Способ измерения сдвига фаз между двумя синусоидальными сигналами Советский патент 1983 года по МПК G01R25/00 

о

сл

о о VI

s Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в час ности к области фазовых измерений может быть использовано для измерения ядвига фаз межцу двумя синусоидальними сигналами с получением результата в виде цифрового кода, при годного для ввода в цифровую ЭВМ, Известен способ измерения сдвига фаз, основанный на трансформации фазового сдвига на низкую частоту путем сравнения во времени последовательностей импульсов, сформированных из исслейуемых сигналов, с опорнрй последовательностью импульсов и последунадем время-импульсном преобразовании временных интервалов, пропорциональных искомому фазовому сдвигу и периоду исследуемых сигналов, а для формирования границ упомянутых временных интервалов используют соот ветствующие выделенные, одинаковые по порядку, импульсы в последователь но идущих пакетах совпадений 1. Недостатком способа является низкая .точность измерения из-за наличия значительной систематической погрешности , Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ, основанный на подсчете числа счотных импульсов, частота которых находится в целочисленном отношении с частотой измеряемых колебаний и которые сгруппированы в пачки с длительностью, пропорциональной фазовому сдвигу и обратно, пропорциональной частоте колебаний, проходящих на вход счетчика за измерительшое время, кратное периоду следования счетньЬ импульсов, а сигнал, из которого формируются счетные импульсы, сдвигают по частоте на величину обратно пропорциональную.измерительному времени.2.... Недостатком известного способа яв ляется наличие значительной мультипликативной систематической погрешности, что не позволяет измерять фазовые сдвиги с высокой точностью. Целью изобретения является повышение точности измерений. Поставленная цель достигается тем что согласно способу измерения сдвига фаз Между двумя синусоидальными сигналами, основанному на подсчете числа импульсов, количество которых пропорционально фазовому сдвигу между опорным и измерительным сигналами за измерительное время, дополнитель.но проводят серию из 2( -1) измерений разностей фаз меязду опорным и ,.., сдвинутым на г° . измерительным сигналом, между опорным и сдвинутым на - onopHfcjM сигналом, запоминаю. результаты всех измерений и суммиру ют значение основной разности фаз и разности между результатами четных и нечетных дополнительных измерений с коэффициентом 1/1. Зависимость между значениями измеряемого фазового сдвига и количеством импульсов, фиксируемых за измерительное время счетчиком, имеет вид . ) (1) где 7)м f количество импульсов, фиксируемых счетчиком; % - измеряемый фазовый сдвиг/ .(0 погрешность измерений, зависящая от измеряемой разности фаз. Возникновение погрешности {(Q) обусловлено многими причинами, главными из которых являются связь между каналами фазометра и помехи от собственных сигналов фазометра (квантующих импульсов), Максимальное значение погрешности измерения ffV,/ достигает значительных величин (до 1 , что снижает точность измерения фазо- / вых сдвигов. Погрешность f(VpjHe может быть устранена при калибровке фазометра в начале измерений. Изобретение позволяет практически полностью устранить погрешность ()и тем самым повысить точность измерений. На чергеже приведена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ. Устройство, реализующее способ, содержит первую и вторую клеммы 1 и 2, первый и второй коммутаторы 3 и 4, первый и второй формирователи 5 и 6, фазовращатель 7, блок 8 выделения временного интервала, генератор 9 импульсов, делитель 10 частоты, первый и второй клюЧк 11 и 12, счетчик 13, вычислитель 14, блок 15 индикации, блок 16 управления. При этом первая клемма 1 через первый формирователь 5 подключена к последовательно соединенным блоку 8 выделения временного интервала, первому ключу 11., второму ключу 12, счетчику 13, вычислителю 14 и блоку 15индикации. Генератор 9 соединен с первым ключом.11 и через делитель JQ.