Способ измерения угла сдвига фаз

 

Способ измерения угла сдвига фаз осуществляют следующим образом: от генератора (Г) 2 частоты, синхронизируемого опорным Г 1, синусоидальные напряжения поступают на элементы. 3, 4 совпадения, на которые поданы исследуемые сигналы. Формируются импульсные сигналы, смещенные один отнобительно другого. Далее они поступают на счетчики 7, 8 соответственно , на выходе которых с помощью дешифраторов 9, 10 определяются пары идентичных импульсов. Измерители 1I, 12 интервалов времени определяют временной интервал At, пропорциональный искомому углу фазового сдвига, относительно момента нулевой фазы. Многократное измерение интервалов времени между идентичными импульсами обеих последовательностей эквивалентно умножению измеряемого интервала t в праз. Следовательно, увеличиваемся пропорционально разрешение измерения угла сдвига фаз. В УН уменьшаются случайные составляющие погрешности, а на сверхнизких частотах дополнительно , не дожидаясь последующего момента нулевого уровня, т.е. изменения характеристик преобразователей из-за изменения внешних условий, обрабатьгоается информация. 2 ил. (Л с /У, фиа.1 :&

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ.

РЕСПУБЛИК

„.SUÄÄ 310741 (51)4 G 01 Н 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕРЬСТВУ

13, ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3933) 1) /24-2) (22) 22.07.85 (46) 15.05.87. Бюл. )8 (72) Ю. И. Каэимов, Г. С. Михайлова и В. Е. Новодережкин (53) 621.317.77(088.8) (56) Глинченко А. С. и др. Цифровые методы измерения сдвига фаз. Новосибирск . Наука, !979, с. 35-40.

Авторское свидетельство СССР

Ф 651259, кл. G 01 R 25, 1978. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА СДВИГА

ФАЗ (57) Способ измерения угла сдвига фаз осуществляют следующим образом. от генератора (Г) 2 частоты, синхронизируемого опорным Г 1, синусоидальные напряжения поступают на элементы.

3, 4 совпадения, на которые поданы исследуемые сигналы. Формируются импульсные сигналы, смещенные один относительно другого. Далее они поступают на счетчики 7, 8 соответственно, на выходе которых с помощью дешифраторов 9, 10 определяются пары идентичных импульсов. Измерители 11, 12 интервалов времени определяют временной интервал at, пропорциональный искомому углу фазового сдвига, относительно момента нулевой фазы. Многократное измерение интервалов времени между идентичными импульсами обеих последовательностей эквивалентно умножению измеряемого интервала gt в n раз. Следовательно, увеличиваеФся пропорционально разрешение измерения угла сдвига фаз. В Vn уменьшаются случайные составляющие погрешности, . ф а на сверхнизких частотах дополнительно, не дожидаясь последующего момента нулевого уровня, т.е. изменения характеристик преобразователей из-за изменения внешних условий, обрабатывается информация. 2 ил.

1 131

Изобретение относится к фазоизмерительной технике и может быть использовано,для повьппення точности фазометров и расширения их частотного диапазона до сверхнизких частот.

Цель изобретения - повышение точности измерения сдвига фаз двух синусоидальных сигналов.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 — график, иллюстрирующий способ измерения разно-, сти фаз.

Устройство для реализации предлагаемого способа (фиг. 1) содержит опорный генератор 1, синхронизирующий вспомогательный генератор 2, выход которого подключен одновременно к двум входам элементов 3 и 4 совпадений, Входные сигналы U u U подаются на вторые входы элементов 3 и 4 совпадений и входы формирователей 5 и 6 импульсов, выходы которых оббьединены с входами счетчиков 7 и 8, вторые входы которых подключены к выходам элементов 3 и 4 совпадений. Выходы всех разрядов счетчиков 7 и 8 соединены с входами.дешифраторов 9 и

10. Выходы дешифраторов 9 и 10 попарно поданы на входы соответствующих измерителей 11 и 12 интервалов времени. Сумматор 13 кодов соединен с выходами измерителей 1) и 12, выход сумматора является информационным выходом устройства.

Способ осуществляют следующим образом е

От генератора 2 частоты, синхронизируемого опорным генератором 1, синусоидальиые напряжения с частотой

ws,,большей частоты м исследуемого сигнала (T » Ts), поступают на входы элементов 3 и 4 совпадений, на вторые входы которых поданы исследуемые сигналы. При достижении равенства напряжений каждой пары сигналов— вспомогательного сигнала высокой . частоты Us = U sine t и исследуемых

U = U„since t и 11п = Ursine t - при одинаковых знаках их первых производных на выходах соответствующих элементов 3 и 4 совпадений формируется импульсный сигнал.

