Способ измерения сдвига фаз между двумя синусоидальными сигналами

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА ФАЗ МЕЖДУ ДВУМЯ СННУСОИДАЛЬНЬПШ СИГНАЛАМИ , основанный на подсчете числа импульсов/ количество которых пропорционально фазовому сдвигу между ОПОРИШ4 и иэмернтеяьиъм оигналамм за измерительное время, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, дополнительио проводят серию на 2 СК-1) измереиий разностей.Ф9Э между опориьм и сдви1-360 иУтым на измерительиьм С1й иалом , между рпориьм и сэдвкиуфьм иа 1-360 .опорнь м сиги алом, aanoiwnHaiOT ре ул1Латы всех измерений и суммируют значение осиовиой разности фаз и раэпости между результатгти четшлх и .иечетиых дополнительных измерений с коэффициеитом 1/;К, 9 Н

СОЮЗ СО8ЕТСКИХ а ю

РЕСПУБЛИК (Ю (И) ця) G 01 R 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA

К АВТОРСКОМУ СВИД ЕТЕЛЬСТВЪГ (21) 3402236/18-21 (22) 02.03:82 (46) 23.11.83, Бвл 9 43 (72) М.С.Головин и С.Ю.Лапунов (53) 621.317 77(088.8) (56) 1е Авторское свидетельство СССР

Р 748273, кл. G 01 R 25/ОО» 1980.

2. Авторское свндетельст»во СССР

Р 382017, кл, G 01 R 25/00» 1973 ° (54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА

ФАЗ МЕЖДУ ДВУМЯ СЦНУСОИДАЛЬНЫИИ CHFHAJlAMH» основанный на подсчете числа импульсов, количество которых пропорционально 4азовому сдвигу мехду опорным и измерительным оигналами за измерительное время, о т л ич а в и и и с я тем, что, с целью повышения точности, дополнительно проводят серию as 2 -Ф-1) измерений разностей,4фз мазду опорным и одзинутыа на1 »аа ненерннеаавюе аннана лом, меиду опорньва и одвинутьвю на 360 опорным сигналом,запоминают результаты всех иЪмерений и суммируют значение основной разности фаз и разноски меиду результатами четных и нечетных дополнительных измерений с коэффициентом 1/ В,,1056072

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к области фазовых измерений, и может быть использовано для измерения сдвига фаэ между двумя синусоидальными сигналами с получением результата в виде цифрового кода, пригодного для ввода в цифровую ЭВМ.

Известен способ измерения сдвига фаэ, основанный на трансформации фа" зового сдвига на низкую частоту путем сравнения во времени последовательностей импульсов, сформированных иэ исследуемых сигналов, с опорной госледовательностью импульсов и последующем в ремя-импульсном преобразовании временных интервалов, пропорциональных искомому фазовому сдвигу и периоду исследуемых сигналов, а для формирования границ упомянутых временных интервалов используют соот-2О ветствуюшие выделенные, одинаковые по порядку, импульсы в последовательно идуших пакетах совпадений (1) .

Недостатком способа является низкая точность измерения из-за наличия значительной систематической погрешности, Наиболее блиэкиМ к изобретению по технической сушности является способ, основанный на подсчете числа счетных импульсов, частота которых находится в целочисленном отношении с частотой измеряемых колебаний и которые сгруппированы в пачки с длительностью, пропорциональной фазовому сдвигу и обратно.пропорцио- З5 нальной частоте колебаний, проходя-, 1

Ших на вход счетчика за измеритель1ное время, кратное периоду следования счетнйх импульсов, а сигнал, из которого формируются счетные импуль- 40 сы, сдвигают по частоте на величину,. обратно пропорциональную .измеритель-. ному времени.(2).

Недостатком известного способа является наличие значительной мульти.= 45 пликативной систематической погрешности, что не позволяет измерять фазовые сдвиги с высокой точностью, Делью изобретения является повышение точности измерений. 50

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения сдвига фаз Между двумя синусоидальными сигналами, основанному на подсчете числа импульсов, количество которых пропорционально фазовому сдвигу между опорным и измерительным сигналами за измерительное время, дополнитель" но проводят серию из 2(-1) измерений разностей фаз между опорным и о сдвинутым на " 60 измерительным сиг-.

$C налом, между опорным и сдвинутым на

360 опорнЫм сигналом, запоминают

I результаты всех измерений и суммиру 65 ют значение основной разности фаэ и разности между результатами четных и нечетных дополнительных измерений с коэффициентом 1/М.

Зависимость между значениями измеряемого фазового сдвига и количеством импульсов, фиксируемых эа измерительное время счетчиком, имеет вид И о f(o) i (1) ! где Yg количество импульсов, фиксируемых счетчиком

Чд — измеряемый фазовый сдвиг

Е(Ро)- погрешность измерений, зависяШая ат измеряемой разности фаз.

