Способ определения сдвига фаз

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СДВИГА ФАЗ, основанный на трансформации фазового сдвига на низкую частоту путем сравнения во времени последовательностей импульсов, сформированных из исследуемых сигналов, опорной последовательностью импульсов и последующим время-импульсным преобразованием временных интервалов, пропорциональных искомому сдвигу фаз и периоду исследуемых сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, границы временных интервалов для определения сдвига фаз формируют по центральным импульсам пакетов совпадений, для чего определяют импульсы опорной частоты от начала первого пакета в первом канале до начала первого пакета во втором канале, от начала первого пакета в первом канале до конца второго пакета в первом канале, коли.чества импульсов в первом и втором пакетах первого канала и первом пакете второго канала. Т гГп п rin п п п п п п п п п п п nj S nk nnnnnnn UHIKM л HI iHt n n n n n ji n nnnn t i zи.., iI 2S о so -xl nn nnnnnnt «r-i м nnnrinnn nr-z 4-t 4r

СООЭ СОВЕТСНИХ

OUHI

РЕСПУБЛИК (! 9) ((l) (5!)4 G 01 R 25 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К OBTOPCITOOIV ВВКВВТВВЬВТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПЮ ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3739668/24-.21 (22) 10.05.84 (46) 23.10.85. Бюл. У 39 (72) В.Е.Тырса (71) Харьковский автомобильно-дорожный институт им. Комсомола Украины (53) 621.317.373(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 324588, кл. G 01 R 25/00, 1977.

Авторское свидетельство СССР

У 748273, кл. G 01 R 25/00, 1977. (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СДВИГА

ФАЗ, основанный на трансформации фазового сдвига на низкую частоту путем сравнения во .времени последовательностей импульсов, сформированных из исследуемых сигналов,.опорной последовательностью импульсов и последующим время-импульсным преобразованием временных интервалов, пропорциональных искомому сдвигу фаз и периоду исследуемых сигналов, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, границы временных интервалов для определения сдвига фаз формируют по центральным импульсам пакетов совпадений, для чего определяют импульсы опорной частоты от начала первого пакета в первом канале до начала первого пакета во втором канале, от начала первого пакета в первом канале до конца а

И второго пакета в первом канале, коли; чества импульсов в первом и втором пакетах первого канала и первом пакете второго канала.

1 1187

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к области фазовых измерений, и может быть использовано для измерения сдвига фаз между двумя периодическими сигналами с получением результата в виде цифрового кода, пригодного для ввода в ЭЦВМ;

Цель изобретения - повышение точности измерения. 10

Использование данного способа заключается в повышении точности результата измерения за счет уменьшения погрешности от нестабильности длительности импульсов и пороговых уровней 15 в каналах обработки информации, что позволяет измерять временные интерва-. лы, соответствующие фазовым сдвигам с пикосекундным разрешением при аппаратурной реализации устройства на серийно выпускаемь»х микросхемах среднечастотного диапазона.

На фиг. 1 представлны диаграммы формирования временных интервалов для определения сдвига фаз предла- 35

:,гаемым способом, на фиг. 2 — блоксхема устройства реализующего предлагаемый способ.

Из исследуемых периодических сигналов формируются последовательности импульсов длительностей с» и »z синфазных с исследуемыми сигналами, искомый угол сдвига фаз между которыми соответствует временному сдвигу 1» (фиг. 1а, б). Далее каждую иэ этих последовательностей импульсов подают на первые входы соответствующих элементов совпадения, на вторые входы которых поступают л импульсы длительностью r> опорной частоты fz, близкой частоте 1»

40 исследуемых сигналов (фиг. 1в).

Если периоды Т «» и Т » и

4 „ = 3. длительность сигналов »,, и »э таковы, что удовлетворяют условиям Ф5

097 где

{ .-М »» о»»

tf — ЗЬΠ— 360

Т» т (4) где

20 0, Ф вЂ” цифровые эквивалентны Т и Т> определяемые по формулам

V (5) 50

55 то на выходах эЛементов совпадений формируются периодические следующие пакеты импульсов совпадения. Число импульсов совпадения в пакетах

»»т = дт {"" ""4 (т (3)

Процесс измерения сдвига фаз заключается в формировании ряда временных интервалов (фиг. 1) и определении искомого значения согласно следующему выражению где Ng — количество периодов Т» опорной частоты между началами первых пакетов в первом и втором канале, соответствующие

N g — количество периодов Т» между началом первого пакета и концом второго пакета в первом .канале, соответствующее Т»»

Й »» » количества импульсОВ В

П»» 1 первом и втором пакетах первого кан а, соответствуще Т„,;

Т„ » — количество импульсов в первом пакете второго канала, соответствующее Т„

В соответствии с (4) и (5) в качестве границ получаемых временных интервалов используют центральные импульсы пакетов совпадений, для чего подсчитывают импульсы опорной частоты от начала первого пакета в первом канале до начала первого пакета во втором канале, от начала первого пакета до конца второго пакета в первом канале и количества импульсов в первом и втором пакетах первого канала и первом пакете вто-. рого канала.

Устройство (фиг. 2) содержит формирователи 1 и 2 импульсов, элемен,ты И 3 и 4, генератор 5 импульсов опорной частоты, формирователи 6 и 7 прямоугольных импульсов, триггер 8 пуска, элементы И 9 и 10, формиро1187

45 з ватель 11 остроконечных импульсов, триггер 12, элемент И 13, счетчик 14, элемент И 15, счетчик 16, формирователь 17 остроконечных импульсов, триггер 18 со счетным входом, формирователь 19 остроконечных импульсов, триггер 20,.элементы И 21 и 22, счетчик 23, формирователь 24 остроконечных импульсов, триггер. 25, элемент И 26, счетчик 27, формирова- 10 тель 28 остроконечных. импульсов и .микропроцессор 29. Формирователь 1 через элемент И 3 соединен с формирователем 6, выход которого соединен с формирователями 11 и 17. Формирователь 2 через элементу И 4 соединен с формирователем 7, выход которого соединен с формирователями 24 и 28.

