Устройство для определения фазы сигналов

 

Изобретение может быть использовано при измерении фазы сигналов с нестационарным средним значением. Устройство для определения фазы сигналов содержит генератор 1 нала, множители 3, 6, интеграторы 4, 7, 13, вычислитель 5 отношения, сумматоры 8, 11, блок 9 привязки уровня, блоки 10, 12 выборки и хранения, формирователь 14. Изобретение повьшает точность определения фазы сигнала с линейно изменяющимся средним значением. 1 ил. копии сигфазовращатель 2 на 90 , пере6б/Л . со ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) А1 (5й 4 G 01 К 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ а

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4058130/24-21 (22) 16.04.86 (46) 15.10.87. Бюл. И 38 (7 1) Томский институт автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) С.И.Богомолов, Н.Г.Переход и В.Д.Ринчинов (53) 62 1.317.77(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 410331, кл. С 01 R 25/00, 1974.

Пестряков В.Б. Фазовые радиотехнические системы. M. Советское радио, 1968, с. 438. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФАЗЫ

СИГНАЛОВ (57) Изобретение может быть использовано при измерении фазы сигналов с нестационарным средним значением.

Устройство для определения фазы сигналов содержит генератор 1 копии сиго нала, фазовращатель 2 на 90, перемножители 3, 6, интеграторы 4, 7, 13, вычислитель 5 отношения, сумматоры 8, 11, блок 9 привязки уровня, блоки 10, 12 выборки и хранения, формирователь

14. Изобретение повышает точность определения фазы сигнала с линейно изменяющимся средним значением. 1 ил.

1345134

Изобретение относится к фазоиэмерительной технике и может быть использовано в радиотехнике при измерении фазы сигналов с нестационарным средним значением.

Целью изобретения является повышение точности определения фазы сигнала с линейно изменяющимся средним эн ачением.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство для определения фазы сигналов содержит последовательно соединенные генератор 1 копии сигнала, фаэовращатель 2 на 90, перемножитель 3, интегратор 4, вычислитель 5 отношения, а также подключенные .к выходу генератора 1 копии сигнала, последовательно соединенные перемножитель 6, интегратор 7, сумматор 8, выходом подключенные к другому входу вычислителя 5 отношения, подключенные к входу устройства последовательно соединенные блок 9 привязки уровня, блок 10 выборки и хранения, сумматор 11, блок 12 выборки и хранения, выходом подключенный к другому входу сумматора 8, а также включенный между выходом перемножителя 6 и другим входом сумматора 11 интегратор 13 и подключенный к выходу генератора 1 копии сигнала формирователь 14 импульсов, один выход которого подключен к установочным входам интеграторов 4 и 7 и управляющим входам блока

9 привязки уровня и блока 10 выборки и хранения, а второй выход формирователя 14 подключен к установочному входу интегратора 13 и блока 12 выборки и хранения, другие входы перемножителей 3 и 6 подключены к выходу блока 9 привязки уровня, выходом устройства является выход вычислителя

5 отношения.

Устройство работает следующим образ ом.

Генератор 1 копии сигнала формирует гармоническое напряжение с частотой и, которое поступает на вход перемножителя 6 непосредственно, а на вход перемножителя 3 — через фазоо вращатель 2 на 90 . В результате на перемножители 3, и 6 поступают сигналы

U = const ñä t; (1)

U = sin vt. (2)

Одновременно сигнал с выхода генератора 1 копии сигнала поступает на формирователь 14 импульсов, в результате на одном из выходов формирователя 14 вырабатываются короткие импульсы в моменты нуль-переходов с положительной производной сигнала re( нератора 1, на втором выходе формирователя — последовательность импульсов в моменты нуль — переходов с отрицательной производной сигнала генератора 1. Короткие импульсы с выхода формирователя 14 импульсов поступают на управляющий вход блока 9 привязки уровней, в результате чего сигнал на выходе блока 9 привязки уровней в зти моменты "привязывается" к нулю. Сигнал на выходе блока 9 привязки уровней имеет вид (Й) = Ucos (ut — 7 ) + k + kt + x(t), 20 (3) где k определяется иэ условия равенства сигнала (3) нулю в моменты привязки уровней t„= 2 Уш, где m = 1, 2, 3...:

25 k, = -U cos 9 — x(t) . (4)

Иэ выражения (3) следует, что при периодической "привязке" исследуемого сигнала к нулю смещение напряжения на входах перемножителей, интегратоЗ0 ров, вычислителя отношения, вызванное нестационарностью среднего значения сигнала, не превышает величины

2и k/g, что позволяет более рационально использовать динамический диапазон входных сигналов в данном устройстве и в конечном итоге повышает точность измерений.

Одновременно импульс с выхода формирователя 14 поступает на установочные входы интеграторов 4 и 7, устанавливая тем самым последние в нулевое состояние, подготавливая их к очередному циклу работы. Сигнал (3) поступает на перемножители 3 и 6, на вторые входы которых поступают сигналы, соответственно, (1) и (2). После перемножения сигналов (1), (2) и (3) выходные напряжения перемножителей 3 и 6 поступают на интеграторы 4 и 7.

