Способ преобразования фаза - код

 

Использование: в электроизмерительной технике, в адаптивных системах обработки информации, гтри измере н и, разности фаз. Цель изобретения - расширё-- ние области применения за счет регулирования зависимости преобразования в широких пределах. Сущность изобретения: регулирование происходит путем изменения отношения амплитуд сигнала и опорного сигнала удвоенной частоты. При этом частоту опорного сигнала берут вдвое больше частоты измеряемого сигнала, устанавливают заданное отношение амплитуд сигнала и опорного сигнала удвоенной частоты , затем суммируют сигнал и опорный сигнал удвоенной частоты, измеряют время пребывания суммарного сигнала выше и ниже нуля за время, кратное периоду колеба- f ний сигнала. Находят отношение разности этих времен к их сумме, по этому отношению и по заданному отношению амплитуд определяют фазу. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

С

Сд

p = Ф (А)/А, Ф ), — 1

-1 где Ф вЂ” функция, обратная Ф; (21) 4938344/21 (22) 15.04.91 (46) 23.05.93. Бюл.¹ 19 (71) Рязанский радиотехнический институт (72) А.И,Бакулин и И.Ю.Постников (56) Валитов P.À. и Сретенский В.И. Радиотехнические измерения,— М,: Сов.радио, 1970, с,553, рис.11,9. (54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ФАЗА—

КОД (57) Использование: в электроизмерительной технике, в адаптивных системах обработки информации. при измерении.,разности фаз. Цель изобретения — расшире-. ние области применения за счет регулирования за.висимости преобразования в

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в адаптивных системах обработки информации, для измерения разности фаз.

Цель изобретения состоит в расширении области применения за счет регулирования зависимости выходной величины от фазы в широких пределах.

Поставленная цель достигается следующим образом.

Частоты опорного сигнала удваивается, после чего выравниваются амплитуды входного сигнала и опорного сигнала удвоенной частоты. Путем подачи внешнего воздействия регулируется амлитуда опорного сигнала удвоенной частоты для обеспечения заданного отношения амплитуд сигнала и опорного сигнала из дискретного набора отношений амплитуд. Опорный сигнал и сигнал, имеющий заданное отношение

„„ Ы„, 1817039 А1 (я)ю G 01 R 25/08 широких йределах. Сущность изобретения: регулирование происходит путем изменения отношения амплитуд сигнала и опорного сигнала удвоенной частоты, При этом частоту опорного сигнала берут вдвое больше частоты измеряемого сигнала, устанавливают заданное отношение амплитуд сигнала и опорного сигнала удвоенной частоты, затем суммируют сигнал и опорный сигнал удвоенной частоты, измеряют время пребывания суммарного сигнала выше и ниже нуля за время, кратное периоду колеба>" ний сигнала. Находят отношение разности этих времен к их сумме, по этому отношению и по заданному отношению амплитуд определяют фазу, 3 ил, амплитуд, суммируются. Формируется измерительный интервал, длительность которого кратна периоду колебаний опорного сигнала.

B течение измерительного интервала формируются и измеряются два временных интервала Т+ и Т-, равные времени пребывания суммарного сигнала выше и ниже нуля. Далее определяется отношение

Ф= Т=Т+/T- + Т+, которое зависит от отношения амплитуд суммируемых сигналов и их фазовых отношений. По заданному отношению амплитуд A>/Ар сигнала и опорного сигнала удвоенной частоты, а также по вычисленной величине Ф находится величина фазового сдвига p(e пределах 0-180 ):

1817039

<Р =Pi — 2 rP1, 2л

Ton = в находим, что у = A1cos(в t + p1 ) +

+ A2cos(2 at +@2), тогда

Х!(2k — 1) (А21 ) Х

25 (2) где в(у) — плотность вероятности суммарного сигнала;

AMw, AMamc минимальное и максимальное значения tj.