частоты с вторым ключом 12, Блок 16управления соединен с соответствующими входами блока 15 индикации, вычислителя 14, фазовращателя 7, коммутаторов 3 и 4, Клемма 2 соединена с первым коммутатором 3 и через последовательно соединенные второй коммутатор 4 и второй формирователь б с блоком 8 вьвделения временного интервала. Первая клемма 1 через коммутатор 3 ифазовращатель 7-подключена к входу второго коммутатора 4, Устройство работает следующим образом. Опорный синусоидальный сигнал поступает на первую клемму 1, а измерительный сигнал на вторую клемму 2. В первом такте измерений блок 16 упр1авления устанавливает первый коммутатор 3 и второй коммутатор 4 во второе положение. На в.ход второго формирователя б поступает измерительный сигнал. Блок 8 выделения временного интервала выделяет.. временной интервал t(r, пропорциональ ный измеряемому фазовому сдвигу С помощью первого и второго ключей 11 и 12 и счетчика 13 подсчитывается количество импульсов с генератора 9 пропорциональное измеряемому фазовому сдвигу о зэ время измерения. Количество импульсов у зафиксированное счетчиком 13, равно (,-()согласно соотношению (1). Во втором такте измерений первый и второй коммутаторы 3 и 4 переводятся в первое положение. В этом случае на вход второго формирователя б поступает синусоидальнБй сигнал, сформированный из опорного сигнала. Фазовый сдвиг этого синусоидального сигнала задается фазовращателем 7, который управляется блоком 16 управления. Во втором такте измерений фазовый сдвиг Ч, вносимый фазовращателем 7, приблизительно равен 360°/К. Счетчик 13 фиксирует количество импульссш, равное ,, Это число заносится в память вычислителя 14. Затем первый коммутатор 3 переводится во второе положение. На вход второго формирователя 6 поступает измери тельный сигнал, сдвинутый дополнительно на угол Ср. Счетчик 13 фикси I рует следующее количество импульсов i 1 %f()4 Вследствие медленно ме I няющегося характера функции f(4|f{4-,) (.), так как ошибка для угла , соответствукадая 1° для функции {V менее 0,003 Вычислитель 14 определяет разность между количеством импульсов, в первом и во втором случаях () , и заносит число память. Аналогичные операции проводятся К-1 раз, В результате чего получаем К значений разностей, имеющих вид (VJ 4N Vp -f ( Vj,-( 4 seo CK-D/tf (K-i)|1i Суьо-гарование полученных значений uNi С весом 1/К дает dN П dN f П {f збо%ч;/ о + 3bo(i-f;/1 jCf) Так как погрешность измерителя разности фаз f(fo носит периодический характер, сумма в выражении (4) близка к нулю, и дйГсхЧ ; независимо от наличия погрешности Таким образом значительно повышается точность измерений. Как показали экспериментальные исследования, точность измерения фё(зового сдвига составляет 0,05+0,01 в широкой полосе частот. В макете использовался фазовращатель, позволяющий вводить 90, 180 и 270-градусныё фазовые сдвиги. Точность измерений при зтом повысилась в 2-3 раза. Без значительного аппаратурного усложнения может быть использован фазойращатель, позволякхций вводить 45, 90, i35, 180, 225, 270, 315-градусные фазовые сдвиги, что позволяет повы- . сить точность измерения в 3-5 раз. По сравнению с известным способом тчредлагаемый способ позволяет повысить точность измерения фазовых сдвигов в 3-5 раз.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА ФАЗ МЕЖДУ ДВУМЯ СННУСОИДАЛЬНЬПШ СИГНАЛАМИ, основанный на подсчете числа импульсов/ количество которых пропорционально фазовому сдвигу между ОПОРИШ4 и иэмернтеяьиъм оигналамм за измерительное время, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, дополнительио проводят серию на 2 СК-1) измереиий разностей.Ф9Э между опориьм и сдви1-360 иУтым на измерительиьм С1й иалом, между рпориьм и сэдвкиуфьм иа 1-360 .опорнь м сиги алом, aanoiwnHaiOT ре ул1Латы всех измерений и суммируют значение осиовиой разности фаз и раэпости между результатгти четшлх и .иечетиых дополнительных измерений с коэффициеитом 1/;К, 9 Н