Возникновение погрешности И о ) обусловлено многими причинами, главными из которых являются связь между каналами фазометра и помехи от собственных сигналов фаэометра (квантуюцих импульсов), Иаксимальное значение погрешности измерения f(9 ) дос" тигает значительных величин (до 1 ), что снижает точность измерения фаэо- с вых сдвигов. Погрешность f { Чо) не может быть устранена при калибровке фазометра в начале измерений. Изобретение позволяет практически полностью устранить погрешность ХЯц}и тем самым повысить точность измерений, На чертеже приведена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство, реализуюШее способ, содержит первую и вторую клеммы

1 и 2, первый и второй коммутаторы

3 и 4, первый и второй формирователи 5 и 6, фазовращатель 7, блок 8 выделения временного интервала, генератор 9 импульсов, делитель 10 частоты, первый и второй клюЧи 11 и 12, счетчик 13, вычислитель 14, блок 15 индикации, блок 16 управления.

При этом первая клемма 1 через первый формирователь 5 подключена к последовательно соединенным блоку

8 выделения временного интервала, первому ключу 11. второму ключу 12, счетчику 13, вычислителю 14 и блоку

15 индикации. Генератор 9 соединен с первым ключом.11 и через делитель

10.частоты с вторым ключом 12. Блок

16 управления соединен с соответствукпцими входами блока 15 индикации, вычислителя 14, фазовращателя 7, коммутаторов 3 и 4. Клемма 2 соединена с первым коммутатором 3 и через пос« ледовательно соединенные второй коммутатор 4 и второй формирователь 6 с блоком 8 выделения временного интервала. Первая клемма 1 через коммутатор 3 и фаэоврашатель 7-подклю" чена к входу второго коммутатора 4.

Устройство работает следуюцим образом.,1056072 о о (о) Состав итель С. Моро зов

Редактор А.Шишкина Техред,С.Мигунова Корректор l1.Шароши

Заказ 9293/36 Тираж 710 Подпйс ное

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

Опорный синусоидальный сигнал поступает на первую клемму 1, а измерительный сигнал на вторую клемму 2. В первом такте измерений блок

l6 управления устанавливает первый коммутатор 3 и второй коммутатор 4 5 во второе положение ° На вход второго формирователя б поступает измерительный сигнал. Блок 8 выделения временного интервала выделяет . временной интервал 4q, пронорциональ-(0 ный измеряемому Фазовому сдвигуЧ

С помощью перного и второго ключей

11 и 12 и счетчика 13 подсчитывается количество импульсов с генератора 9,. пропорциональное измеряемому Фаэо- (5 ному сдвигу Vo за время измерения.

Количество импульсов, зафиксирован" нов счетчиком 13, равно Чо+Е(Ч )сагласно соотношению (1). Во втором такте измерений первый и второй коммутаторы 3 и 4 переводятся в первое положение.. В этом случае на вход второго Формирователя 6 поступает синусоидальный сигнал, сформированный из опорного сигнала. Фазовый сдвиг этого синусоидального сигнала задается фаэовращателем 7, который управляется блоком 16 управления.

Во втором такте измерений фазовый сдвиг Ч, вносимый фаэонращателем 7, приблизительно равен 360 /.К. Счетчик 13 фиксирует количество импульcos равное 4 +Е(Р„). Это число заносится н память вычислителя 14. Затем первый коммутатор 3 переводится во второе положение. На вход второ- 35 го формирователя б поступает измери тельный сигнал, сднинутый дополнительно на угол Ф„. Счетчик 13 фиксирует следующее количество импульсов

l Ф,4.Фо Е(М, фо1 Вследствие медленно ме- ф)

I няющегося характера Функции f(Ì)Ю(Ч1 "

= (360 / <), так как ошибка для угла 44 соответствующая 1, для Функции

4(Ч) менее О, 003.

Вычислитель 14 определяет разность между количеством импульсов, в первом и во втором случаях

4 "1="o+ (о/+ (о+< ) и заносит число ЛМ„н память.

Аналогичные операции проводятся

К-1 раэ. В результате чего получаем

I(значений разностей, имеющих вид

4И„= V + (3ЬО /М+Ч -Е(3Ь0 /,)

4 Й + f (360 (К-1)/4<+ М )-% ЗЬО (K<)/k) Суммирование полученных значений ,ай; с весом 1/К дает

К-1 K-4 ли=", Е ан; =ч, — „" :. р ьо (i-4i чД

K 1=1 K -1

° Е(ЗЬО (;-1)/1<) j (Ф)

Так как погрешность измерителя разности Фаэ Г(Мо) носит периодический характер, сумма в выражении (4) близка к нулю, и a<4 независимо от наличия погрешности (Ч„). Таким образом значительно повышается точность измерений. Как показали экспериментальные исследования, точность измерения фазового сдвига составляет 0,05+0,01 в широкой полосе частот. В макете использовался фазовращатель, позволяющий вводить 90, 180 и 270-градусные фаэовые сдвиги. Точность измерений при этом повысилась н 2-3 раза. Без значительного аппаратурного усложнения может быть использован фазовращатель, позволяющий вводить 45, 90, 135 180, 225, 270, 315-градусные фазовые сдвиги, что позволяет ловысить точность измерения в 3-5 pas.

По сравнению с известным способом предлагаемый способ позволяет повысить точность измерения фазовых сдвигов в 3-5 раз.