Способ определения усредненного значения сдвига фаз и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и позволяет повысить точность измерения сдвига фаз за счет устранения возможных фазовых ошибок на границе перехода фазы от 0 к 360°. Два входных сигнала (один из них опорный) поступают на входы формирователей 1 и 2, формирующих две (опорную и измерительную) импульсные последовательности. Блок 6 формирования времени измерения по сигналу "сброс", согласованному с заданным интервалом времени, формирует сигнал начала измерительного интервала (ИИ), который привязан к положительному фронту первого импульса опорной последовательности. Разрешающий потенциал сигнала ИИ поступает на входы ключей 3,4,10 и обеспечивает прохождение счетных импульсов от генератора 5, а также импульсов опорной измерительной последовательности на счетчики 11,7 и 8. В течение ИИ в каждый момент перехода входных сигналов через ноль оперативные блоки 12 и 13 памяти заносят в ячейки памяти, адресные номера которых определяются кодом счетчиков 7 и 8, значения кодов времени из счетчика 11. К концу ИИ по сигналу из блока 6 счетчики 7 и 8 подсчитывают общее число переходов через ноль входных сигналов, а счетчик 11 - общее число счетных импульсов, соответствующее времени измерения. По сигналу "пуск" арифметический блок 9 переписывает из блоков 12 и 13 и из счетчиков 7,8,11 данные для расчета усредненного значения разности фаз по формуле, приведенной в описании. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1 11 4 G 01 R 25/08

1 Г г. ъ,"ъ вц 1

Д,.- . 1 ь i (/1i! 1. ° f: 3 i

Ы1.; i;:;

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H A8TOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Б "з L3.::

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕ ЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2 l ) 4200240/24-21 (22) 25.02 ° 87 (46) 07.08. 89. Бюл. Р 29 (7l) Институт радиофизики и электроники АН УССР (72) А.Ф.Величко, В.M.Иоргун, А.А.Савенко и В.В.Пучков

{53) 621.317 .77 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

:Ф 761935, кл. С Ol К 25/08, 1980. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСРЕДНЕННОГО

ЗНАЧЕНИЯ СДВИГА ФАЗ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЦЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к радиоизмерительной .технике и позволяет повысить точность измерения сдвига фаз за счет устранения возможных фазовых ошибок на границе перехода фазы от

0 до 360 . Два входных сигнала (один из них опорный) поступают на входы . формирователей 1 и 2, формирующих две (опорную и измерительную) импульсные последовательности. Блок 6 формирования времени измерения по сигналу

"Сброс", согласованному с заданным интервалом времени, формирует сигнал . llgp

„.SU„„1499266 A i

2 начала измерительного интервала (ИИ), который привязан к положительному фронту первого импульса опорной последовательности. Разрешакюций потенциал сигнала ИИ поступает на входы ключей 3, 4, 10 и обеспечивает прохождение счетных импульсов от генератора 5, а также импульсов опорной измерительной последовательности на счетчики 11 7 и 8. В течение ИИ в каждый момент перехода входных сигналов через ноль оперативные блоки 12 и 13 памяти заносят в ячейки памяти, адресные номера которых определяются кодом счетчиков 7 и 8, значения кодов времени иэ счетчика 11. К концу ИИ по сигналу из блока 6 счетчики 7 и 8 подсчитывают общее число переходов через ноль входных сигналов, а счетчик ll — общее число счетных импуль- С сов, соответствующее времени измерения. По сигналу "Пуск" арифметический Е блок 9 переписывает из блоков 12 и 13 и иэ счетчиков 7, 8, 11 данные для расчета усредненного эначения разнос ти фаз по формуле, приведенной в опи- © сании. 2 с.п. ф-лы, 3 ил. с© ! Ю

ЭБ

Зу хй; =О;

Эя

Эя

= О, k

-2 (22»

qî,)) (5) V(t) - Q tl + (p(), (2)

0 где Я ц) — постоянные коэффициенты, о со о твет ствующие частоте и начальной фазе электри- 45 ческого колебания.

