Способ определения сдвига фаз между двумя гармоническими колебаниями одинаковой частоты

 

Изобретение относится к области измерительной техники. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей способа путем устранения необходимости в информации о частоте колебаний. Помимо измерения смещения и скоростей изменения смещений в опорном и измеряемом колебаниях дополнительно измеряют ускорения изменения смещений, а сдвиг фаз между этими колебаниями определяют по формуле, приведенной в тексте описания. Это позволяет использовать способ, например, для измерения сдвига фаз между двумя частотно-модулированными колебаниями. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я1.) „„1401398 A 2 (Я) 4 G 01 R 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1219979 (21) 4105618/24-21 (22) 14.08.86 (46) 07.06.88. Бюл.,№ 21 (72) В. B. Воинов, В. В. Кругликов, И. С. Ледовский и А. А. Чалый (53) 62! .3! 7.77 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1219979, кл. G 01 R 25/00, 1983. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СДВИГА

ФАЗ МЕЖДУ ДВУМЯ ГАРМОНИЧЕСКИМИ КОЛЕБАНИЯМИ ОДИНАКОВОЙ ЧАСТОТЫ (57) Изобретение относится к области измерительной техники. Цель изобретения расширение функциональных возможностей способа путем устранения необходимости в информации о частоте колебаний. Помимо измерения смещения и скоростей изменения смещений в опорном и измеряемом колебаниях дополнительно измеряют ускорения изменения смешений, а сдвиг фаз между этими колебаниями определяют по формуле, приведенной в тексте описания. Это позволяет использовать способ, например, для измерения сдвига фаз между двумя частотно-модулированными колебаниями. 3 ил.

1401398 (3) В свою очередь, разделив х> на xl и х2 на х2, находят:

1.

2 Х х>

2 Х2

Х2 откуда значения частот 1 и 2 колебаний можно записать в виде!

Изобретение относится к измерительной технике и является усовершенствованием, способа по авт. св. М2 1219979.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей способа.

1-!а фиг. 1 показаны измеряемое и опорное колебания; «а фиг. 2 — устройство, реализующее способ; на фиг. 3 — структурная схема вычислителя, входящего в устройство.

Сущность способа состоит в следующем.

Пусть 1 и 2 — соответственно измеряемое и опорное колебания (фиг. 1); xl и х2, х> и Х2, xl и х2 — соответственно смещения, скорости и ускорения изменений этих смещений в произвольный момент времени измерения t„; А и  — моменты перехода через ноль измеряемого и опорного колебаний.

Сдвиг фаз между колебаниями 1 и 2 определяется фазовым интервалом АВ. Если на оси времени момент t„îáîçíà÷èòü буквой О, то колебание 1 будет отставать по фазе на угол >(>„определяемый фазовым интервалом

АО, а колебание 2 будет опережать по фазе на угол р2, определяемый фазовым интервалом ОВ.

Так как АВ= АО+ ОВ, то

>Р= >Р2 >P I- (1)

Если смешения х> и х2 записать в виде

xI= A>sin(It+ y0I);

Х2= А2з>п (0>21) + (p02), (2) где А> и А2, 0» и 0>2

p0I и (p02 — соответственно амплитуды, частоты и начальные фазы колебаний 1 и 2, то скорости изменения этих смещений равны

xl= coIAIcos(0>It+ >p0I);

Х2= 0>2A2COS (0>2t+ F02) > а ускорение изменения смешений

xl= 0>,2A>sin (I»lt+ apl);

x2= 0>, A2sIn (0>2t+ ф02) . (4)

Для момента времени измерения 1„фазы смещений 1 и 2 колебаний принимают определенные значения (Р>= Alt+ (POI, >р2 0>21л+ >р02. (5)

Для этого момента времени получают:

xl= AIsinq>I, Х2= A2SInlp2, х>= 0»А>созср>, (6)

X2= 0>2А2соз(р2, xI= А>0>, sin(pl, 2

Х2= А20>2з>п>р2Разделив xl íà xl и х2 на х2, получают:

>07 — ", >> V2= (7)

XI Х2

0>! = —, 2=

Подставляя соответствующие значения из (8) в (7) и используя выражение для разности арктангенсов, окончательно получаем выражение: Х /> > X2 ->>>, ) !