Таким образом, на выходах элементов 3 и 4 совпадений образуются импульсные сигналы С, и Ф с частотой, близкой к и (фиг. 2). Оба сигнала и t смещены один относительно

Q KPt

Х> tк

N где at - показание k-ого измерителя интервалов времени.

Моменть1 „ совпадения первого из исследуемых сигналов с вспомогательным сигналом определяются из уравнения БП = U„: U sine t

U sin И(м) + Йш)1 = U sin t где: .дм - значение некратности часТоТ (Возможно h4t = О) опт q — ш11

= 2kN

t> k (l) ю w где k — номер импульса.

Как следует из уравнения (1), при равенстве амплитуд импульсы располо45 жены на равном расстоянии друг от друга.

Моменты t . совпадения. второго из м исследуемых сигналов с вспомогательным сигналом определяются из уравне50 ния US

Qsinwzt = U„sin М(ю + йм)С = б

= UÄ sin(wt + q ).

55 га -ч йп- си (2) где ып- ш с(Б-1) ы, 0741 2 другого на время д, эквивалентное сдвигу фаз между исследуемыми сигна" лами, т.е. осуществлен перекос угла фазового сдвига на более высокую частоту. Лалее импульсные сигналы

t . в t первой и второй последова1 2 тельностей поступают соответственно на счетчики 7 и 8, на выходах которых с помощью дешифраторов 9 и 10

10 определяются пары идентичных импульсов. Измерители ll и 12 интервалов времени определяют пропорциональный искомому углу Фазового сдвига ц временной интервал Dt интервал между поступившими на них равноотстоящими по порядковому номеру относительно момента нулевой фазы импульсами.

Счетчики 7 и 8 обнуляются импульсами с формирователей 5 и 6, возникающими

20 в момент прохождения исследуемых.сигналов через нулевой уровень. Сумматор кодов определяет среднее значение суммы кодов измерителей ll и 12 интервалов времени

1310741 4 ут измерение за время, значительно р- меньшее периода требуемого сигнала, с о увеличивается точность формирования временного интервала dt: — y так в 5 как в N раз увеличивается крутизна ами измеряемого сигнала, временной интервал умножается в N раз.

Предлагаемый способ позволяет проводить измерения за время, мень10 шее одного периода исследуемой частоты, т.е. на сверхнизких частотах, с высокой точностью.

Формула

/ изобретения

Импульсы второго сигнала t ид с той же частотой ып - сн, что и пе вого t но задержаны относительн него на время, пропорциональное (.

Многократное измерение интервала времени между идентичными импульс и t обеих последовательностей: первымй после нулевой фазы — l вто рыми — 2 и т.д., эквивалентно умножению измеряемого интервала д С в N раз. Следовательно, пропорционально увеличивается разрешение измерения угла сдвига фаз. В N раз уменьшаются случайные составляющие погрешности, а на сверхнизких частотах допол- 15 кительно, не дожидаясь последующего момента нулевого уровня, т,е, изменения характеристик преобразователей из-за изменения внешних условий, обрабатывается информация. 20

Более высокая точность измерения обусловлена алгоритмом преобразования, как показал вьппе приведенный расчет основных составляющих погреш- 25 ности; квантование по уровню производится одним высокостабильным вспомогательным сигналом, а не несколькими уровнями напряжений, обеспечивая . тем самым стабильность и равномер- 30 ность шага квантования; исключена необходимость длительного перебора

N пар уровней квантующего напряжения для последовательного анализа временных интервалов, т.е. требования к долговременной стабильности преобразователей значительно ослаблены; отсутствует АЦП, имеющий точность, на несколько порядков меньшую частотноцифрового преобразователя, возможно 40

Способ измерения угла сдвига фаэ между двумя гармоническими сигналами, заключающийся в преобразовании его в и импульсных сигналов, опреде-, лении и усреднении их длительностей и вычисления угла сдвига фаз, о т,,л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и расширения частотного диапазона, сравнивают текущие значения амплитуд исследуемых сигналов с текущими значениями амплитуд в п раз большего по частоте вспомогательного гармонического сигнала, формируют импульсы в моменты равенства мгновенных значений вспомогательного сигнала с каждым из исследуемых сигналов при одинаковых знаках первых производных укаэанных сигналов, преобразуют полученные две имI пульсные последовательности в Ж импульсных сигналов, выделяя при этом пары импульсов, равноотстоящие по порядковому номеру от моментов перехода каждого из исследуемых сигналов г через нулевой уровень.

1310741

5 У б 7 ((I ! ! }

Заказ 2977

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4

Составитель В. Шубин

Редактор А. Огар Техред М.Ходанич Корректор М. Шароши

Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

l !

Е! / ! ! !