Способ измерения сдвига фаз

 

Изобретение относится к области . электроизмерений. Цель - уменьшение времени измерения сдвига фаз, которая достигается преобразованием сигнала (с) таким образом, что результирующий выходной С с минимальной погрешностью соответствует значениям фазового сдвига и позволяет сократить время измерения до значений, меньших лоловины периода С. Способ осуществляется устройством, содержащим п преобразователей 1, состоящих из перемножителей 2-6, квадратора 7, интеграторов 8-11 элемента 12 вычитания, фазовращателя 13 на 90°, генератора 14 опорных напряжений, анализатора 15 нуля. 2 ил. (Л иО 1 Сх: эо ю фи,1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (бР 4 G 01 R 25j00

C I3

::1

Ц1(г, 1 — «1,%ЪМ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТБЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3929085/24-21 (22) 11.07.85 (46) 30,04.87. Бюл. У 16 (71) Красноярский политехнический институт (72) А.А.Едреев, M.Ì.Èè÷óðèíà, С.В.Чепурных и М.K.×ìûõ (53) 621.3 17.77(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 123617, ° G Oi Кр 1961 °

Пестряков В.Б. Фазовые радиотехнические системы. М.: Советское радио, 1968, с ° 392. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА ФАЗ (57) Изобретение относится к области электроизмерений. Цель — уменьшение времени измерения сдвига фаз, которая достигается преобразованием сигнала (С) таким образом, что результирующий выходной С с минимальной погрешностью соответствует значениям фазового сдвига и позволяет сократить время измерения до значений, меньших «половины периода С. Способ осуществляется устройством, содержащим Il преобразователей 1, состоящих из перемножителей 2-6, квадратора 7, интеграторов 8-11 элемента 12 вычитания, фао зовращателя 13 на 90, генератора 14 ф опорных напряжений, анализатора 15

1307382

Изобретение относится к области электрорадиоизмерений и может быть использовано для измерения сдвига фаз сигналов с повышенной точностью и помехоустойчивостью. 5

Цель из о бр ет ения — уме ныне ни е вр емени измерения.

Поставленная цель достигается преобразованием сигнала таким образом, что результирующий выходной сигнал 10 с минимальной погрешностью соответствует значениям фазового сдвига и позволяет сократить время измерения до значений меньших половины периода сигнала.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, на фиг. 2 — структурная схема анализатора нуля.

Устройство, реализующее предлагае- 2О мый способ содержит Il преобразователей 1, состоящих из перемножителей

2-6, квадратора 7, интеграторов 811, элемента 12 вычитания, фазовращао 25 теля 13 на 90, генератора 14 опорного напряжения, анализатора 15 нуля, причем первые входы перемножителей 2 и 3 подключены к входу измеряемого сигнала, второй вход перемножителя 2, первый вход перемножителя

4, входы квадратора 7 и фазовращателя 13 подключены к соответствующему выходу генератора 14 опорного напряжения, вторые входы перемножителей 3 и 4 — к выходу фазовращателя

13, входы интеграторов 8-11 подключены к выходам соответственно перемножителей 2 и 3, квадратора 7 и перемножителя 4, входы перемножителя

5 подключены к выходам интеграторов

8 и 11, входы перемножителя 6 — к выходам интеграторов 9 и 10, .входы элемента 12 вычитания подключены к выходам перемножителей 5 и 6, а выход элемента 12 вычитания подключен к соот- 45 ветствующему входу анализатора 15 нуля.

Анализатор нуля содержит дифференциальные компараторы 16-19, элементы

19 и 20 совпадений, инверторы 21 и

22, элементы 23-25 совпадений, дешифратор 26 и индикатор 27.

На входы дифференциальных компараторов 16-18 подаются сигналы U и U между Двумя пор О Г Овыми ур Овнями параллельно, а на третьи входы каждого компаратора подаются сигналы U»

Ь)(i t

U»z и U„„ . Выход компаратора 16 соединен с первыми входами элементов

19 и 23 совпадения, выход компаратора 17 соединен со вторыми входами элементов 19, 20 и 24 совпадения, выход компаратора 18 соединен с первыми входами элементов 20 и 25 совпадения. Выход элемента 19 совпадения соединен с первым входом дешифратора

26 и через инвертор 21 — с первым входом элемента 24 совпадения и вторым входом элемента 23 совпадения, выход которого соединен со вторым входом дешифратора. Выход элемента

20 совпадения соединен с третьим входОм дешифратора 26 и через инвертор

22 — со вторым входом элемента 25 совпадения, а также с третьим входом элемента 24 совпадения, выход которого является четвертым входом дешифра= тора 26, а выход элемента совпадения

25 является пятым входом дешифратора

26, выход которого соединен с индикатором 27.

Устройство работает следующим образом.

Входные сигналы поступают на перемножители 2 и 3 преобразователей 1.

На вторые входы этих преобразователей поступают опорные сигналы: непосредственно с выхода генератора 14 опорного напряжения и с фазовращателя 13 °

Кроме того, опорный сигнал с генератора 14 опорного напряжения подается на квадратор 7 и перемножитель 4, на второй вход которого также подается опорный сигнал с фазовращателя 13.

