазового сдвига обеспечивается с помощью устройства, в основе которого заложено использование в обратной связи звена вида ехр jot, т.е. комплексного резонатора, что позволяет уменьшить полосу пропускания. 1 ил. ты выборок, производимых стробоскопическим преобразователем 1 под воздействием импульсов с выхода синхронизатора 14. Делитель 15 частоты (счетчик, емкость которого равна р) предназначен для ограничения времени измерения, формирователь 16 — для формирования импульса в момент начала периода опорного сигнала. Этим импульсом делитель 15 частоты устанавливается в нулевое (исходное) состояние, а переполняется он через р отсчетов, т.е. к концу периода опорного колебания. Таким образом обеспечивается ограничение времени измерения и привязка его к периоду опорного сигнала. Этот же импульс используется для обнуления регистров

5 и 13 к началу измерения.

Входной информационный сигнал будет представлять в комплексном виде. Тогда в первом регистре 5 будет накапливаться реальная часть результата X а во втором регистре 13 мнимая часть У. В запоминающем элементе 7 хранятся два заранее вычисленных кода: cos2 1 /р (подключен к первому выходу запоминающего элемента 7) и sin2 é /р (подключен к второ— му выходу запоминающего элемента 7).

Запись коэффициентов в запоминающий элемент 7 производится методом "программирования или прожигания до установки этого элемента в прибор.

Должны быть предусмотрены меры по обеспечению длительного хранения коэффициентов, в том числе и при выключенном приборе. Перемножители

8-11 так же, как и сумматоры 3, 12, блок 4 вычитания и вычислитель 6, работают с многоразрядными двоичными параллельными кодами, поэтому линии связи между АЦП 2, сумматорами 3, 12, блоком 4 вычитания, регистром 5, вычислителем 6, запоминающим элементом 7, перемножителями 8-11 являются многоразрядными. По остальным линиям связи распространяются аналоговые сигналы или управляющие импульсы. Операции перемножения производятся всеми четырьмя перемножителями на каждом --акте, т.е. для каждого

Значения Х и У определяются по формулам:

2 . 2п

Х =х. +Х. cos — — Y sin

11 p >-1 P

1 1366966

Изобретение относится к электрорадиоизмерительной технике и может быть использовано при разработке фазометрических устройств пбвышенной точности.

Целью изобретения является повышение точности.

Сущность изобретения состоит в том, что измерение фазового сдвига 10 обеспечивается с помощью устройства, в основе которого заложено использование в обратной связи звена вида expjм t, т.е. комплексного резонатора. Это позволяет уменьшить 1 полосу пропускания и, как следствие, повысить точность измерения.

На чертеже приведена структурная схема измерителя сдвига фаэ.

Измеритель содержит последователь- 20 но соединенные стробоскопический преобразователь 1, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, первый сумматор 3, блок 4 вычитания, первый регистр 5 и вычислитель 6, запоминающий элемент 7 соединен с первым 8, вторым 9, третьим 10 и четвертым 11 перемножителями. Измеритель содержит также второй сумматор 12, второй регистр 13, синхронизатор 14, дели- 30 тель 15 частоты и формирователь 16.

Выход первого перемножителя 8 соединен с входом первого сумматора 3.

Выходы второго 9 и четвертого Ii перемножителей подключены к входам второго сумматора 12, выход которого через второй регистр 13 соединен с вычислителем б.

Измеритель работает следующим образом. 40

На клеммы "Вход" 17 и 18 поступают сигнал с измерительным фаэовым сдвигом и опорный сигнал соответственно. Синхронизатор 14 является по существу умножителем частоты и фор- 46 мирует на выходе импульсы с периодом д =T/р, где Т вЂ” период входного сигнала, р — количество отсче— тов, укладывающихся в одном периоде входного сигнала. Стробоскопический преобразователь 1 и аналого-цифровой преобразователь 2 производят операции квантования по времени и дискретизации по уровню так, что на выходе аналого-цифрового пре- 55 образователя 2 присутствуют коды отсчетов х (где 0 < i (р), соответствующие мгновенным значениям входного измерительного сигнала в момен1366966 4 преобразователя 1, АЦП 2, регистров

5, 13, запоминающего элемента 7 °

Результат измерения получается в результате операции ц= arctg Х /У

2ц 2п

jY,, = j (Х. sin — + Y. cos

1-1 P 1- 1 P

Выражения для Х и У . получены из уравнения рекурсивного фильтра с комплексным резонатором.2Г у. =х, + exp(j ) у, ! (j — мнимая единица), для которого можно получить реальную R у и мниP Р. мую Imy Р составляющие в последней точке выходной последовательности .