В результате интегрирования к концу интервала, интегрирования напряжения на выходах интеграторов 4 и 7 имеют вид

U (T) = T — ) U„(t) cos v t dt; (5)

1 Г о

55 т

U„(T) = — ) Uâ„(t) sinu t dt. (6)

1 Г о

После нескольких преобразований (не учитывается влияние случайной сос-1345134 тавляющей погрешности определения фазы) напряжение U поступает на один из входов вычислителя 5 отношения, а напряжение U — на один из входов сум-

7 5 матора 8.

Интегратор 13 устанавливается в нулевое состояние импульсами со второго выхода формирователя 14, в результате чего на выходе интегратора 10

13 напряжение интегрируется на интервале времени -Т/2 (с Ñ Т/2, т.е. т я з (T) — — "в„(t) sinu tdt (7)

1 ту 15

Пусть на интервале времени -Т

f (c. C 0 сигнал U (t) на выходе блока вх

9 привязки уровня описывается выражением

U „(t) = U cos(ut -У ) + к, + k t, (8) где k определяется из условия равено I ства сигнала Ов„(с) нулю в момент времени t = -Т:

Устройство для определения фазы сигналов, содержащее последов ательно соединенные генератор копии сигнала,. фазовращатель на 90, первый перемножитель, первый интегратор, вычисли-k = U cos V — к„Т.

Таким образом, сигнал на выходе интегратора 13 за время интегрирования на интервале -Т/2 «< t (T/2 принимает значение о

1 ЗО

U „(T) — U ьх (й) sin@) t dt т/2 О Т =Г/2

+ I 1) „(й) sinut dt. (10) а

Напряжение с выхода интегратора 13 поступает на один .из входов сумматора 11, на второй вход которого поступает сигнал с выхода блока 10 выборки и хранения. Сигнал на выходе блока 10 выборки и хранения формируется сле- 4О дующим образом. С. выхода формирова.теля 14 импульсы, характеризующие конец интервала интегрирования основных интеграторов 4 и 7, поступают на управляющий вход блока 10 выборки и 45 хранения. По переднему фронту этих импульсов выбирается и запоминается значение напряжения в момент времени, предшествующий привязке уровней. Это соответствует значению напряжения

U „ (t) (8) в момент времени t = nT, где п = О, 1, 2, ..., т.е. на выходе блока 10 выборки и хранения в :момент t = 0 запоминается значение напряжения, равное 55

U (О) = U „(О) = к,т„. (11)

Напряжение (11) с выхода блока 10 поступает на сумматор 11 где происходит его суммирование с: сигналом с выхода интегратора 13 °

Напряжение с выхода сумматора 11 поступает на сигнальный вход блока 12 выборки и хранения, на управляющий вход которого поступают короткие импульсы со второго выхода формирователя 14 импульсов. По переднему фронту этого импульса напряжение с выхода сумматора 11 запоминается на выходе блока 12 выборки и хранения и поступает на вход сумматора 8, на второй вход которого поступает сигнал (б) с выхода интегратора 7, В результате на выходе сумматора 8 к моменту времени t = Т напгяжение равно

П,(Т) = и,(Т) + U„(Т) = Using (12)

Это напряжение поступает на вход вычислителя 5 отношения, на второй вход которого поступает сигнал с выхода интегратора 4. На выходе вычислителя 5 отношения формируется сигнал, пропорциональный отношению сигналов, поступающих на его входы:

Ug (T) = П (Т)/П (T) = 2ср Г. (13)

Таким образом, на выходе устройстг ва получается :несмещенная оценка тангенса фазы исходного колебания

S(t) = Ucos(ld t — К ) + kt + k . Следовательно, введение в известное устройство дополнительных узлов поэволяе т полно с тью исключить со ставляющую погрешности определения фазы, обусловленную наличием на входе устройства линейно изменяющегося напряжения.

Известное устройство позволяет простым увеличением времени измерения в и раэ уменьшить погрешность измерения также в и раз (при условии, что смесь сигнала и линейно изменяющегоея напряжения не выходит за пределы линейного режима работы устройства) . В то же время в предлагаемом устройстве погрешность измерения фазы сигналов, вызываемая нестационарностью среднего значения, полностью исключена.

Формула изобретения

1345134

Составитель С. Кулиш

Техред И.Попович

Корректор М.Демчнк

Редактор Л.Повхан

Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 4915/44

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 тель отношения, выход которого явля— ется выходом устройства, а также подключенные к выходу генератора копии сигнала последовательно соединенные второй перемножитель и второй интегратор, другие входы первого и второго перемножителей .объединены, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения фазы сигнала с линейно изменяющимся средним значением, в него введены подключенные к входу устройства последовательно соединенные блок привязки уровня, первыи блок выборки и хранения, первый сумматор, второй блок выборки и хранения, второй сумматор, одним входом подключенный к выходу второго интегратора, а выходом — .к другому входу вычислителя отношения, между выходом второго перемножителя и другим входом первого сумматора включен третий интегратор, к выходу генератора копии сигнала подключен введенный формирователь импульсов, первый выход которого подключен к установочным входам первого и второго интеграторов, к управляющему входу первого блока выборки и хранения и к управляющему входу блока привязки уровня, а второй выход формирователя импульсов подключен к установочному входу третьего интегратора и управляющему входу второго блока выборки и хранения, другие входы первого и второго перемножителей подключенык выходу блока привязкиуровня.