Способ измерения угла сдвига фаз между двумя гармоническими сигналами

 

Изобретение относится к фазоизмерительной технике и может быть использовано при создании широкодиапазонных фазоизмерительных устройств . Цель изобретения - повысить точность измерения угла сдвига фазы (УФС) между двумя гармоническими сигналами в области высоких частот. Для этого гармонические сигналы с частотой FC преобразуют в последовательности импульсов по моментам перехода сигналов нулевого уровня напряжения , формируют два вспомогательных сигнала путем деления по частоте в m и п раз сигнала эталонной частоты F, перемножают вспомогательные си:- налы с каждой из последовательностей импульсов, сигналы, полученные в результате перемножения, подверг iroг фильтрации, при этом верхнюю граничную частоту фильтрации выбирают из условия // (n-m)/n -m |F - - Fc/ //(n-m)/n-m| F, - Fc|. По моментам перехода полученных после фильтрации измерительных сигналов через максимальное значение формируют интервал времени, который пропорционален УФС, заполняют данный интервал счетными импульсами и вычисляют значение УФС. 1 ил. to (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (gg)g G 01 К 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4662640/21 (22) 27.12.88 (46) 07. О?. 91. Бюл. У 5 (71) Оренбургский политехнический институт (72) В. Н. Булатов, С. А. Климентов, В. И, Кутузов, С. А. Луков енко и В.Д,Шевеленко (53) 621.317.77 (088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР м 1408383, Kx. G 01 R 25/00, 1986, (54) СПОСОБ ИЗИЕРЕНИЯ УГЛА СДВИГА

ФАЗ МЕ>КДУ ДВУИЯ ГАР1"10НИЧЕСКИМИ СИГНАЛАМИ (57) Изобретение относится к фаэоизмерительной технике и может быть использовано при создании широкодиапазонных фазоиэмерительных устройств. Цель изобретения — повысить точность измерения угла сдвига фазы (УФС) между двумя гармоническими сигналами в области высоких частот.

Изобретение относится к фаэоизмерительной технике и может быть использовано для измерения разности фаз между опорным и фазомодулированным сигналами в широком диапазоне частот.

Цель предлагаемого способа измерения у гл а сдвиг à фаз между двумя гармоническими сигналами — повышение точности измерения угла сдвига фаз в области высоких частот.

Для измерения угла сдвига фаз между двумя гармоническими сигналами формируют первую и вторую последователь„,SU„1217 Ai

Для этого гармонические сигналы с частотой F преобразуют в последовас тельности импульсов по моментам перехода сигналов нулевого уровня напряжения, формируют два вспомогательных сигнала путем деления по частоте в

m и п раз сигнала эталонной частоты

Е, перемножают вспомогательные сигналы с каждой из последовательностей импульсов, сигналы, полученные в результате перемцожения, подверг юг фильтрации, при этом верхнюю граничную частоту фильтрации выбирают иэ условия // (и-m)/и m )Е

F 6 Ее<2 ((n m)/" "I Fý F °

По моментам перехода полученных после фильтрации измерительных сигналов через максимальное значение формируют интервал времени, который пропорционален УФС, заполняют данный интервал счетными импульсами и вычисляют значение УФС. 1 ил, ности импульсов по моментам перехода гармоническими сигналами нулевого уровня напряжения, формируют опорный и два вспомогательных сигнала, для че. го логически перемножают вспомогательные сигналы с каждой иэ последовательностей импульсов, а иэ результатов перемножения фильтруют измерительный и опорный сигналы, формируют интервал времени, пропорциональный углу сдвига фаз по моментам перехода, опорного и измерительного сиг;налов через максимальное значение, 1626187! !ма кс= ! сЗ, 1с х 32,24 (3) f0

f Fe — F /ml

k Х

F э/и

4 заполняют данный интервал счетными импульсами и вычисляют значение угла сдвига фаз, при этом первый и второй вспомогательные сигналы получают делением эталонной частоты F соответственно на целое число m и и раз, а верхнюю граничную частоту ильтрации F выбирают из условия и-m1 ((--------(Р— F I< F (2 х

„,ш (Э, с1 6

n-m х — — — — —, F -F) где F — частота гармонических сигс налов. -.

Повышение точности в области высоких частот достигают формированием вспомогательных сигналов методом " пассивного синтеза, основанного на делении сигнала эталонной частоты, и использованием свойств спектра перемноженных трех импульсных последовательностей с частотами Гс, Г /m и Р /n Выражение для измерительного сигнала (полученного после фильтрации) имеет вид

e(t) = ---- соя(2 n F t +

2 Г

r 3 (п

<1 1>1. (2)

n — m где Fn I Fa Fc

I тота повторения измерительного сигнала;

Ц » — разность фаз между гармоническими сигналами;

6 g — методическая погрешность.

Из приведенного выражения следует, что увеличение отношения Fc/Гп достигается изменением коэффициентов 111 и и> которое не сопровокдается увеличением фазовых шумов делителей частоты и тем самым »е приводит к снижению точности измерения. Выбор необходимой величины Г„ достигается соответствующим выбором коэ!хЬициентов m u и. Например, при Гe = 200 МГц, Fc

l0 Мгц, и F „ = 1 к"и выбирают m =

21, и = 421, при этом один из коэффициентов m выполняет 11.ункцию грубого приближения, а другой и точного прибликения к выбран11ому значению F„.

