Способ измерения сдвига фаз

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА ФАЗ, включающий сравнение во времени опорной и фазовой послеаовательностей импульсов, сформированных из опорного и исслецуемрго периодических сигналов, с эталонной последовательностью импульсов , формирование опорной и фазовой последов а тельное те и пакетов совпадений импульсов эталонной последовательности соответственно с импульсами опорной и фазовой последовательностей, формирование опорной и фазовой последовательностей выделенных, одинаковых по порядку еле- ; дования импульсов из соответствующих последовательностей пакетов совпадений, подсчет числа периодов эталонной последовательности в каиадом из опорных интервалов, образованных ближайшими импульсами опорной последовательности выделенных импульсов, а также подсчет числа периодов эталонной последовательности в каждом из фазовых интервалов , началыюй границей которых яв ляются импульсы опорной последовательности выделенных импульсов, а конечной - ближайшие, следующие за ними, импульсы фазовой последователь- . ности выцеленных импульсов, и расчет искомого сдвига фаз, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, дополнительно циклами формируют мерные последовательности , сравнивая поочередно длительности соседних временных и тервалов, границы которых образованы ближайшими импульсами исходной последовательности, а мерную последовательность составляют из тех импульсов исходной последовательности , которые образуют конечнью (или начальные) границы интервалов, длительность которых больше (или меньI ше) предшествующих им интервалов, (Л причем в первом цикле в качестве исходной применяется опорная послецовьтельность выделенных, одинаковьгх по порядку следования импульсов из опорной последовательности пакетов совпадений , а в каждом последующем цикле исходной является мерная последовательность импульсов, сформированная в пред:л шествующем ему цикле, при этом процессформирования мерных последовательностей прекращают на том , в котором ин4 ;О тервал между соседними импульсами мереной последовательности превысит заданное значение, формируют мерный интервал между блилсайшими импульсами мерной последовательности, сформированной в последнем цикле, и в этом мерном интервале определяют суммарное число периодов эталонной последовательности, подсчитываемых в опорных интервалах, и суммарное число периодов эталонной последовательности, подсчитываемых в фазовых интервалах.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(5в G 01 R 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИЙ (21) 3448436/18-21 (22 ) 03.06.82 (46) 30.10.83. Бюп. № 40 (72) А. Д. Гуляев, В. И. Емепьяненков и Ф. И. Корзюк (71 ) Специальное конструкторскотехнологическое бюро с опытным произвоцством при Белорусском. госуцарственном университете им. B. И. Ленина (53) 621.317.77(088.8) (56) -1. Авторское свицетепьство СССР № 324588, кл. G 01 Й 25/04, 1972

2. Авторское свидетельство СССР № 748273, кл. 5 01 R 25/00, 1980. (54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА

ФАЗ, включающий сравнение во времени опорной и фаэовой послецоватепьностей импульсов, сформированных из опорного и исспецуемого периодических сигналов, с эталонной последовательностью импульсов, формирование опорной и фазовой пос, педовательностей пакетов совпадений импульсов эталонной последовательности соответственно с импульсами опорной и фазовой последовательностей, формирование опорной и фазовой последовательностей выцепенчых, одинаковых по порядку следования импульсов из соответствующих последовательностей пакетов совпацений; подсчет числа периоцов эталонной пос педоватепьности в каждом иэ опорных интервалов, образованных ближайшими импульсами опорной последовательности выделенных импульсов, а также подсчет числа периодов эталонной последовательности в кажцом иэ фазовых интервалов, начальной границей которых яв пяются импульсы опорной последовательности выделенных импульсов, а

