Способ измерения сдвига фаз электрических сигналов Советский патент 1983 года по МПК G01R25/00 

Изобретение отпосится к рллиоизм ритплъноЛ технике и может быть испольэовлио для измерения сдвига фяэ зашумлентлх электрических сигналов iiiHpoKOM частотном диапазоне. По основному авт.св. № 928247 известен способ измерения сдвига фа электрических сигналов, заключающийся в том, что измеряеглый сигнал ограничивают, преобразуют по квадратурным составляющим, перемножают, накапливают и по их отноиюнию определяют- значение фазового сдвига 1. Недостатком способа является лали чие систематической погрешности измерения, зависящей от отношения сигнал/шум, (с увеличением отношени сигнал/шум погрешность возрастает и достигает 4.1°1 Цель изобретения - повышение точности измерения за счет уменьшения систематической погрешности измерения, зависящей от фазового сдвига Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, заключающемуся в том, что измеряемый сигнал предварительно ограничивают, преобразуют по квадратурным составляющим перемножают составляющие, накапливают и по отношению их определяют значение фазового сдвига, один из сигна лов сдвигают по фазе на удвоенное значение измеренного фазового сдвига и проводят дополнительные измерения сдвига фаз. На фиг.1 и 2 приведены графики, характеризующие зависимость погрешности от фазового сдвига; на фиг.З структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ. Устройство для реализации способа состоит из формирователя 1, генератора 2 опорного напряжения, логических элементов 3 и 4, коммутируемь фазовращателей 5 и б, блока 7 управления, генератора 8 импульсов,счетчиков 9-11, вычислительного блока 12 Сущность данного способа заключается в использовании определенных особенностей зависимости систематической погрешности от фазового сдвига. Зависимости, приведенные на фиг и 2, описываются аналитическим выражениемй(f) 11 d., Sin4 пЧ , 1Де Э - коэффициенты, зависящие от п , отношения сигнал/ шум и структуры помех (шумов ). Как видно из выражения(1 и гра4)иков на фиг.1 и 2, зависимость лЧ имеет свойство Л( (п 90-1/) , (2) гди п о, 1, 2,... На основании f2 (можно записать ( Мр) о приведенное к первому квадранту значение Ч . Приведение к первому квадранту производится путем прибавления к i/ угла п- 90°, где п 1,2... до тех пор, пока при некотором п не будет выполняться неравенство 0 п- 90° 24 90 Значение п-90° - 2 / соответствует приведенному к первому квадранту углу. Из свойства зависимости погрешности от фазового сдвига (3 вытекает предлагаемый способ, заключающийся в том, что один из сигналов; в частности измеряемый сигнал, сдвигают по фазе на угол Vp, определяемой по (4) , и проводят дополнительное измерение, а измеряемый фазовый сдвиг вычисляют по формулеV- , . (ь, -изм- 2 При приведении фазового сдвига по опорному сигналу /p определяется соотношением о I - пр а измеряемый фазовый сдвиг по формуле 2 изм- 2 При значении фазового сдвига, определяемого по формулам (3 ) или (7), погрешность в дополнительном измерении равна по абсолютной величине и противоположна по знаку погрешности первого измерения. В зависимости от требуемой точности измерения операции сдвига фаз и дополнительного измерения проводят несколько раз, так как остаточная погрешность обусловлена тем, что значение фазового сдвига определяется неточно, с погрешностью первого измерения. Повысить точность измерения можно путем повторного проведения указанных операций. В этом случае точность определения фазового сдвига будет более высокой, соответственно повысится результирующая точность измерения. В некоторых случаях целесообразно осуществлят - флзонне сдвиги, равные Ч . ; i 90 /m , гдо m - число дополнительных измерений, i - ном дополнительного измерения. В этом случае проводятся rri дополнительных измерений, в каждом из которых вносимый фазовый сдвиг увеличивается на 90) TI . Погрешность при этом уменьшается до величины, определяемой в отличие от (1) формулой( т.е. из погрешности будут исключены m первых наиболее интенсивных составляющих. Способ реализуется при помощи ус ройства следующим образом. Измеряемый сигнал 5(t) подается на фоЕяиирователь 1 где происходи его ограничение и.далее на первые входы логических элементов 3 и 4. Генератор 2 опорного напряжения фося рует две опорные прямоугольные импульсные последовательности, сдвинутые на 90°. Синфазная составляющая импульсной последовательности совпа дает по фазе с опорным сигналом 50() . Опорные импульсные последовательности сдвигаются по фазе при помощи коммутируемых фазовращателей 5 и б и поступают на вторые вхо логических элементов 3 и 4. При пом щи логических элементов 3 и 4 выпол няются операции перемножения. Импул ные сигналы с логическими уровнями с выхода логических элементов 3 и 4 управляют работой счетчиков 9 и 10, во время действия логических единиц счетчик накапливает импульсы, поступающие с генератора 8 импульсов. Все время измпр(М1|я разбмваегтся на несколр)Ко циклов. В nejiBOM цикле измеряется сдвиг фаз Ьез введения дополнительного фазового сдвига коммутируемого фазовращателя, т.е. Чр 0. В счетчиках 9 и 11 накапливаются числа / , и N. В счетчике 10, который открыт в течение цикла, накапливается число N, . в вычис лителыюм блоке 12 результат измерения фазового сдвига вычисляется, например, по формуле . ( возможна и другая формула ). Во втором цикле вводится сдвиг 0 %1 ие Ч определяется по формуле (4). В вычислительном блоке 12 находится второе значение фазового . ...„..,,«..:., сдвига NJ- N - числа, накопленные в счетчиках 9 и 11. Результирующий фазовый сдвиг нахо дится в вычислительном блоке 12 по формуле (6). Получанное значение фазового сдвигаVj, имеет погрешность, значительно меньшую, чем погрешность исходных измерений. Для повышения точности можно провести повторное измерение с уточненньдм значением вводимого фазового сдвига -f fp- определяемого также по формуле .(4), где в качестве / берется полученное значение Положительный эффект предлагаемого способа заключается в значительном повышении точности измерения сдвига фаз. Основная погрешность при использовании способа может быть уменьшена от значения 4° в известном способе до сотых долей градуса.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА ФАЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИРНАЛОВ по авт.св. № № 928247, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения, один из сигналов сдвигают по фазе на удвоенное значение измеренного фазового сдвига и проводят дополнительные измерения сдвига фаз.