О

kg р (9) !

5 в котором отсутствует параметр 0>.

В частном случае, когда колебания 1 и 2 имеют одинаковые частоты 0>I=(02, выражение (9) упрощается:

Ixl+ > ЯД

1 >р=

XI XlX2

20 х

Устройство содержит в каждом измерительном канале последовательно соединенные преобразователь 3.1 (или 3.2), смешений XI (или х2) в пропорциональную силу тока, резистор 4.1 (или 4.2), первую диф30 ференцирующую катушку 5.1 (или 5.2) взаимоиндуктивности, согласующий каскад 6.1 (или 6.2) и вторую дифференцируюшую катушку 7.1 (или 7.2) взаимоиндуктивности, два измерителя 8.1 (или 8.2) и 9.1 (или 9.2) отношений, выходы которых соединены с

35 четырьмя входами вычислителя 10, входы делимого первых измерителей 8.1 (или 8.2) соединены с выходами резисторов 4.1 (или

4.2), а входы делителей — с выходом первых дифференциальных катушек 5.1 (или 5.2), 40 входы делимого вторых измерителей 9.1 (или 9.2) соединены с выходами вторых дифференцируюших катушек 7.1 (или 7.2), а входы делителей — с выходами резисторов

4.1 (или 4.2).

Вычислитель 10 содержит (фиг. 3) блока

45 11.1 и 1!.2 выделения модуля сигнала, блоки 12.1 и 12.2 извлечения квадратного корня, перемножители 13.1, 13.2, 14, 15 и 16, измеритель 17 отношений, сумматор 18, источник 19 опорного напряжения, блок

20 вычитания и индикатор 21. При этом

50 первый вход вычислителя соединен с первыми входами перемножителей 13.1 и 14, второй вход вычислителя 10 соединен через последовательно соединенные первые блок

11.1 выделения модуля и блок 12.1 вычисления квадратного корня с вторым входом перемножителя 13.1 и первым входом перемножителя 15, третий вход вычислителя 10 соединен с вторым входом перемножителя

14 и первым входом перемножителя 13.2, 1401398

55 (или (- 1 ), который поступает на один

1х21 второй вход которого, соединенный с вторым входом перемножителя 15, соединен через последовательно соединенные вторые блоки

11.2 и 12.2 выделения корня и извлечения квадратного корня с четвертым входом вычислителя 10, выходы перемножителей 14 и

15 соединены с входами перемножителя 16. выход которого соединен с вычитающим входом блока 20 вычитания, к суммирующему входу которого подсоединен выход источника 19 опорного напряжения, выход которого соединен с входом делителя измерителя 17 отношений, вход делимого которого соединен с выходом сумматора 18, входы которого соединены с выходами перемножителей 13.1 и 13.2, выход измерителя

17 отношений соединен с индикатором 21.

Устройство работает следующим образом.

В преобразователях 3.1 и 3.2 смещения колебаний х и х2 преобразуются в пропорциональную им силу тока. Этот ток протекает через цепь, состоящую из омического резистора 4.1 (или 4.2) и первичной обмотки катушки 5.1 (или 5.2) взаимоиндукции. Напряжение на омическом резисторе пропорционально силе тока, т.е. xl (или х2), а напряжение на зажимах вторичной обмотки катушки взаимоиндукции — производной силе тока по времени, т.е. xI (или х2). Оба эти напряжения поступают на входы измерителя 8.1 (или 8.2) отношений, на выходе которого образуется сигнал xI/х| (или х2/х2).