„„Я0„„1051449 А конечной - ближайшие, следующие за ними, импульсы фазовой последователь- . ности вьшепенных импульсов, и расчет искомого сцвига фаз, о т и и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерений, цопопнитепьно цикла» ми формируют мерные послецоватепьно сти, сравнивая поочередно цпитепьности соседних временных интервалов, границы которых образованы ближайшими импупь» сами исходной поспецовательности, а мерную последовательность составляют из тех импульсов исходной пск=лецоватепьности, которые образуют конечные (или начальные) границы интервалов, длительность которых больше (ипи мень» ше) предшествующих им интервалов, причем в первом цикле в качестве ис хоцной применяется опорная последовательность выделенных, одинаковых по порядку следования импульсов иэ опорной последовательности пакетов сов» падений, а в каждом поспецуюшем цикле исхоцной является мерная поспецоватепьность импульсов, сформированная в предшествующем ему цикле, при этом процесс". формирования мерных поспецова тельностей прекращают на том цикле, в котором интервал межцу соседними импульсами мерной последовательности превысит зацанное значение, формируют мерный интервал между ближайшими импульсами мерной послецоватепьности, сформированной в последнем цикле, и в этом мерном интервале определяют суммарное число пе» риоцов эталонной поспецоватепьности, поцсчитываемых в опорных интервалах, . и суммарное число периоцов эталонной последовательности, поцсчитываемых в фазовых интервалах.

1 1081

Изобретение относится к измерительной технике и прецназначено, в частности, цля измерения величины угла сцвига фаз между цвумя периодическими cIII нала ми.

Известно устройство, реализуюшее способ измерения сдвига фаз, основанный на сравнении во времени коротких импульсов, сформированных из исследуемого и опорного сигналов, с короткими импульсами эталонного генератора, частота которого близка к частоте исследуемого (опорного) сигнала, и выделении временного интервала между выходнЫми импульсами схем совпадений, равного интервалу времени, пропорциональному углу сцвига фаз, умноженному на целое число (1)

Недостатком известного способа является возможность нефиксаций моментов совпадений коротких импульсов эталон-. ного генератора с короткими импульсами, сформированными из исслецуемого (опорного) сигнала, в случае их малого перекрытия. B связи с этим циапазон частот исследуемого и опорного сигналов сужается, так как не обеспечивается достоверность отсчетов при больших расстройках частоты эталонного генератора и частоты исследуемого и опорного сигналов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ измерения сдвига фаз, основанный на сравнении во времени после35 довательностей импульсов, сформированных из опорного и исследуемого периодических сигналов, с послецовательностью импульсов эталонного сигнала, формировании опорной и фазовой после4О цовательностей пакетов совпацений импульсов эталонного сигнала с импульсами соответственного опорного и исследуемого сигналов, выделении одинаковых по порядку следования импульсов кажцо45 го пакета совпацений опорной и фазовой последовательностей. При этом искомый фазовый сдвиг определяют по подсчитанному числу периодов эталонного сигнала между ближайшими выделенными импул

50 сами опорной последовательности, а также числу периодов эталонного сигнала, подсчитываемых в фазовом интервале, ограниченном выделенным импульсом опорной последовательности и ближайшим слецуюшим за ним выделенным импульсом

55 фазовой послецовательности.

Способ позволяет повысить цостоверность результата измерений за счет

449 2 того, что цлительности импульсов могут выбираться достаточно большими, вследствие чего фиксация совпацений обеспечивае ся в более широком диапазоне расстроек частот сравниваемых последовательнос тей (2)

Оцнако при этом погрешность квантования в области больших расстроек частот сравниваемых послецовательностей остается большой.

Цель изобретении - повышение точ» ности измерения сдвига фаз в области больших расстроек частот эталонного и опорного (исслецуемого) сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения сдвига фаз, включаюшему сравнение во времени опорной и фазовой последовательностей импульсов, сформированных из опорного и исследуемого периоцических сигналов, с эталонной последовательностью импульсов, формирование опорной и фазо вой послецовательностей пакетов совпадений импульсов эталонной последовательности соответственно с импульсами опорной и фазовой последовательностей, форми- рование опорной и фазовой последовательностей выцеленных, одинаковых по порядку следования импульсов из соответствующих последовательнос тей пакетов совпадений, подсчет числа периодов эталонной последовательности в каждом из опорных интервалов, образованных ближайшими импульсами опорной последовательности выцеленных импульсов, а также поцсчет числа периодов эталонной последовательности в каждом из фазовых интервалов, начальной границей которых являются импульсы опорной последовательности вьщеленных импульсов, а конечной» ближайшие, следуюшие за ними, импульсы фазовой послецовательности . выделенных импульсов, и расчет искомого сдвига фаз, дополнительно циклами формируют мерные послецовательности, сравнивая поочередно длительности сосецних временных интервалов, гранины которых образованы ближайшими импульсами исходной последовательности, а мерную последовательность составляют из тех импульсов исходной последовательности, zoторые образуют конечные (или начальные) границы интервалов, цлительность которых больше (или меньше) предшест вуюших им интервалов, причем в первом цикле в качестве исходной применяется опорная последовательность выделенных, оцинаковых по порядку следования импульсов из опорной последовательности паке3 1051 тов совпапений, а в каждом последуюшем цикле исходной является мерная последовательность импульсов, сформированная в препшествуюшем ему цикле, при этом процесс формирования мерных послеповательностей прекрашают на том цикле, в котором интервал межпу соседними импульсами мерной последовательности превысит заданное значение, формируют мерный интервал между ближайшими импульсами мерной последовательности, сформированной в последнем цикле, и в этом мерном интервале опрепеляют суммарное число периопов эталонной после° довательности, посчитываемых в опорных интервалах, и суммарное число периопов эталонной последовательности, попсчитываемых в фазовых интервалах. ,Измерение сдвига фаз осушествляется слепуюшим образом. 20

