Оптимальный фазометр

1!11682842

Всев ео1 и о

° е ® В

1Е

ОПИСАНИЕ

ИЗОЬРЕт ЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 01.07.76 (21) 2378746 18-21 (51) М. Кл, 6 01К 25/00 с присоединением заявки М

Государственный комитет (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.08.79. БюлleleIII У 32 (45) Дата опубликованпя описания 30.08.79 (53) УДК 621 317 373 (088.8) по делам изобретений открытий (72) Автор изобретения

Е. С. Бураков

Киевский ордена Ленина политехнический институт имени 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (71) Заявитель (54) ОПТИМАДЪНЪ|й ФАЗОМЕТР

Изобретение относится к фазоизмерительной технике.

Известно устройство для оптимального обнаружения сигналов, содержащее перемножители, генераторы опорных функций, делители и тригонометрические преобразователи (1).

Однако такое устройство требует для своего построения идеальных гармонических перемножителей, известные приближения к которым не позволяют достичь высокой точности измерений.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее чстырс фазовых детектора, два смесителя, подстраиваем ый генератор, с!1стему ФАПЧ, блоки деления выходных напряжений, блок Arctg отношения напряжений (2).

Однако наличие смесителей, как нелинейных элементов, приводит к фазовым искажениям исследуемого сигнала при наличии шума; кроме того, фазовые детекторы должны быть идеальными гармоническими перемножителями, реализация которых прн помощи простых схем резко снижает точность измерений; 90 сдвиг при помощи фазовращателей должен выполняться с очень высокой степенью точности, что делает устройство нетехнологичным при настройке, а точность измерений в сильной мере оказывается зависимой от стабильности параметров сигнала опорного генератора и элементов фазовращателя; к генератору опорного сигнала кроме стабильности частоты должно предъявляться очень высокое требоваí 10 к коэффициенту нелинейных искажений, величина которого прямо влияет на точность измерений. !

О Целью изобретения является повышение точности.

Цель достигается тем, что в оптимальный фазо:clp, содержащий подстранваемый генератор, два идентичных канала, каждь111 113 кОТОры. содержит пос, !едоватсльно сосдпненныс блоки деления выходных напряжений и AIctg отношения напряжений, сосднненныс соответственно с первым и вторым входамп блока вычитания, 20 выход которого соединен с отсчетным устройством, введены кольцевой пер есчетный элемент и в каждый нз каналов — блок фильтров нижних частот, блоки масштаб2-... 2к ных коэффициентов sIIl I, и cos

25 /П m первый н второй сумматор, m ключей, причем входы всех ключей каждого из каналов соединены между собой, а выходы подсоединены соответственно к входам блока фильтров н!1>кн!!х частот, выходы которого

682842

15 по числу ключсй соединены с одноименными входами блоков масштабных коэффи2 . 2 циентов sin i u cos i, выходы коm т торых соединены соответственно с входами первого и второго сумматоров, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами блока деления выходных напряжений, управляющие входы одноименных ключей обоих каналов присоединены к соответствующим выходам кольцевого пересчетного элемента, вход которого соединен с выходом подстраиваемого генератора, а управляющий вход генератора присоединен к выходу сумматора одного из каналов.

На чертеже изображена структурная схема предлагаемого фазометра.

Он содержит два идентичных канала, состоящих из группы ключей 1> — lm, 2> — 2», подключенных сигнальными входами к входу своего канала, выходы ключей подсоединены к блоку 3 (4) фильтров нижних частот, выходы которого по числу каналов соединены с одноименными входами блока

5(6) масштабных коэффициентов sin и блока 7(8) масштабных коэффициентов

2г.

COS i; выходы блока 5(6) масштабнь|х т коэффициентов подключены к сумматору 9 (10), выход которого соединен с одним из входов блока 11(12) деления выходных напря кений; выходы блока 7(8) масштабных

2к коэффициентов cos i подключены к т сумматору 13(14), выход которого соединен с вторым входом блока 11(12) деления выходных напряжений, выход последнего связан с блоком 15(16) Arctg отношения напряжений; выходы блоков 15 и 16 Arctg отношения напряжений соединены с входами блока 17 вычитания, а его выход подключен к отсчетному устройству 18. Управляющие входы одноименных ключей li — lm, 2i — 2 обоих каналов соединены между собой и подключены к соответствующим выходам кольцевого псресчетного элемента

19, вход которого связан с выходом подстраиваемого генератора 20. Управляющий вход подстраиваемого генератора 20 подсоединен к выходу сумматора одного из каналов, например сумматора 10.

Фазометр работает следующим образом.