Метод наименьших квадратов для определения параметров Q и (po линейной функции ((1) используется при сравнении значений фазы g(t) = 22i со значениями функции (2) в моменты времени t которые и являются объектом

Э изм ени которая преобразуется к виду

k k и +(t;)Я +q,,"Е. t; =;Е e;;(6}

1-=1 «в1 („) ", t +k<Р =22 i. (7}

1 «». 1 1 1

В результате решения системы уравнений определяются коэффициенты () и Чо

k k

2»()» 2:. 1, — 1 » ) () «=1 =1 в« а k g p (t,Ã-(> ;)

«»=1 (8)

k k k

I(»=(2 (((,) » - (;;»»;1/

/k 8;) -(а(,) ер я

2 = 2 (2»» (и»,«»()) ° (3)

Минимизация суммы определяется из

3s Эя условия — — — = О и - — -- = О, при

3 З этом получается система уравнений: (9) 3 1499266 4

Изобретение относится к радиоизме- вого импульса опорной последовательрительной технике и может быть исполь- ности в течение задаваемого интервазовано для измерения усредненного ла времени Т»2 формируют измерительзначения сдвигов фаэ с повышенной 5 ный интервал времени, в течение кототочностью и помехоустойчивостью. рого запоминают моменты текущего вреЦель изобретения — повышение точ- мени как число счетных импульсов t,, ности измерения сдвига фаз sa счет и t соответствующих моментам переустранения возможных фазовых ошибок ходов входных напряжений через нуль

«) в области мертвых зон вблизи О и 360.. )p в положительном направлении, а также

Способ измерения сдвига фаз состо- запоминают номера переходов х.1 и 1 ит в том, что из двух входных сигна- и отдельно подсчитывают в течение лов, один иэ которых является опор- ° времени изменения Т1, „ общее число ным, по переходам через нуль формиру- „ и k переходов через нуль для обоют сдвинутые во времени импульсные !5 их входных сигналов. последовательности, а также формиру- Среднее значение разности фаэ выют временную последовательность счет- числяют с использованием полученного ных импульсов, эквивалентную текуще- массива данных по методу наименьших му времени.: По переднему фронту пер- квадратов по формуле г ((, k

1;,й (,,)г — (;"ас, )г (k2 k2 "2 4 — «г

» с«

2 Ig 1 (1 k, 2И(1С« .7 21Е;, — Q (:; Q ) -"" Х о

) — (Qt; )

II=1 11=

2n (3с У

»« 1

»

» 1 фв1 ! k2 (; ) — (Е;)

12 1 12 =1

Рассматривая текущее значение фа- -2, (22» — ((J» + (2 )1»

1»» зы синусоидального сигнала как опор«=1 ного так и измерительного, как линей- (4) ную функцию от текущего времени t;„ имеем очевидное соотношение 40

5 14992

Полученные коэффициенты у и q яво ляются средними значениями частоты и начальной фазы электрического колебания входного сигнала в каждом канале, 5 и относятся к середине интервала времени, измерения Т„ч .

В соответствии с выражением (2) для первого и второго входного сигнала получим 10 (10) (11) (1 Q t + 1 о

9(<,1= M t + Чм .

Разность фаз, отнесенная к моменту времени, равна

И 612

Щ =(P -Ц + — — -Т . (12) с о» 02 2 и м

Если подставить в (12) значения

Цо, ц, Q, и я, определяемые по фор- 20 мулам (8) и (9), то получится выражение (1), которое определяет усредненные за время Т„ значения разности фаз двух входных сигналов, которые

25 относятся к середине йнтервала измерения.

На фиг.l приведена структурная схема устройства, реализующего способ; на фиг.2 — временные диаграммы напряжений входных и преобразованных сигналов; на фиг.3 — структурная схема блока формирования времени измерения (БФВИ).