На начальном этапе опорный и фазовый сигналы с периодом п преобразуют в последовательности импульсов с сохранением фазового сдвига и периода и

1 сравнивают во времени с эталонной по- 2 слеповательностью импульсов, имеюшей период . При сравнении опорной последовательности импульсов с эталонной формируют послеповательность пакетов совпадений, а при сравнении фазовой последовательности импульсов с эталонной формируют фазовую последовательность пакетов совпадений.

Далее проводят формирование последовательностей вьшеленных импульсов.

Для этого из каждого пакета совпадений опорной последовательности пакетов совпадений выделяют ) -е, одинаковые по порядку следования (например, первые) импульсы и, таким образом, полу- 4, чают опорную последовательность вьщеленных импульсов. Параллельно,аналогичным образом, выделяют одинаковые по порядку следования импульсы из каждого пакета совпадений фазовой последо - . вательности пакетов совпадений и тем самым формируют фазовую последовательность выделенных импульсов. — 360

О

1Т1 гпе И дд - наперед заданное число, обеспечи аюшее требуемую точность изПроводят подсчет числа N >, периодов эталонной последовательности в каждом опорном интервале, образованном соседними импульсами апоряой последовательности выделенных импульсов (-номер опорного интервала по поряпку слепо о вания). Подсчитывают также число йц1 периодов эталонной последовательности в фазовых интервалах, начальной границей которых являются импульсы опорной по449 4 слеповательности вьщеленных импульсов, а конечной - ближайшие слепуюшие за ними импульсы фазовой последовательно сги выделенных импульсов.

B указанной послеповательности действий начального этапа осушествлется прямая трансформация искомого спвига фаз на более низкую частоту слепования пакетов совпадений путем сравнения послеповательносгей импульсов исслвдуемых сигналов с импульсами эталонной последовательности.

При этом осушествляется квантование периода Тц опорной и фазовой последовательностей импульсами эталонной последовательности с шагом ЬТо

h7î Т 0

Подсчитав число д= N; периодов этао

31 лонной последовательности в опорном интервале и число 11 = И< „в фазовом о, интервале, попавшем в 1 -й опорный ин тервал, можно вычислить искомый угол сдвига фаз по формуле

В первом цикле сравнивают поочередно соседние опорные интервалы (интер валы, границами которых являются ближайшие импульсы опорной последовательности выделенных импульсов) и вьщеляются те интервалы, длительность которЫх больше (или меньше) длительности пред шествуюших им интервалов. Для формирования мерной последовательности испсипм» зуют импульсы, образуюшие начальные (или Конечные) границы выпеленных интервалов. Определяют суммарное значение числа периодов Т эталонной последовательности в интервале, образованном со сепними импульсами мерной послеповател ьнос ти гпе 3,2 - число опорных интервалов, попавших в указанный интервал мерной последовательности. Если оказывается, что

105144 9 мерения сдвига фаз, то проводят второй цикл формироаания мерной последователь ности.

Во втором цикле сравнивают nooseредно соседние интервалы мерной после- 5 довательности, полученной в первом цикле, и вьщеляют те интервалы, плительность которых больше (или меньше) длительности прецшествуюших им интервалов. Из импульсов, образуюших начальные (или конечные) границы вьщеленных интервалов, формируют мерную последовательность второго цикла, которая является исходной цля третьего цикла.