Таким образом

Т вЂ” — Т+

Т вЂ” +Т+

00 вн (y ) =, ), Сг е " (3) где Am — наибольшее по абсолютной величине число из Амин и Ам с, Характеристическая функция плотности вероятности может быть выражена в следующем виде:

° 45 х() 11,—,) х х2 () сов (2k — 1 ) (pz — 2 дХ ), k=1 рг — фаза опорного сигнала удвоенной частоты; р! — фаза сигнала.

Для обоснования связи между отношением Т=Т+/Т- + Т+, фазами и амплитудами суммируемых колебаний отметим, что величины Т-/Т-+ Т+, Т+/Т-+Т+ можно рассматривать как вероятности пребывания суммарного сигнала ниже и выше нуля. Если сумма сигнала и опорного сигнала удвоенной частоты

T-/Т-+ Т+- f в(у) dy, Амин

Амухс

Т+IТ- + Т+= J в (у ) dy; о о ((в(у) — в(— у))dy

Am топ

0() = ехрjv(A2cos(в +pi)+ ! оп о

+ А2 cos (2 o> t + pz ) ) dt = !, (А1 1, ) х

Х !о(А21 )+2,) (— 1 ) !4k (A) v) Х

X l2k (А2 v ) cos 2k ()/)2 — 2 1/)1 ) +.;(gk 2) +2 > j l2 (2k — 1) (А)12) Х

k=1

X (2k — 1) (A2 ) cos (2k — 1)(p2 — 2 р! ), !

)(х) — функция Бесселя 1 рода.

Учитывая, что

0(v) = f в(у) е dy, Am

f (в(у) — в(— у))е1 "dy =

= 4! g (— 1 ) (4к — 2 ) (А2 v ) x

k=1

Xcos (2k — 1)(— 2rpt ).

Обозначим вн (у) =в(у) — в(— у).

Так как вн(у) = О при !у!> Am, то на интервале lyl< Am эта функция может быть выражена в виде ряда Фурье;

Коэффициенты Cr определяются значениями выражения (2) в точках л г/Am .

Сг — A „(— 1 ) 2 (2)(— 1) х

Подставляя последнее выражение в (3) и принимая во внимание, что Со= О, Сг= -С-r, приходим к следующему выражению

00 00 л (y)=-+ — — (— >)" х г =1k =1

1817039

l(4k — 2) (А ) 12k — 2 X

А) л г

2 х () coo(2k — 1) х

X (рг — 2 (/н )sin

Это выражение поставим в (1) и проинтегрируем, после чего получим:

Х(1 — (— 1)) teak — 2 (") Х х(г), ) " х

X c0s (2k — 1 ) ((щ — 2 <р) ) . (4)

Функция Ф зависит от отношения амплитуд А)/Аг и не зависит от их абсолютных значений, что следует из факта линейной зависимости Ап) от А) и Аг.

Функция достигает экстремума в точках у г — 2

pz — 2 р) =(2n — 1) — обращается в

zr

2 ноль.

На фиг.1 и 2 приведены зависимости функции (Ф) от р для различных отношений

А)/Аг, Сопоставимый анализ с прототипом показывает, что заявленный способ отличается от известного тем, что опорный сигнал удваивается по частоте, отношение амплитуд сигнала и опорного сигнала удвоенной частоты обеспечивается заданной величины, сигналы суммируются, измеряются интервалы времени пребывания суммарного сигнала выше и ниже нулевого уровня на измерительном интервале, кратном периоду частоты опорного сигнала, определяется отношение разности времени пребывания ниже и выше нуля к их сумме, а изменение зависимости этого отношения от фазы достигается путем изменения отношения амплитуды входного сигнала и опорного сигнала удвоенной частоты.