Устройство содержит формирователи 1 и 2, ключи 3 и 4, генератор 5 счетных импульсов (ГСИ), блок 6 формирования времени измерения (БФВИ), первый и второй адресные счетчики 7 и 8, арифметический блок 9, а также введенные третий ключ 10,1 третий счетчик 11 импульсов, первый и второй блоки 12 и 13 оперативной памяти. При этом первый и второй выходы блока 6 формирования времени измере45 ния соединены соответственно с объединенными первыми и вторыми входами клмчей 3, 4, 10, выходы формирователей 1 и 2 соединены соответственно с третьими входами ключей 3 и 4, выходы

50 которых соединены соответственно с входами записи блоков 12 и 13 опера-. тивной памяти и со счетными входами адресных счетчиков 7 и 8, выходы которых соединены с первым и вторым информационными входами арифметического

55 блока 9, а также соответственно с ад— ресными входами блоков 12 и 13 оперативной памяти, информационные входы

66

6 которых соединены с выходами третьего счетчика ll и с третьим информационным входом арифметического блока

9, четвертый и пятый интерФейсные шины которого соединены с интерфейсными шинами соответствующего блока оперативной памяти.

Выход первого формирователя 1 подключен к первому входу блока 6 формирования временных и тервалов, второй вход которого соединен с выходом ГСИ

5 и третьим входом третьего ключа 10, выход которого соединен со счетным

1 входбм третьего счетчика 11. Первый выход блока 6 соединен с входом

"Пуск" арифметического блока 9, выход

"Сброс" которого соединен с соответствующими входами адресных счетчиков

7 и 8, третьего счетчика ll и третьим входом блока 6.

Схема блока 6 формирования времени измерения (фиг. 3) -построена по известному принципу и содержит три триггера 14-16, элементы И 17 и 18, ключ 19 и делитель 20 частоты, причем соединенные между собой первые входы элементов И 17 и 18 и ключа 19 являются вторым входом блока 6, первый вход которого соединен с вторыми входами элементов И 17 и 18; выход элемента И 17 соединен с S âõîäîì триггера 14, инверсный выход которого соединен с третьим входом элемента И

17, а прямой выход — с вторым входом ключа 19 и является вторым входвм блока 6, первый выход которого (" Пуск" ) соединен с инверсным выходом триггера 16, вход S которого соединен с выходом элемента И 18, третий вход которого соединен с прямым выходом триггера 15, инверсный выход которого соединен с третьим входом ключа 10, выход которого через делитель

20 частоты соединен с S-входом триггера 15. Все R-входы триггеров 1416, соединенные между собой являются входом "Сброс" блока 6.

Устройство работает следующим образом.

На входы первого и второго формирователей поступают соответственно опорное и измерительное напряжение (фиг.2 а, б). По переходам через нуль формируются сдвинутые но времени две импульсные последователь«ости (фиг.2 в, r), из которых соответственно первая является опорной, а вторая — измерительной. Г. ок < формиро)499266 вания времени измерения по сигналу

"C6poc", поступающему из арифметического блока, и соответствующего переднему фронту первого после выдачи сигнала "Сброс" импульса опорной последовательности и переднему фронту счетного импульса формирует передний фронт прямоугольного импульса на втором выходе блока 6, по длительности равного времени измерения Т„ „(фиг.2ф, который поступает на входы всех трех ключей. Открытый третий ключ разрешает прохождение счетных импульсов на вход третьего счетчика, который начи- 15 нает подсчет счетных импульсов. Ðåзультаты подсчета при этом поступают непрерывно на входы блоков 12 и 13 памяти. Открытые сигналом Тд ц первый и второй ключи пропускают опорную 20 и измерительную импульсные последовательности на входы адресных счетчиков и на вход блоков памяти, как импульсы записи. При этом первый и второй адресные счетчики определяют номера 25 переходов через нуль входных напряжений в положительном направлении в течение всего измерительного интервала Т . Одновременно этими фронтами производится запись текущих значений 3р времени t и t, в блоки 12 и 13

41 (фиг. 2 е, ж). Эти значения определяются состоянием счетчика 11 в момент записи. Адреса ячеек памяти при этом в блоках 12 и 13 определяются состоянием счетчиков 7 и 8. По истечении времени измерения по сигналу

"Пуск", формируемому в блоке 6 на первом выходе, ключи 3, 4 и 10 закрываются и счет импульсов в счетчиках 40

7, 8 и 11 прекращается, после чего в арифметическом блоке 9 записывается ° вся необходимая информация. Это поступающие из блоков 12 и 13 памяти числа t u t счетных импульсов, 45 ! ф подсчитанных счетчиком 11 в моменты перехода входных напряжений через нуль в положительном направлении, и соответствующие им номера i< и этих переходов. Из адресных счетчиков 7 и 8 поступает общее число k и k переходов входных сигналов, из счетчика 11 — общее число Т„ счетных импульсов, соответствующее времени измерения.