Иетодическая погрешность предлагаемого способа не превышает определяемого выраже11ием

Fc F /m где k1 = -- — — -- — —, k у. F, — F /m(< ГГ, — F /mt для приведенного примера величина

Д1,1„дкс= 0,004О .

На чертеже представлена одна из возможных структурных схем устройства, реализующего предлагаемь1й способ.

Устройство содержит измерительный и опорный каналы. В первом из них к

20 входному зажиму 1 подключены последовательно соединенные формирователь

2 импульсной последовательности со скважностью, равной двум, элемент

И 3, фильтр 4 нижних частот, дифференцирующий элемент 5 и компаратор

6, выход которого соединен с первым входом фазового детектора 7. В опорном канале к входному зажиму 8 подключены последовательно соединенные

30 формирователь 9 импульсной последовательности со скважностью, равной двум, элемент И 10, фильтр 1! нижних частот, дифференцирующий элемент

12 и компаратор 13, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора 7. Второй и третий входы элементов И 3 и 10 соединены соответственно с выходами делителей 14 и 15

40 частоты, входы которых соединены с выходом эталонного генератора 16.Третий вход фазового детектора 7 соединен с выходом генератора 17 счетных импульсов, а выход — с входом регистратора 8.

Способ реализуют следующим обраэом, Через входные зажимы и 8 подают два гармонических сигнала одинаковой

50 частоты F, угол сдвига фаз между которыми необходимо измерить, соответств енно на в ходы фор мир ов ател ей

2 и 9, которые преобразуют эти сигналы по моментам перехода нулевого уровня напряжения в последовательнос55 ти прямоугольных импульсов со скваЖностью, равной двум. С выхода формирователей 2 1 9 последовательности импульсов поступают соответственно

На выходе фильтров 4 и 11 получают измерительные сигналы, имеющие квазитреугольную форму, один из которых, например, на выходе фильтра

4 принимают за опорный. Эти сигналы подают соответственно на входы элементов 5 и 12, с выхода которых преобразованные сигналы поступают на входы компараторов 6 и 13. Ди<Ьференцирующие элементы 5 и 12 вьщеляют моменты перехода экстремума опорным и измерительным сигналами, а компараторы 6 и 13 формируют импульсы прямоугольной формы с длительностью, равной выделенным моментам. Импульсы с выхода компараторов 6 и 13 поступают соответственно на первый и второй входы фазового детектора 7, на третий вход которого подают счетные импульсы с генератора 17.базовый детектор 7 формирует интервал времени, пропорциональный углу сдвига фаэ входных гармонических сигналов, и заполняет его соответствующим ширине этого интервала количеством счеТных импульсов, которые поступают с выхода детектора 7 на регистратор

18, фиксирующий их,число Н .

35

45

55

Угол сдвига Лаз между двумя гармоническими сигналами вычисляют по формуле

5 162618 на один из входов элементов И 3 и 10, осуществляющих логическую операцию, Генератор 16 прямоугольных импульсов вырабатывает сигнал эталонной ( частоты Рэ, поступающий на входы делителей 14 и 15 частоты с коэффициентами деления, ш и и соответственно.

С выхода делителя 14 .частоты 10 вспомогательный сигнал с частотой

F>/ш поступает на вторые входы логических элементов И 3 и 10,а с выхода делителя 15 другой вспомогательный сигнал с частотой i /и поступает на 15 третьи входы элементов И 3 и 10.

Сигналы на выходах элементов И 3 и

10 представляют собой результаты логического перемножения трех последовательностей импульсов, Поступающих на входы этих элементов. Эти сигналы подают на входы фильтров 4 и 11 нижних частот соответственно, верхнюю граничную частоту фильтрации F которых выбирают из условия (1).

I, ю = — — ° (— — - — ° F ) х 1 Гс (n-m

360, где F „- частота повторения счетных импульсов.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет увеличить точность измерения угла сдвига фаз между дгумя гармоническими сигналами в области высоких частот, формула изобретения

r и-ш 1 ! Ьп-ш — — — -- F — F (c F c 2 (! - — - — x пс ш 1 9 <(lr Qi ш

1, — 1 ° где F частота гармонических сигналов; коэффициенты деления эталонной частоты.

m ив

Способ измерения угла сдвига фаз между двумя гармоническими сигналами, заключающийся в том, что формируют первую и вторую последовательности импульсов по моментам перехода гармоническими сигналами нулевого уровня, формируют опорный и вспомогательный сигналы, логически перемножают вспомогательный сигнал с одной иэ после" довательностей импульсов, из результата перемножения с помощью фильтрации получают измерительный сигнал, формируют интервал времени,пропорциональный углу сдвига фаз, по моментам перехода опорного и измерительного сигналов через максимальное значение, заполняют данный интервал времени счетными импульсами и вычисляют значение угла сдвига фаз, о т л и ч а ю шийся ".ем, что, с целью повышения точности измерения угла сдвига фаз в области высоких частот, формируют второй вспомогательный сигнал, который включают сомножителем в упомянутое логическое перемножение, а опорный сигнал получают фильтрацией сигнала,полученного в результате логического перемножения второй последовательности импульсов, первого и второго вспомогательного сигналов, при этом первый и второй вспомогательные сигналы получают делением эталонной частоты

Р соответственно в целое число m u и раз1 а верхнюю граничную частоту фильтрации 7 выбирают из условия

1626187

Составитель Ю.Макаревич

Техред А.Кравчук Корректор А,Осауленко

Редактор И, Горная

Заказ 276 Тираж 411 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. Ужгород, ул. Гагарина, 101