Входные сигналы, содержащие высшие гармонические составляющие и шум, поступают на входы фазометра, Ключи 1 и 2 пропускают сигналы в определенные промежутки времени, В течение каждого промежутка времени происходит умножение сигнала на копию, задаваемую с помощью блока 5 (6) масштабных коэффициентов

sin i и блока 7(8) масштабных коэфт

З5

-10

4

2 фицис ITOB cos, и интегрирование блоm ком 3(4) фильтров нижних частот. Поскольку копия сигнала задана с помощью постоянных коэффициентов, то операция умножения входного сигнала и интегрирование могут меняться местами. Поэтому сигналы с выходов ключей 1 и 2 подаются на блок 3 (4) фильтров нижних частот, с i-ro выхода которого поступают на i-й вход блока 5(6)

2 масштабных коэффициентов sin i и на т

i-й вход блока 7(8) масштабных коэффици2к снтои cos " r, . Сигналы с i-го выхода блот ка 5(6) поступают на сумматор 9(10), а сигналы с i-го выхода блока 7(8) подаются на сумматор 13(14). С выходов сумматоров 9 и 13 (10 и 14) постоянные напряжения подаются на блок 11(12) деления выходных напряяений. Блоки 15 и 16 Arctg отношения напряжений выдают оптимальную оценку фаз входных сигналов относительно начальной фазы сро системы выходных сигналов кольцевого пересчетного элемента 19. Таким образом, на один вход блока вычитания 17 поступает значение фазы рг — гро, а на второй вход — п — rpo.

На выходе блока 17 — результат оптимальной оценки разности фаз рг — с д входных сигналов фазометра, который поступает на отсчетное устройство 18. Подстраиваемый генератор 20 управляется постоянным напряжением с выхода одного из сумматоров, например сумматора 10, и генерирует сигнал в m раз большей частоты основной гармоники сигнала. Выходные колебания подстрапваемого генератора 20 поступают на вход кольцевого пересчетного элемента

19, с i-го выхода которого сигналы прямоугольной формы подаются на управляющие входы i x ключей 1, и 2; (i = 1, 2, 3,..., т).

Фазометр свободен от погрешностей, вносимых смесителями. Копия сигнала в фазометре задается с помощью делителей постоянного напряжения и может быть выполнена с любой, наперед заданной точностью;

90 сдвиг между квадратурными составляющими копии зависит только от точности расчета и воспроизведения коэффициентов

2 2

sin 1 и cos i и не зависит от чат т стоты измеряемого сигнала и может быть точнее 0,01 . Кроме того, собственные шумы делителей напряжения постоянного тока могут быть сведены к тепловым шумам проводников, т. е. на 3 — 4 порядка ниже собственных шумов генератора копии сигнала в прототипе. Гармонический перемножитель предлагаемого фазометра содержит лишь линейные элементы — ключи, ФНЧ, делители постоянного напряжения. Конструктивно предлагаемый фазометр может быть полностью в интегральном исполнении, а при изготовлении не нуждается в какого682842

Составитель М. Барашков

Редактор Е. Караулова

Корректор Л. Орлова

Заказ 2003/9 Изд. ¹ 505 Тираж 1090 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4,5

Типография, пр. Сапунова, 2 либо рода подстройках, что свидетельствует о его высокой технологичности.

Формул а изобретения

Оптимальный фазометр, содержащий 5 подстраиваемый генератор, два идентичных канала, каждый из которых содержит последовательно соединенные блоки деления выходных напряжений и Arctg отношения напряжений, соединенные соответственно с 10 первым и вторым входами блока вычитания, выход которого соединен с отсчетным устройством, отл ич а ющи йс я тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен кольцевым пересчетным элементом 15 и в каждый канал введены блок фильтров нижних частот, блоки масштабных коэффи2-. циентов sin i u cos — 1, первый и

m т второй сумматор, m ключей, причем входы всех ключей каждого из каналов соединены между собой, а выходы подсоединены соответственно к входам блока фильтров нижних частот, выходы которого по числу ключей соединены с одноименными входами блоков масштабных коэффициентов

2а 2а

sin 1 и cos 1, выходы которых сот .m единены соответственно с входами первого и второго сумматоров, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами блока деления выходных напряжений, управляющие входы одноименных ключей обоих каналов присоединены к соответствующим выходам кольцевого пересчетного элемента, вход которого соединен с выходом подстраиваемого генератора, а управляющий вход генератора присоединен к выходу сумматора одного из каналов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Пестряков В. Б. Фазовые радиотехнические системы. М., «Сов. радио», закл.

1968, с. 236.

2. Авторское свидетельство СССР № 459741, кл. G 01К 25/00, 1973.