Ур:

Р

R у =, х,. cos (р i);

1=0

2ц олпу =.С х . sin (р-i) .

1ис 1 P

Эти выражения отличаются от традиционного дискретного преобразования

Фурье зеркальным следованием тригонометрических коэффициентов, что приводит лишь к смене знака вычисляемого результата измерения

2ц

Код произведения Х. cos фор1- $ Р мируется на выходе первого перемножи"

2ц теля 8, произведения У sin â — на

Р выходе перемножителя 10, произведе2п ния Х. sin — —. на выходе второ—

1 — 1 P го перемножителя 9, произведения

2iI

У. = cos — на выходе четвертого

1-1 Р перемножителя 11. Суммирование ко2Т! дов х . + Х - cos обеспечивается

1 1- 1

P первым сумматором 3, а вычитание иэ

2Ц этой суммы У.. sin — блоком 4 вы1- 1 P читания. Пуск стробоскопического преобразователя 1, а также. аналого-цифрового преобразователя 2, запись чисел в первый 5 и второй 13 регистры, выборка коэффициентов из запоминающего элемента 7,обеспечиваются импульсом с выхода синхронизатора 14, воздействующим на управляющие входы где Х и У„ — значения кодов в регистрах 5 и 13 на момент окончания времени измерения. т.е. когда достигает своего максимального значения р. На вычислитель 6 поступают

15 все текущие значения Х; и У; только в момент переполнения делителя

15 частоты на управляющий вход вычислителя 6 поступает импульс-команда на начало вычисления. Вычислитель 6

20 реализует операцию. arctgX /У . Возг г можны различные варианты его построения. На вычислитель 6 возлагаются также функции индикатора.

Эффективность предлагаемого уст-: ройства по сравнению с прототипом определяется более узкой полосой пропускания.

Коэффициент передачи предлагаемого устройства (в аналоговом представЗо ленин — K,(j w= 1! Т+(ш Т, а прототипа К2 (j u )

1.п Т/г

Полоса пропускания определяется по р5 известнОЙ формуле

< Ру - - — у J К <и ) 1 а, а а

40 где К 11, — коэффициент передачи на средней частоте ы в полосе пропускания.

В данном случае принято: К(ы ) =1. В результате интегрирования получим, 45 что полоса пропускания прототипа

Я„ = ii /Т, а предлагаемого устройства — Я г- "Ii /2Т.

В соответствии с полосами пропускания дисперсия шумов в прототи50 пе (Ь ) в два раза больше, чем в

Ш 1

2 предлагаемом устройстве (Ь 2 ). Отсюда отношение дисперсий погрешности прототипа Ь, и предлагаемого устройства 62 также равно 2.

Таким образом, предлагаемое устройство по дисперсии погрешности в

2 раза эффективнее прототипа.

Составитель Ю. Макаревич

Техред Л.Олейник Корректор А.Тяско

Редактор А. Маковская

Заказ 6835/45 Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва. Ж-35, Раутскля наб. д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 13669

Формула изобретения

Измеритель сдвига фаз, содержащий синхронизатор и формирователь, по входам соединенные с входом опорного сигнала, стробоскопический преобразователь, первым входом подключенный к входу исследуемого сигнала, делитель частоты, первым входом сое- 10 диненный с формирователем, а вторым— с выходом синхронизатора, аналогоцифровой преобразователь, входом соединенный с выходом стробоскопического преобразователя, запоминающий 15 элемент, первый .и второй сумматоры, первый регистр и второй регистр, соединенный по входу с выходом второго сумматора, первый перемножитель, первым входом соединенный с первым 20 выходом запоминающего элемента, а выходом — с первым входом первого сумматора, второй перемножитель, первым входом подключенный к второму выходу запоминающего элемента, а выходом — к первому входу второго сумматора, вычислитель, входами соединенный с выходами первого и второго регистров, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности, он снабжен блоком вычитания, первым входом соединенным с выходом первого сумматора, а выходом — с входом первого регистра, третьим перемножителем, первый вход которого соединен с выходом второго регистра, второй вход — с вторым выходом запоминающего элемента, а выход — с вторым входом блока вычитания, четвертым перемножителем, первый вход которого соединен с выходом второго регистра, второй вход — с первым выходом запоминающего элемента, а выход — с вторым входом второго сумматора, вторые входы первого и второго перемножителей подключены параллельно к выходу первого регистра, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с вторым входом первого сумматора, второй вход стробоскопического преобразователя, управляющие входы аналого-цифрового преобразователя, первого и второго регистров и злпоминлющего элемента параллельно соединены с выходом синхронизатора, выход делителя частоты. соединен с управляющим входом вычислителя.