Способ измерения сдвига фаз

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОИ:КОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (51)М. Кл. (22) Заявлено 0903.77 (21) 2459720/18-2 с присоединением заявки ¹2569987/18-2 1

G 01 Р 25/00

Государственный комитет

СССР о делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 1507,80. Бюллетень ¹ 26 (53) УДК 621. 317. .77(088.8) Дата опубликования описания 150 7.80

В. В. Тырса, B. В.Дюняшев и A.Ä. Çåíÿ (72) Авторы изобретения

Харьковский институт радиоэлектроники (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗИЕРЕНИЯ СДВИГА ФАЗ

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к области фазовых измерений, и может быть использовано для измерения сдвига фаэ между двумя периодическими сигналами с получением результата в виде цифрового кода, пригодного для ввода в цифровую ЭВИ.

Известен способ цифрового измерения среднего значения сдвига фаэ, основанный на подсчете числа квантующих импульсов, сгруппированных в пачки, длительность которых пропорциональна фаэовому сдвигу между исследуемыми колебаниями и обратно пропорциональна их частоте и которые проходят на вход счетчика за,измерительное время, кратное периоду квантуюших импульсов (11 .

Однако этот способ характеризуется пониженной точностью измерения из-за того, что в обшем случае интервал времени, пропорциональный фазовому сдвигу между исследуемыми колебаниями, не кратен периоду квантующей последовательности, и период исследуемых колебаний не кратен из- мерительному времени.

Известен также способ измерения сдвига фаз, основанный на сравнении

/ во времени коротких импульсов, сформированных из исследуемых сигналов, с короткими импульсами опорного генератора, частота которого близка к частоте исследуемых сигналов, и выделении временного интервала между выходными импульсами схем совпадений, равного интервалу времени, пропорциональному углу сдвига фаэ, ум10 ноженному на целое число (2j.

Недостатками, данного способа являются низкая достоверность резульТата йэмерения, обусловленная воэможностью нефиксацнй момента совпаде15 ния импульса опорного генератора с импульсом, сформированным из исследуемого сигнала, в случае малой величины перекрытия упомянутых импульсов; жесткие требования к длительно20 сти и форме сравниваемых во времени импульсов, обусловленные требованием получения одиночных совпадений.

Бель изобретения — повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что при измерении сдвига фаэ, основанного на трансформации фазового сдвига на низкую частоту путем сравнения во времени последовательностей

30 импульсов, сформированных иэ иссле748273 (2) дуемых сигналов, с опорной последовательностью импульсов и последующем время-импульсном преобразовании временных интервалов, пропорциональных искомому сдвигу фаз и периоду исследуемых сигналов, для формирования границ упомянутых временных интерва лов используют соответствующие выделенные, одинаковые по порядку им пульсы н пс следовательно идущих riaкетах совпадений.

На фиг.1 и 2 представлены схемы реализации способа.

Схема устройства (фиг.1) содержит формирователи 1 и 2, элементы 3 и 4 совпадений, блоки 5 и 6 селекции, блок 7 автоматической подстройки частоты, управляемый генератор 8, формирователь 9, триггер 10 со счетным входом, симметричный триггер 11, временные селекторы 12 и 13, счетчики 14 и 15 импульсов.

Измерение производят следующим образом. Исследуемые периодические сигналй с частотой 1 „ формирователями 1 и 2 преобразуются во входные последовательности прямоугольных импульсов длительностью .ь и периодом

Тн = 1 /f . Так как импУльсы вхоД х нйх последовательностей одинаково привязаны к фазе исследуемых сигнал Ж;" -то -между ними сохраняется искомый угол сдвига фаз М с соответствующим ему временным сдвигом t 9.

Далее входные последовательности импульсов поступают на первые входы элементов 3 и 4 совпадений, на вторые входы которых с. управляемого генератора 8, частота которого 1о, близка к частоте 4sx исследуемых сигналов, через формирователь 9 поступает опорная последовательность прямоугольных импульсов длительностью С и с периодом Ton= 1/Еоп

Тогда, если длительность импульсов входных и опорной последовательносТи удовлетворяет следующим услови ям нх, Топ (1)

ax on . ; < .— а

2 2. на выходах элементов 3 и 4 образуют ся" перйодически следующие пакеты совпадений, число импульсов в которых . пропорционально Г и обратно пропорционально разности Твх- Тр„1

Выполнение условия (1) необходимо для получения на выходах элемен.тов 3 и 4 пакетов совпадений. Невы-" полнение условия (2) приводит к по стойнноьф совпадению во времени имйульсон входных и опорной последовательностей.