Известные способы преобразования не содержат операции сложения сигнала с опорным колебанием удвоенной частоты при заданном отношении их амплитуд с последующим измерением времени пребывания суммарного сигнала выше и ниже нуля на измерительном интервале, пропорциональном периоду частоты опорного сигнала, определения отношения разности времени пребывания суммарного сигнала ниже и вы5 ше нулевого уровня к их сумме как функции, содержащей информацию о фазе, не содер-, 1 жат операции установления заданного отношения амплитуд для изменения .в широких пределах вида этой функции. Изве10 стные способы преобразования либо не дают воэможности изменять вид зависимости, либо изменяют ее в незначительных пределах, как в случае применения фазового детектора, 15 На фиг.3 приведена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, Устройство состоит из умножителя 1 ча20 стоты, выравнивателя 2 амплитуд, регулируемого усилителя 3, сумматора 4, делителя 5 частоты на и, формирователя 6 измерительного интервала, генератора 7 тактовых импульсов, схемы 8 определения временных

25 интервалов Т- и Т+, схемы 9 определения отношения Т=Т+/Т-+ Т+, схемы 10 определения фазового сдвига по величине отношения амплитуд и отношения временных интервалов.

30 Устройство работает следующим образом.

Частота опорного сигнала удваивается в умножителе 1 частоты и опорный сигнал удвоенной частоты подается на один иэ вхо35 дов выравнивателя амплитуды 2, на второй вход которого подается сигнал. На выходе 2 амплитуда сигнала равна амплитуде опорного сигнала на входе выравнивателя 2, который может быть реализован по принципу

40 автоматической регулировки усиления сигнала, когда управляющее напряжение получается как разность продетектированных напряжений сигнала и опорного сигнала удвоенной частоты. Выход умножителя 1 сое45 динен с входом регулируемого усилителя 3, усиление которого может дискретно меняться управляющим воздействием, обес.печивая заданное отношение амплитуд

A

50 сумматора 4, Суммарный сигнал с выхода сумматора 4 подается на схему 8, где измеряются интервалы Т- и Т+ в течение

° измерительного интервала, который вырабатывается с помощью делителя 5 частоты

55 на и и формирователя 6 измерительного интервала, длительность которого Т= пТрп, и =.1, 2, 3„..; Топ — период опорных колебаний, Импульс длительности Т подается на второй вход схемы 8, на третий вход которой

1817039

0,20

Фиг. 7 поступают импульсы с тактового генератора

7. Схема 8 работает по принципу дискретизации суммарного сигнала на измерительном интервале Т и подсчета отрицательных и положительных импульсов, число которых 5 пропорционально Т- и Т+ соответственно.

Полученные значения Т- и Т+ позволяют осуществить операцию деления в соответствии с зависимостью Ф= T--T+/Т-+ Т+. На третий вход схемы 9 подаются импульсы такто- 10 вой частоты с генератора 7. С выхода схемы 9 сигнал подается на схему 10, в

ПЗУ которой защиты значения функции ф = Ф (А /А2, Ф ) для дискретного набора значений А1/Ар. Информация об величине отношения A>/A2 поступает в виде управляющего воздействия, На выходе схемы 10 появляется кодовая комбинация, соответствующая фазовому сдвигу в пределах 0 — 180О. Введение квадратурного канала позволяет вести отсчет фазы в пределах 0-ЗбО ..

Предлагаемый способ преобразования фазы позволяет в больших пределах по сравнения с прототипом изменять функционал ьную зависимость преобразования, что расширяет функциональные возможности предлагаемого способа.

Формула изобретения

Способ преобразования фаза — код, включающий изменение отношения амплитуд измеряемого и опорного сигналов, суммирование сигналов с выравненными амплитудами, определение сдвига фаз по форме суммарного сигнала, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения области применения за счет управления видом функциональной зависимости преобразования, частоту опорного сигнала удваивают, выравнивают амплитуды сигнала и опорного сигнала удвоенной частоты, суммируют измеряемый сигнал и опорный сигнал удвоенной частоты, отношение амплитуд которых отрегулировано до заданного значения, формируют измерительный интервал времени, кратный период колебаний опорного сигнала, а определения сдвига фаз по форме суммарного сигнала выполняют измерением времени пребывания суммарного сигнала выше — Т+ и ниже T- нуля и определением отношения (Т=Т+)I(Т- + Т+), по которому и по заданному отношению амплитуд измеряемого сигнала и опорного сигнала удвоенной частоты определяют фазу в цифровой форме, 1817039

0.20

Редактор Т.Иванова

Заказ 1720 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Ф(р)

О.35

Составитель А.Бакулин

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор М.Петрова