Выход генератора 5 импульсов опорной частоты соединен с вторыми входами элементов И 3, 4, 15 и 21. Выход формирователя 11 через элемент И 9 соединен с одним входом триггера 12, второй вход которого соединен через формирователь 19 и триггер 18 с выходом формирователя 17 и непосредственно с входом микропроцессора 29. Второй вход элемента И 9 соединен с выходом триггера 8, один вход которого соединен с входной клеммой "Пуск", а второй — с выходом формирователя 17, выход триггера 12 через элемент И 13 соединен с входом счетчика 14, через элемент И 15 с входом счетчика 16. Второй вход элемента И 13 соединен с выходом элемента И 3.

Один вход триггера 25 соединен с выходом формирователя 28, а вто- 40 рой — через элемент И 22 соединен с выходом,.формирователя 24 и одним входом триггера 20, второй вход которого через элемент И 10 соединен с выходом триггера 8. Второй вход элемента И 10 соединен с выходом формирователя 11. Выход триггера 20 через элемент И 21 соединен с счетчиком 23, а выход триггера 25 через элемент И 26, второй вход которого связан с выходом формирова:теля 4, соединен с входом счетчика 27. Выходы счетчиков 14, 16, 23 и 27 соединены с входами микропроцессора 29. 55

Измерение производят следующим образом.

097 4

Исследуемые периодические сигналы с частотой f формирователями 1 и 2

1 преобразуются в последовательности импульсов длительностей, и с (фиг. 1а, б). Так как имнульсы входных последовательностей синфаэны с исследуемыми сигналами, то между ними сохраняется искомый угол сдвига фаз с соответствующим ему временным сдвигом 1 . Далее входные последовательности импульсов поступают на первые входы элементов И 3 и 4 совпадения, на вторые входы которых пос/Ъ тупают импульсы длительности с, опорной частоты f с управляемого генератора 5, частота которого близка частоте f входных исследуемых сигналов. Пакеты импульсов совпадений поступают на входы формирователей 6 и 7, на выходах которых образуются протяженные прямоугольные импульсы длительностей Т h и Т 82 соответственно (формирователи 6 и 7 представляют собой однотактные ждущие мультивибраторы, период релаксации которых выбирается несколько больше периода опорной частоты. В этом случае с приходом первого импульса пакета элемент 6 или 7 переходит из состоя1 ния "0" в состояние "1" и удерживается в этом состоянии до окончания пакета совпадений.

В соответствии с (5) по команде "Пуск" триггер 8 опрокидывается, разрешая прохождение в элементы И 9 и 10 положительного импульса, соответствующего началу первого пакета в первом канале, с формирователя 11 (в простейшем случае — это цепочка, дифференцирующая прямоугольный импульс длительности Tq,, сформированный формирователем (6). Импульс начала первого пакета в первом канале с выхода элемента И 9 поступает на триггер 12, которьй, опрокидываясь, разрещает прохождение через элемент И 13 импульсов первого пакета в первом канале в счетчик 14, а через элемент И 15 импульсов опорной частоты в счетчик 16. Триггер 1.2 остается в опрокинутом состоянии до тех пор, пока не пройдет второй пакет совпадений в первом канале.

Импульсы конца первого и второго пакетов в первом канале, с выхода формирователя 17 дважды опрокинут триггер 18 и отрицательный перепад напряжения на его выходе, сформиро1187097 ванный формирователем 19, соответствукяций концу второго пакета в первом канале, вернет триггер 12 в исходное состояние. Таким образом, :в счетчике 14 будет зафиксировано

К„„ + H, импульсов, а в счетчике 16 — Ng импульсов.

Подсчет количества импульсов осуществляется следующим образом.

После команды "Пуск" потенциал триггера 8 разрешает прохождение импульса с формирователя 11 через элемент И 10 на триггер 20, потенциал которого, в свою очередь, является разрешающим для элементов И 21 и 22.

С. этого момента импульсы, опорного гечератора 5 через элемент И 21 поступают в счетчик 23 и подсчитываются до момента образования прямоугольного импульса длительностью Т„ формирователя 7. Из переднего фронта импульса формирователь 24 формирует импульс, который возвращает триггер 20 в исходное состояние, эле» мент И 21 закрывается. В счетчике 23 будет зафиксировано Ну импульсов опорной частоты. Тот же импульс с формирователя 24 через элемент И 22, до ее закрытия триггером 20, пройдет на триггер 25, который, опрокидыва.ясь, разрешает прохождение импульсов пакета во втором канале через эле1О мент И 26 в счетчик 27. После окон. чания пакета во втором канале импульс формирователя 28 возврашает триггер 25 в исходное состояние. В счетчике 27 будет зафиксировано Й „ импульсов.

Триггер 8 возвращается в исходное состояние импульсов с формирователя 17 по окончании первого пакета в первом канале.

Импульс окончания второго пакета в первом канале с формирователя 19 поступает на микропроцессор 29, разрешая обработку полученных кодов

11„1, 4Ng q Нт М ответствии с (5) и (4) .

1187097

Составитель M.Êàòàíoâà

Техред А.Бабинец Корректор С,Черни

Редактор Г.Волкова

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

Заказ 6545/51 Тираж 747 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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