Сигналы с выхода перемножителей 23, квадратора 7, перемножителя 4 подаются на интеграторы 8-11. С выходов интеграторов снимаются сигналы, равные (пропорциональные) . тц

tc = (S(t)sin(ta t+q)dt; о

Тц и = (В()сов(ц,tsrp)dt; о т„

h = ) sin (и,t+q)dt;

О т„

f = (sin(ts Г+ ()сов(у t+q}dt, 0 где

S(t) = S,зп(о,t+yg+((t), (2) аддитивная смесь гармонического измеряемого сигнала и шума g (t) .

1307382

S cos(,t+

+Ч) — опорный сигнал;

S и< — амплитуда и фаза измеряе1T)o О мого сигнала;

S v q — амплитуда и фаза опорного 5 П сигнала;

Т вЂ” время интегрирования (об—

Ц ращение к сигналу) .

Для нахождения результата измерения сдвига фаз изменяют фазовый сдвиг опорного сигнала q . .В качестве результата измерения берется значение при котором корреляционный интеграл имеет нулевое значение.

После перемножения сигналов с выходов интеграторов в перемножителях

5 и 6 и вычитания в элементе 12 вычитания на выходе последнего будет сформирован сигнал, равный (пропорционал ьный)

20 (3) S = с4й — Hh. ьь! х

Сигнал с п преобразователей 1 поступают на анализатор 15 нуля, Сигналы с преобразователей соответствуют разным фазовым сдвигам опорного сигнала. Фазовый сдвиг опорного сигнала, при котором сигнал с преобразователя равен (наиболее близок) нулю, 30 равен результату измерения. При этом на каждый и-й дифференциальный компаратор поступает соответствующий сигнал с вычитающего элемента, Если этот сигнал находится между двумя заданными пороговыми уровнями U< и

Б,, то на выходе компаратора появляется "1", разрешающая дешифрирование кода числа соответствующего полученному сдвигу фаз. Для исключения ситуаций, при которых "1" может возникнуть на двух соседних компараторах, служат элементы 19,20 совпаде-. ний.

Рассмотрим, например, случай, при котором "1" появится на выходе дифференциальных компараторов 16 и 17.

В этой ситуации на выходе элемента 19 совпадений также появится "1", поступающая на инвертор 21 С выхода инвертора 21 сигнал "0" запретит прохождение сигналов через элементы

23 и 24 совпадений, а поступающая с элемента 19 совпадений "1" разрешит дешифрацию кода числа, соответствующего значению сдвига фаз, равному среднему значению сдвига фаз, соответствующего каналам 1 и 2.

Поскольку предлагаемый способ oc— нова н на поиске максимума функции правдоподобия, то погрешность измере— ния фазового сдвига будет иметь наименьшее значение. Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает измерение сдвига фаз с предельной точ— костью при любом времени измерения, в том числе при времени измерения, не равном целому числу полупериодов сигнала, т ° е. и при времени измерения меньшем половины периода сигнала.

Эффект от внедрения предлагаемого способа заключается в возможности уменьшения времени измерения. Особенно это важно на инфранизких частотах.

Например, при измерении сдвига фаз сигналов с частотой 0,001 Гц. Минимальное время измерения по способупрототипу, равное половине периода сигнала, составляет 500 с. При использовании предлагаемого способа время измерения в зависимости от отношения сигнал/шум может быть уменьшено на один-два порядка.

Формула изобретения

Способ измерения сдвига фаз, заключающийся в перемножении измеряемого и опорного сигналов при разных фазовых сдвигах опорного сигнала, интегрировании результата перемножения измеряемого и опорного сигналов и определении фазового сдвига по значению фазового сдвига опорного сигнала, соответствующему нулю результата преобразования, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени измерения, при каждом фазовом сдвиге опорного сигнала дополнительно измеряемый сигнал перемножают,со сдвинуо тым на 90 опорным сигналом, сигнал, соответствующий результату данного пер емножения, интегрируют, мгновенные значения опорного сигнала, сдвинутого о на 90, возводят в квадрат и интегрируют, а сигнал, соответствующий результату данного интегрирования, пере. множают с сигналом, соответствующим результату интегрирования перемножено ных измеряемого и сдвинутого на 90 опорного сигналов, перемножают исход,.ный опорный сигнал и сдвинутый на 90

1 опорный сигнал, и сигнал, соответствующий результату данного перемножения, интегрируют, полученный после интегрирования сигнал перемножают с

130738 6 /2

С ос та ви т ел ь А, Шубин

Редактор А.Ревин Техред Л.Сердюкова Корректор M.Äåì÷èê

Заказ 1628/45 Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие,г,ужгород,ул.Проектная, 4 сигналом, соответствующим результату интегрирования перемноженных измеряемого сигнала и опорного сигнала, после чего сигнал, соответствующий результату данного перемножения, вычита-5 ют из сигнала, соответствующего результату перемножения результатов интегрирования перемноженных измеря2 6 емого сигнала и сдвинутого на 90 опорного сигнала на результат интегрирования возведенного в квадрат опорного сигнала и сигнал, соответствующий результату вычитания, считают результатом преобразования, по нулевому значению которого определяют фа" эовый сдвиг.