Сигналы xl/xl и x2/х2 поступают соответственно на первый и третий входы вычислителя 10. Сигнал с зажимов вторичной обмотки катушки 5.1 (или 5.2) взаимондукции через согласующие каскады 6.1 (или 6.2) поступает также на первичную обмотку катушки 7.1 (или 7.2) взаимоиндукции, на вторичной обмотке которой образуется сигнал, пропорциональный второй производной силы тока по времени, т.е. х> (или х2). Этот сигнал поступает на первый вход делимого измерителя 9.1 (или 9.2) отношений, на второй вход делителя которого подается сигнал с резистора 4.1 (или 4.2). На выходе измерителя 9.1 (или 9.2) отношений образуется сигнал, равный отношению х /х (или х2/х2), который затем поступает на второй (четвертый) вход вычислителя 10.

В вычислителе 10 производится вычисление разности фаз 1 и 2 колебаний в соответствии с выражением, приведенным в формуле изобретения. Для этого сигнал с второго (или четвертого) входа вычислителя 10 постурает на последовательно соединенные блок 11.1 выделения модуля и блок 12.1 извлечения квадратного корня (или блок 11.2 выделения модуля и блок 12.2 извлечения квадратного корня), на выходе которого образуется сигнал, пропорциональный Т вЂ” " 1 из входов перемножителя 13.1 (или 13.2).

На его второй вход посту. пает сигнал с первого (третьего) входов вычислителя 1О.

Выходные сигналы перемножителей 13.1 и (3 2, т е. /Я(и тД суммируют.

Х1 Х 1 Х2 Х2 ся в сумматоре 18, выходной сигнал которого, пропорциональный числителю выражения (9), поступает на первый вход измерителя 17 отношений. В то же время сигналы с первого и третьего входов вычислителя 10 поступают на входы перемножителя 14, на выходе которого образуется сигнал, пропорциональный х х . На выходе пеХ|Х2 ремножителя 15, входы которого подключены к соответствующим выходам блоков 12.1 и 12.2 извлечения квадратного корня, образуется сигнал, пропорциональный ! — х2 . Оба этих сигнала подают на входы перемножителя 16, на выходе которого получают сигнал, пропорциональный произведению указанных сомножителей. В свою очередь, этот сигнал поступает на один из входов блока 20 вычитания, на второй вход которого подано напряжение от источника опорного напряжения, численно равное единице напряжения смещения. С выхода блока 20 вычитания сигнал, пропорциональный знаменателю выражения (9), поступает на второй вход измерителя 17 отношений, выходной сигнал которого является сигналом, пропорциональным разности фаз колебаний 1 и 2. Для его регистрации используется индикатор 21.

Предлагаемый способ по сравнению с известным имеет преимущества благодаря возможности измерения сдвига фаз между колебаниями, собственные частоты которых неизвестны или изменяются в процессе измерений. Это расширяет функциональные возможности способа. В частности, появляется возможность измерения сдвига фаз между частотно-модулированными колебаниями.

Кроме того, предлагаемый способ допускает возможность использования опорного и измеряемого колебаний, различных по частоте, что также увеличивает потенциальные возможности способа, например, при определении мгновенных значений фазы и частоты в случае «биений» двух колебаний.

Формула изобретения

Способ определения сдвига фаз между двумя гармоническими колебаниями одинаковой частоты по авт. св. № 1219979, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, дополнительно измеряют ускорения изменения смещений измеряемого и опорного колеба1401398 где х и хр, х) их2,х их2—

Риг. Г ний, а сдвиг фаз между ними определяют по формуле

Х(/(Х (+ Х2- /Р2

Х> Х2 /(Х() P2 ) соответственно смещения, скорости изменения смещений и ускорения изменения смещений в опорном и измеряемом колебаниях.! 401398

Составитель Ю. Макаревич

Редактор A. Ворович Техред И. Верес Корректор Л. Пилипенко

Заказ 2517/44 Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

1 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Ра1 шская наб., д. 4, 5

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