Способ измерения сдвига фаз электрических сигналов

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА ФАЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИРНАЛОВ по авт.св. № № 928247, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения, один из сигналов сдвигают по фазе на удвоенное значение измеренного фазового сдвига и проводят дополнительные измерения сдвига фаз.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„Я0„„1046702 А

3(50

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA г ..

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61), 928247. (21) 3333857/18-21 (22) 04. 09..81 (46) 07. 10. 83. Бюл. Р 37 (72) П.A.Ëoïàðäèí и М.К.Чмых (71) Красноярский политехнический институт (53) 621.317.77(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство ГССР.

9 928247, кл. G 01 Р 25/00, 1978. (54) (57) СПОСОБ ИЗИЕГЕНИЯ СДВИГА

ФАЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ по авт.св. Р М 928247, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерения, один из сигналов сдвигают по фазе на удвоенное значение измеренного фазового сдвига и проводят дополнительные измерения сдвига фаз.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

1 (1 4 r) j 0 2

П эобретенне от носится к радиоиэмери тель ной технике и может быть испольэовано для измерения сдвига фаэ зашумлен««ых электрических сигналов н

«пи рок ом частот ном диапа эо не .

По основному ант.сн. 9 928247 известен способ измерения сдвига фаз электрических сигналов, заключающийся н том, что измеряемый сигнал ограничинают, преобразуют по квадратурным составляющим, перемножают, накапливают и по их отношению определяют значение фазового сдвига(1 3.

Недостатком способа является .наличие систематической погрешности измерения, зависящей от отношения сигнал/шум. (C увеличением отношения сигнал/шум погрешность возрастает и достигает 4.1 ).

Цель изобретения — повышение точности измерения эа счет уменьшения систематической погрешности измерения, зависящей от фазового сдвига.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, заключающемуся н том, что измеряемый .сигнал предварительно ограничивают, преобразуют по квадратурным составляющим, перемножают составляющие, накаплинают и по отношению их определяют значение фазового сдвига, один иэ сигналов сдвигают по фазе на удноенное значение измеренного фазового сдвига и проводят дополнительные измерения сдвига фаэ.

На фиг.1 и 2 принедены графики, характеризующие зависимость погрешности от фазового сдвига; на фиг.З структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство для реализации способа состоит иэ формирователя 1, гене ратора 2 опорного напряжения, логических элементон 3 и 4, коммутируемых фазовращателей 5 и б, блока 7 управления, генератора 8 импульсов, счетчиков 9-11, вычислительного блока 12.

Сущность данного способа заключается в использовании определенных особенностей зависимости систематической погрешности от фазового сдвига. Зависимости, приведенные на фиг.1 и 2, описываются аналитическим выражением

5 где о (01« Р

Чк о

Приведение к первому квадранту

1.5 производится путем прибавления к Ч" угла n ° 90 где n = — 1, 2 ... до тех пор, пока при некотором A не будет выполнять. ся неравенство

2О О(90О -2q (90 (5) Значение Ч ) лР =

=в 90 — 2 Ч соответствует приве75 денному к первому квадранту углу.

Нэ свойства зависимости погрешности от фаэоного сдвига (Э ) вытекает предлагаемый способ, заключающийся в том, что один иэ сигналов, в частности измеряемый сигнал, сдвигают по фазе на угол Чо, определяем«дй по (4 ), и проводят дополнительное измерение, а измеряемый фазовый сдвиг вычисляют по формуле

35 ".д р. иэм 2

При приведении фазового сдвига по опорному сигналу Ч определяется соотношением

40 Ч =(- Ч) («) о пр, а измеряемый фазовый сдниг по формуле

Ч 2 Чо

ИЪМ

При значении фазового сдвига, определяемого по форМулам (3 ) или (7 ), погрешность н дополнительном измерении равна по абсолютной величине и противоположна по знаку погрешности первого измерения.

