Способ определения фазового сдвига синусоидальных сигналов

 

Изобретение может быть использовано при мгновенных измерениях фазового сдвига. Цель - повышение точности измерения фазового сдвига. Для этого в способе определения фазового сдвига двух синусоидальных сигналов, заключающемся в измерении текущих значений через равноотстоящие моменты времени и последующем определении фазового сдвига, измерения начинают в произвольные моменты времени, измеряют текущие значения первого синусоидального сигнала в три последовательных момента времени, измеряют текущее значение второго синусоидального сигнала в два последовательных момента времени и определяют фазовый сдвиг из математических выражений, приведенных в описании изобретения. Введение новых операций позволяет повысить точность в результате уменьшения амплитудно-фазовых погрешностей. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

66299 А 1 (19) (111 (51)5 С 01 R 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4408778/24-21 (22) 11.04.88 (46) 23.05.90. Бюл. У 19 (71) Куйбышевский политехнический институт им. В.В.Куйбышева (72) В.К.Семенычев и А.Н.Тырсин (53) 621.317.77(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 922658, кл. G 01 R 25/00, 1980.

Метрология, 1984, N - 6, с.34-35. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФАЗОВОГО СДВИГА СИНУСОИДАЛЬНЫХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение может быть использовано при мгновенных измерениях фазового сдвига. Цель - повышение точности измерения фазового сдвига. Для этого в способе определения фазового

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при фазочувствительных измерениях.

Цель изобретения — повьппение точности измерения фазового сдвига.

На фиг.1 представлены графики, двух синусоидальных сигналов с точками взятия отсчетов и соответствующими им ординатами; на фиг.2 — устройство, реализующее способ, Оно состоит из двух датчиков 1 и

2, двух аналого-цифровых преобразователей 3 и 4, блоков 5 — 7 задержки отсчетов на один такт и сумматора 8, блока 9 деления, специализированного блока 10 вычисления реализующего опех, + хк рациию агссоэ †"- ††- специализиро2 х„, сдвига двух синусоидальных сигналов, заключающемся в измерении текущих значений через равноотстоящие моменты времени и последующем определении фазового сдвига, измерения начинают в произвольные моменты времени, измеряют текущие значения первого синусоидального сигнала в три последовательных момента времени, измеряют текущее значение второго синусоидального сигнала в два последовательных момента времени и определяют фазовый сдвиг из математических выражений, приведенных в описании изобретения. Введение новых операций позволяет повысить точность в результате уменьшения амплитудно-фазовых (О погрешностей. 2 ил. ванных блоков 11 и 12 вычисления, ре- ализующих соответственно операции

x sintuDK — х „sin 8 (К-1) и х соэ(4(К-1)-х cosld ьК

ЬР к к-т у„, sin (d dn - y„sin ы d(n-1) Ф

y„cos ма(п — 1) - у „, совы л и .специализированных блоков 13 и 14 вычисления, реализующих соответствено операции arctg А, и arctg А и блока 15 вычитания.

Вход датчика 1 через последовательно соединенные аналого-цифровой пре- Й обраэователь 3, блоки 5 и 6 задержки, сумматор 8, блок 9 деления, блок

10 вычисления соединен с первым вхоцом блока 1 2 вычисления. Выход дат (ика 2 через последовательно соеди1566299

sined яхп(d (3) 45 (4) Хг g,= ««8

Х Х,+Х т ненные аналого-цифровой преобразова: тель 4, блок 7 задержки соединен с вторым входом блока 12 вычисления, третий вход которого соединен с вхо5 дом блока 7 задержки, а выход через блок 14 вычисления — с входом блока

15 вычитания, второй вход которого через блок 13 вычисления соединен с выходом блока ll вычисления, первый вход которого соединен с выходом блока 10 вычисления, второй — с входами блока 5 задержки и сумматора 8,а третий — с входом блока 6 задержки и вторым входом блока 9 деления. 15

Определение фазового сдвига двух синусоидальных сигналов одной частоты выполняется следующим образом.

При любых значениях угла Я, амплитуды Х и фазы г имеет место сле- 20 дующее тригонометрическое тождество:

Х sin (g К+ g,)=2Х сояЯ sir@(K-1) +

+ у )-Х sin (g(K-2) + у ), (1 ) где К вЂ” произвольное целое число.

Если Я= 2Гf.d= (ud, где 0 (из(2

< -, то Х sin (Яп+ у) представляет

II 3 собой синусоиду x(t) = Х sin (t+ y), 3g дискретизированную с интервалом Д .