С помощью блока 7 частота генератора 8 Поддерживается близкой к час= тоте Йсследуемйх сйгналов и обеспе чивается выполнение формирователя@и

1, 2 и 9 условий (1) и (2). Пакеты

65 сонпадений с выходов. элементов 3 и 4 поступают далее на блоки 5 и 6. Функциональное назначение последних состоит a выделении одинаковых по порядку следования i -ых импульсон пакетов совпадений, временной интервал между которыми пропорционален Т и не зависит от длительности

В способе измерения сдвига фаз имеет место трансформация искомого фазового сдвига на низкую частоту (частоту следования пакетов совпадений).

В зависимости от опережения или отставания фазы исследуемых сигналов меняется очередность срабатывания элементов 3 и 4 и, как следствие этого, очередность поступления на нходы симметричного триггера 11, который формирует н устройстве временной интервал 1., пропорциональный искомому углу сдвига фаз U . A триггер 10 выполняет в устрой ст не функцию формирования временного интервала Т „

С помощью временных селекторов 12 и

13 временные интервалы Т „и t:g соответственно заполняются кнантующими импульсами опорной последовательности с периодом To„, число которых и Hey подсчитывается счетчит въ.on ками 14 и 15 импульсов. Значение искомого угла сдвига фаз определяется по формуле и,р

Ч = — 360

te .оп. а

Изображенный на фиг.2 фазометр состоит из формирователей 16, 17 и 18, управляемого генератора 19, блока 20 антоматической подстройки частоты, логических элементов 21 и 22 И, блоков 23 и 24 селекции, электронного, коммутатора 25, индикаторов 26, 27 совпадений, блокирующего блока 28, триггера 29 со счетным входом, симметричного триггера 30, первого ключа 31, второго ключа 32, счетчиков

33 и 34 импульсов и арифметического узла 35.

Фазометр работает следующим образом. Опорное и измеряемое напряжения поступают соответственно на формирователи 16, 17. Кроме того, с управляемого генератора 19 на формиронатель

18 поступает напряжение вспомогательной частоты н, близкой к частоте

Всп. входных напряжений. Формирователь 18 формирует вспомогательную последовательность прямоугольных импульсов длительностью t." и периодом Т

1I 4п.

Блок 20 автоматической подстройки частоты, на входы которого поступают одни из входных напряжений частоты и напряжение частоты, поддерживает частоту 1в выходного напряжения управляемого генератора 19 вспомогательной частоты, близкой к частоте 1 „входных напряжений,Опо748273 рная и измеряемая последовательности прямоугольных импульсов поступают на первые входы логических элементов 21 и 22 И соответственно, на вторые входы которых поступает вспомогательная последовательность импульсов, на вы- 5 ходах их формируются пакеты совпадений Q„, и V

Пакеты совйадений Ц„ и Q„c вы4Ъ q ходов элементов 21 и 22 йоступают на блоки 23 и 24. С выхода блока 23 выделенные первые импульсы двух последовательных пакетов поступают на вход триггера 29, формирующего временной интервал T„«, который с помощью второго ключа 32 квантуется импульсами с периодом T „ H o m квантующих импульсов, заполняющих временной интервал Тяд, подсчитывается счетчиком 33 импульсов.

Значения m и и вводятся в арифметический узел 35, где по формуле . = — 360 о о- определяется искомый угол сдвига фаз.

Положительный эффект от исполь: зования предложенного способа з аклю- 25 чается в повышении достоверности результата измерения IIpH одновременном снижении требований к длительности и форме сравниваемых во времени импульсов. При этом снижаются требова- 3р ния, предъявляемые к параметрам от= дельных узлов устройств, реализующих настоящий способ, что повышает их технологичность и уменьшает се бестоимост ь.

Формула изобретения

Способ измерения сдвига фаз, основанный на трансформации фазового сдвига на низкую частоту путем сравнения во времени последовательностей импульсов, сформированных из исследуемых сигналов, с опорной последовательностью импульсов и последующем время- импульсном преобразовании временных интервалов, пропорциональных искомому сдвигу фаз и периоду исследуемых сигналов,о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения,для формирования границ упомянутых временных интервалов используют соответствующие выделенные, одинаковые по порядку импульсы в лсследовательно идущих пакетах совпадений.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Смирнов П.T. цифровые фазометры. Л. Энергия, 1974, 33.

2, Авторское свидетельство СССР

Р 324588, кл. Q 01 R 25/00.

748273

Тирам 1019 Подписное

0НИИПИ Государственного комнтет®,СССР по делам .изобретений и открытий

113035 Москва, Ж-35, Ра ская наб. д. 4 5

Закаэ 4352/11

t +Ill /

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Сост авител ь A. Старостин а

Редактор О.Колесникова Техред A. Щепайская. Корректор C.éåêìàð