В зависимости от требуемой точности измерения операции сднига фаэ

55 и дополнительного измерения проводят несколько раз, так как остаточная погрешность обусловлена тем, что значение фазового сдвига определяется неточно, с погрешностью первого измерения. Повысить точность измерения можно путем повторного проведения указанных операциЯ. В этом случае точность определения фазового сдвига будет более высокой, соответственно повысится результирующая

65 точность измерения. нЧ(Ч) = С с)„э1п4 и Ч, (>1 н" где dÄ вЂ” коэффициенты, зависящие от и, отношения сигнал/ . шум и структуры помех (шумов ).

Как видно из выражения(1) и гра иков на фиг.1 и 2, зависимость 4 Чф имеет свойство дЧ(Ч) дЧ (и 90-Ч), (2) гд л =- О, 1, 2,...

На основании f2)можно записать дЧ(Ч) =-Д Ч(Ч V ) (3) приведенное к перному квадранту значение Ч"

В некоторых случаях целесообразно осуществлят| фаэовые сдвиги, равные P . = i 90 !п1, где т — число дополнительных измерений, 1 — номер дополнительного измерения. В этом случае проводятся 11 дополнительных измерений, в каждом из которых вносимый фазовый сдвиг увеличивается на 907 m . Погрешность при этом уменьшается до величины, определяемой в отличие от (1) формулой

4 (4 ) = дл 5(п 4В 3 т.е. из погрешности будут исключены rn первых наиболее интенсивных составляющих.

Способ реализуется при помощи устройства следующим образом. 20

Измеряемый сигнал S(+ ) подается на формирователь 1 где происходит

его ограничение и.далее на первые входы логических элементов 3 и 4.

Генератор 2 опорного напряжения форми-21 рует две опорные прямоугольные импульсные последовательности сдвио

1 нутые на 90.. Синфазная составляющая импульсной последовательности совпадает по фазе с опорным сигналом

=< () . Опорные импульсные последовательности сдвигаются Ilo фазе при помощи коммутируемых фазовращателей 5 и 6 и поступают на вторые входы логических элементов 3 и 4. При помощи логических элементов 3 и 4 выполняются операции перемножения. Импульсные сигналы с логическими уровнями с выхода логических элементов 3 и 4 управляют работой счетчиков 9 и 10, во время действия логических единиц 4р счетчик накапливает импульсы, поступающие с генератора 8 импульсов.

Все время иэмеренг я разбивается на несколько циклов. В первом цикле измеряется сдвиг фаэ беэ введения дополнительного фазового сдвига Чр коммутируемого фазоврашателя, т.е. „ = О. В счетчиках 9 и 11 нак:апливаются числа Нс,и N>„. В счетчике 10, который открыт в течение цик- а, накапливается число М . В вычисительном блоке 12 результат измерения фазового сдвига вычисляется, например, по формуле

Я - H

ore t9С1 )51 о (возможна и другая формула );

Во втором цикле вводится сдвиг (о = о.„ где 4 о определяется по формуле (4). В вычислительном блоке 12 находится второе значение фазового сдвига Й вЂ” и г = а " с 1 . — — —.-

С2 о

2 Й Й где 2, Й вЂ” числа, накопленные в

И счетчиках 9 и 11.

Результирующий фазовый сдвиг нахо дится в вычислительном блоке 12 по формуле (б ). Полученное зна-.ение фазового сдвига9„ имеет погрешность, значительно меньшую, чем погрешность исходных измерений. Для повышения точности можно провести повторное измерение с уточненным значением вводимого фазового сдвига V о о2 определяемого также по формуле (4), где в качестве Y берется полученное значение Р,„ „,.

Положительный эффект предлагаемого способа заключается в значительном повышении точности измерения сдвига фаэ. Основная погрешность при использовании способа может быть уменьшена от значения 4О в известном способе до сотых долей градуса.

1046702

Составитель Л.Прохорова

Редактор Н.Гришанова Техред g.wóçüìà Корректор А.Ильин

Заказ -7724/45 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4