Полагая

z(t ) = х (Кд )=х =Х sin(4) аК+Я), (2) выражение (1) можно переписать в ви- 35 де х„= (2 совись) х„, — х„, Из (3) находим угловую частоту по формуле

1 х + х

ы = — arccos

2 х

Представим далее равенство (2) виде х„= Х sin(u и К+Х cos ы йК .

Из (4) получим систему линейных уравнений х, — Х,sin

K-1 X„sin v d(К-1)-Х соя Md(K 1) — 0 (5)

После решения системы уравнений (5) находим амплитуду и фазу т,по формулам где х„соя ыг(К-1)-х „„cos мдК

sin ыа

x „, sin cv d К-х „sin a d (К-1)

Для второго синусондального сигнала y(t) = Y sin ((d t + g<) имеет место аналогичная (5) система линейных уравнений у — Y я1п u) dn — Y сояЫап = О, Уд Y sinvd(n-1)-7 соя g(n-l)=Î решив которую находим амплитуду Y u фазу у по формулам г 2 Чг

+ Y y «ctg ——

1 у соя h(n-l)-у„, сояюдп где Y 1

1 sin ыл

sinu dn — y „sin

На фиг.l представлены два синусоидальных сигнала с точками взятия отсчетов и соответствующими им текущими значениями.

Устройство работает следующим образом.

Датчики 1 и 2 преобразуют синусоидальные сигналы х(), у(С) в электрические синусоидальные сигналы.Аналого-цифровые преобразователи 3 и 4 осуществляют дискретизацию синусоидальных сигналов. Каждый из блоков

5 — 7 задержки задерживает поступающий на его вход сигнал на время

Сумматор 8 производит суммирование поступающих на его входы сигналов.

Блок 9 деления делит сигнал, подаваемый на его первый вход, на сигнал, подаваемый на второй вход. Специализированный блок 10 вычисления реалиЛ зует операцию arccos — где 1 — по2 даваемый на его вход сигнал с выхода блока 9 деления. Специализированные блоки 11 и 12 вычисления реализуют соответственно операции я1п 1 К-х „sin p (K-1)

) "K «sp K — х„, cosр К

1566299

У„„sin p n — y„sin ф (n-1)

y„cos p (n-l)-y„, cos p n где К,К-1, — номера соответствующих

n, n-1 отсчетов, — сигнал, поступающий с выходов блока 10 вычисления на входы блоков 11 и 12 вычисления, отсчеты х„ и у формируются на выходах аналогоцифровых преобразователей 3 и 4, отсчеты х „, и у „, формируются на выходах блоков 5 и 7 задержки. Специализированные блоки 13 и 14 вычисления реализуют операции arctg А „ и

are tg А, где А 1 и А — подаваемые на их входы сигналы с выходов блоков

11 и 12 вычисления, Блок 15 вычитания осуществляет операцию вычитания из сигнала, подаваемого на первый вход, сигнала, подаваемого на второй вход. На выходе блока 15 вычитания формируется фазовый сдвиг ° !

Использование способа обеспечивает повышение точности измерения за счет уменьшения амплитудно-фазовой погрешности.

Формула изобретения

Способ определения фазового сдвига синусоидальных сигналов, включающий операции измерения текущих значений синусоидального сигнала через равноотстоящие моменты времени и определения фазового сдвига, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повыше1р= arctg А — arctg А,, » 4 K — 1п > (К-1)

15 к

А

1 х„cos сала(К-1)-х „, сов Ш 4 у Ä, sin с) 4 и — y„sin Nd (n-1) А

Т

20 у„соз uJd(n-1) — у д1 совы4п к к- °

+ х — агссаз а 2хк

1 — фазовый сдвиГ дВух синусои дальных сигналов, 25

2I>

Ш=

T угловая частота синусоидальных сигналов; период измерений, 4 ((Т; период, синусоидальных сиГналоВ; текущие значения первого синусоидального сигнала в моменты времени К4,(К-l)d (К-2) 4 К W 2 ° текущие значения второго синусоидального сигнала в моменты времени n4,(n-1)4, и >1.

Т

Х Х1

+ -g

Л м-1 ч ния точности измерения фазового сдвига, измерения начинают в произвольные моменты времени, измеряют текущие

5 значения первого синусоидального сигнала в три последовательных момента времени, измеряют текущие значения второго синусоидального сигнала в два последовательных момента времени и определяют фазовый сдвиг по формулам

1566299

Х (4)

Фиа 2

Составитель М.Катанова

Редактор С.Патрушева Техред М.Дидык Корректор В.Гирняк

Заказ 1219 Тираж 544 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101