При выполнении условия N> (Я О для мерной последовательности второго цикла аналогичным образом проводят третий . и послецуюшие циклы формирования мерных последовательностей.

Прекращают процесс формирования 20 мерных последовательностей на том

, «м цикле (к=l, 2 ...), в котором суммарное число периодов эталонной последовательности Hq удовлетворяет ус ловию El ? hl, .В качестве мерного интервала вь|бирают любой интервал межцу . ближайшими импульсами полученной мерной послецовательности и в этом интервале опрецеляют суммарное число периодов эталонной последовательности ЗО (обозначим его М" ), а также суммарное число периопов эталонной послецовательности, попавших в фазовые интервак лы (обозначим его И, ) по формуле

Ц„

35 .й" = И,.

1-

Полученные значения Й иИ испольК зуют для расчета искомого угла сдвига фаз (= — 60 к

На чертеже показана структурная cxe-

g$ ма оцного из вариантов устройства, реализуюшего способ.

Устройство содержит генератор 1 эталонной частоты, формирователи 2 и 3, элементы 4 и 5 совпадения, трит геры 6 и 7 мерного и фазового интервалов, ключи 8 и 9, счетчики 10 и 11 импульсов попавших в мерный и фазовый интервал, элемент 12 ИЛИ, М каналов, в каждый из которых входит счетчик 13- канала, регистр 14-(, блок 15-s сравнения кодов, дешифратор 16-j, вспомогательные ключи 17- < и 18-, допо нительные счетчик 19, регистр 20, блок 21 сравнения коцов и ключ 22.

Внутри каждого канала выход счетчика 13- (соецинен с KonoBblvl входом регистра 14- и первым входом блока

15- сравнения копов. Второй ахоп блока 15- q соединяется с вхоцом дешифратора 16- 1 и выхоцом регистра 3.4- .

В

Выход блока 15 < сравнения кодов соециняется с управляюшим входом клк ча 17-i. Выход дешифратора 16- coe«« пиняется с управляюшим вхоцом клю1 ча 18-ь Управляющие входы счетчика

13- < регистра 14- j внутри кажпого канала, начиная с второго, соединены межпу собой и с импульсными входами кпючей 17 и 18, а затем соединяются с выходом ключа 17-(- () предыпушего канала. Входы счетчика 13-1, регистра 14-1, ключей 17-1, 18-1 первого канала соепинены между собой и с выходом элемента 4 совпадения. Выходы ключей 1 8- < кажц ого канала, а также выход ключа 17- tq последнего канала соединяются с соответствующими входами элемента 12 ИЛИ. Бы- ход гене ра тора l э талонной час то ты соединяется с импульсными входами сче тчиков 1 3- всех каналов, с пе рвь.— ми входами элементов 4 и 5 совпадения, импульсными входами ключей 8 и 9 и импульсным входом дополнительного счетчика 19. Быхоцы формирователей 2 и 3 соединены с вторыми вхоцами элементов 4 и 5 совпадения. На входы формирователей 2 и 3 поступают опорный и исследуемый сигналы. Выхon элемента 5 совпадения соединен с уп= равляюшими вхоцами цополнительного счетчика 19, регистра 20 и импульсным вхоцом ключа 22. Выход дополнительного счетчика 19 соединен с первым входом блока 21 сравнения кодов и с кодовым входом регистра 20, выход которого соецинен с вторым вхоцом onoxå 21, сравнения кодов. Выход блока 2: срав= нения .кодов соединен с импульсным входом ключа 22, выход которого соецинен с вторым управляюшим входом триггера 7 фазового интервапа. Первый управляюший ахоп триггера 7 фазового интервала соединен с выходом ключа 17l первого канала. Выход триггера 7 фазового интервала соединен с вторым управляющим входом ключа 9, первый управляюший вход которого соединен с управляюшим входом ключа 8 и выходом триггера 6 мерного интервала,. Быходы ключей 8 и 9 соединены соответствен-7

I но с входами счетчиков 10 и 11 импульсов. Выход счетчика 10 импульсов соецинен с вторым управляюшим вхопом триггера 6 мерного интервала, первый управляюший вход которого соединен с выход ом элемента l 2 ИЛИ.