Используя эти данные арифметический блок вычисляют по формуле (1) усредненное значение разности фаз, а по формуле (8), если это необходимо, усредненные значения частот входных сигналов.

После проведенного расчета арифметический блок выдает сигнал "Сброс", который положительным фронтом обнуляет счетчики и устанавливает блок формирования времени измерения в исходное состояние, после чего цикл измерения повторяется.

Таким образом, данный способ измерения среднего значения сдвига фаз позволяет повысить точность за счет отсутствия ошибок на границе перехода измеряемой фазы от 360 к нулю. Кроме того, способ позволяет также без усложнения схем реализации измерять усредненные значения частот входных сигналов °

Используя предлагаемый способ, могут быть построены в различных радиотехнических системах многоканальные измерители среднего значения сдвига фаз без значительного усложнения их структуры и схемной реализации.

Формула и з о б р е т е н и я

1. Способ определения усредненного значения сдвига фаз, основанный на том, что формируют из oIIopHQI и измерительного входных сигналов по переходам через нуль в положительном направлении импульсные последовательности, формируют времязадающую последовательность счетных импульсов, в течение заданного промежутка времени формируют интервал измерения, начало которого совладает с первым счетным импульсом, следующим после первого импульса опорной импульсной последовательности, а конец — с К-импульсом указанной последовательности, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения точности измерения сдвига фаз за счет устранения возмож-. ных ошибок .на границах перехода фазы от нуля к 360, непрерывно в течение всего интервала измерения измеряют и запоминают значения интервалов времени t и t1 между началом интервала измерения и каждым 1, -м импульсом опорной и каждым i -м импульсом изме2 рительной последовательности, а также измеряют значение Т„1„всего интервала измерения и содержащееся в нем общее число К и К импульсов соответственно опорной и измерительной по1499266

") k< ) 2

« « Ц

1(Тимм

2. Устройство для определения усредненного значения сдвига фаз, содержащее генератор счетных импульсов, 30 два входных формирователя, входы которых являются входами устройства, два ключа, два счетчика, блок формирования времени измерения, арифметический блок, причем выход первого входного формирователя соединен с первым входом блока формирования времени измерения, второй вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов, а первый и второй выходы — 4п соответственно с объединенными первыми и объединенными вторыми входами первого и второго ключей, о т л и— ч ающе е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены 4 третий ключ, третий счетчик, два блока оперативной памяти, при этом счетные входы первого и второго счетчиков. соединены соответственно с выходами первого и второго ключей, третьи входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго следовательностей и по полученным данным по методу наименьших квадратов определяют усредненное значение

Щ разности фаз по формуле входных формирователей, а выходы ключей — соответственно с входами записи первого и второго блоков оперативной памяти, адресные входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго счетчиков, а также соответственно с первым и вторым информационными входами арифы тического блока, третий информационнын вход которого соединен с выходом третьего счетчика и с информационными входами блоков оперативной памяти, интерфейсные шины которых соединены с четвертым и пятым интерфейсными шинами

«(<< арифметического блока, выход Сброс которого соединен с входами сброса первого, второго и третьего счетчиков и с третьим входом блока формирования времени измерения, первый выход которого соединен с первым входом третьего ключа и входом "Пуск" арифметического блока, а второй выход — с вторым входом третьего ключа, выход которого соединен со счетным входом третьего счетчика.

)499266

Юа gg g 8 Ьчл tf 2 Мю,г gKZ Юи Фуг 4т

Ф.г

Составитель Fl.Êàêàðåâè÷

Редактор С.Патрушева Техред М.Ходанич Корректор Н. Борисова

Заказ 4681/44 Тирам 113 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Умгород, ул. Гагарина, 1О!