Устройство работает слепуюшим образом.

Счетчик 13-1 непрерывно провопит попсчет поступаюших на его вход генератора 1 эталонной частоты импульсов.

Однако, каждый раз по запн.му фронту импульса совпадения, поступаюшего в канал с элемента 4 совпацения, содержимое счетчика 13-1 переписывается в регистр 14-1, а сам счетчик обнуляется, Одновременно блок 15-1 сравнения кодов проводит непрерывное сравнение поступления импульса совпадения содержимое счетчика больше (или меньше) содержимого регистра, на выходе блока 15-1 формируется импульс, открываюший ключ 17»1, который пропускает импульс, поступаюший в это время на

его импульсный вход, Блок 15-1 формирует на выходе импульс, если содержимое счетчика 13-1 больше содержимого регистра 14-1.

После .прекрашения пействия импул сов совпадения первого пакета содержимое счетчика 13«1 снова начинает увеличиваться к моменту прихода первого импульса второго пакета импульсов совпадений уже превышает содержимое регистра 14-1 ° И вновь первый импульс второго пакета импульсов совпадений проходит на выход блока 15-1.

Таким образом, в первом канале будут выделены первые импульсы пакетов импульсов совпадений, т.е. проведено формирование опорной последовательности выделенных импульсов совпадений.

Последовательность выделенных в первом канале импульсов поступает на вход второго канала, гпе аналогичным образом проводится первый цикл формирований мерной последовательности выцеленных импульсов совпадений.

В момент достижения счетчиком 13- t заданного числа К>„, на выходе дешифратора 16- < устанавливается потенциал, открываюший ключ 18- 4 и запираюший

I счетчик 13-<. С выхоца ключа 18-j, будут прохоцить на элемент 12 ИЛИ импульсы, поступающие на его импульсный вход с выхода ключа 17-(s-l).

Триггер 6 мерного интервала по одному из импульсов с выхоца элеТц

$7 N Е

Н

Al>4

Из этого соотношения следует, что шаг квантования Ъ 1 в („1ю } раз меньше шага квантованиИ дно, кото рый присущ известному способу.

Таким образом, предлагаемый сцо соб обладает бопее высокой точностью измерений угла сдвига фаз.

51449 8 мента 12 ИЛИ открывает ключ 8 и подготавливает к открытию ключ 9. Импуль сы генератоа 1 эталонной частоты через ключ 8 поступают на счетчик 10, кото рый начинает их подсчет. После того, как содержимое с етчика 10 станет достаточно большим, на второй управляю ший вхоп триггера 6 мерного интервала поступает потенциал, разрешаюший в момент прихода очередного импульса с выхопа элемента 12 ИЛИ закрыть ключи8и9.

С помошью дополнительного счет чика 19, регистра 20, блока 21 сравнения копов и ключа 22 из фазовой после» довательности также формируется фазовая послеповательность ьыпеленных импульсов совпадений; которые спвинуты по фазе относительно импульсов последователь

20 ности, получаемой на выходе первого канала. Обе эти послеповательности с выходов ключей 17- < и 22 подаются на упоавляюшие Bx01gLi триггера 7 фазового интервала. После прихода импульса с выхода клю и 17.- на выходе триггера 7 фазового ш.торвала вырабатывается потенциал, открываюший ключ 9, а импульс с выхода клю.а 22 вызывает на выходе триггера 7 потенциал, закрывакь

30 ший ключ 9. Если на обоих управляюших входах ключа 9 присутствуют потенциалы, открываюшие его, то ключ 9 открывает» ся и импульсы с генератора 1 эталонной, частоты проходят на счетчик 11. Счет чпк 11 подсчитывает суммарное количество импульсов, попавших в фазовые интервалы, ограниченные одним выделенным мерным интервалом. Деление числа, подсчитанного счетчиком 11, на

40 число, попсчитанное счетчикоМ 10, и о умножение на 360 дает искомый угол сдвига фаз в градусах.

Шаг квантования " периода "ц и временного интервала в случае ис »

45 пользования мерного интервала, псрту ченного на 1(-м 1п.кле, опрецеляется зависимостью

108 1 449

8/44 сное тная,4