Способ измерения сдвига фаз Советский патент 1985 года по МПК G01R25/00 

1

Изобретение относится к измерительной технике, в частности для измерения разности фаз между опорным сигналом и фазомодулированным, амплитуда которого изменяется в. шир ком диапазоне.

Известен способ измерения фазы сигнала, основанный на измерении амплитуд сигналов и корректировке порога ограничения при формировании интервала времени, пропорционального сдвигу фаз, в зависимости от амплитуд- сигналов Ul1.

Это решение повьшает точность измерения фазы только в линейном диапазоне изменения амплитуд, позтому при нaлIiчии ограниченных по амплитуде сигналов пропорциональность изменений между амплитудой этого сигнала и величиной порога нарушается, что приводит к увеличению погрешности измере шя.

Наиболее близким к изобретению является способ измерения фазового сдвига, заключающийся в том, что амплитуды синусоидальных сигналов сравнивают с величиной порога ограничения и формируют прямоугольные импульсы с длительностями, равными временным интервалам между моментами пересечения полуволнами сигналов соответствующих порогов ограничения. По сдвигу этих импульсов во времени и их длительностям судят о величине разности фаз между синусоидальными сигналами С21.

Однако, если амплитуда сигнала становится меньше порога ограничения, этот способ теряет работоспособность. Следовательно, он имеет предел минимально допустимой величиHbi амплитуды входного сигнала, равный уровню порога, т.е. величины, при которой погрешность измерения сдвига фаз резко возрастает.

Цель изобретения - повьш1ение точности измерения сдвига фаз между двумя синусоидальными сигналами при изменении амплитуды одного лз них в широком диапазоне.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения сдвига фаз, заключающемуся в том, что амплитуды этих сигналов сравнивают с величиной порога ограничения и формируют прямоугольные импульсы с длительностями, равными временным интервалам между моментами пересе87602

чения полуволнами синусоидальных сигналов соответствующих порогов ограничения, введены операции расчленения сигнала на две составляющие 5 и первую из них вьщеляют в виде разнополярной импульсной последовательности, имеющей нулевое среднее значение, состоящей из прямоугольных импульсов, которые формируются при превьппении порога переменным по амплитуде сигналом, а вторую составляющую получают отделением первой от переменного по амплитуде ограниченного входного сигнала, -из опор5 -jHoro сигнала формируют разнополярный импульсный сигнал и измеряют коэффициенты корреляции между нцм и двумя разделенными составляющими первого сигнала за время длительности каждой составляющей, при этом результат получают в виде суммы, зависящей от каждого из коэффициентов корреляции,

4 |-ul|(l-R )+«rocosfcosot-f J RJ2ot -oisin 2o).

oL l/i-l).

Т - период измеряемого сигнала;

V - длительность импульса пер- вой составляющей сигнала;

измеренные коэффициенты корреляции между составляющими сигнала.

На фиг. 1 представлены временные диаграммы, поясняющие сущность предложенного способа; на фиг, 2 блок-схема устройства, реализующего данный способ.

На фиг. 1 приняты, следующие обозначения: Ug - сигнал, амплитуда которого изменяется в широком диапазоне, Uf, величина порога ограничения, U|j - опорный сигнал, представляюгций разнополярную последовательность прямоугольных импульсов, сформированная из сигнала, амплитуда IcoToporo имеет большую величину и незначительный диапазон изменения; С первая составляющая сигнала, амплитуда которого изменяется в широком диапазоне, С - вторая составляющая, полученная вычитанием первой составляющей из ограниченного по.амплитуде входного сигнала, Т - период входного и опорного сигналов, 1У интервал времени, в течение которого вычисляют коэффициент корреляции между первой составляющей и опорны сигналом, 4t - интервал времени, в течение которого вычисляют коэфф циент корреляции между второй сост ляндцей и опорным сигналом. Способ реализуется следукяцим об разом. Входной сигнал Ug, амплитуда которого изменяется в широком диапазоне, сравнивают с порогом, форм руют из него последовательность ра нополярных прямоугольных импульсов С- и выделяют из него вторую составляющую Су . Из другого сигнала, имеющего большую амплитуду и . незначительный диапазон ее изменения, формируют опорную последовательность разнополярных прямоугольных импульсов. За интервалы времени 1 находят коэффициент корреляции R. первой составляющей С и опорного сигнала Ug.За интервалы времени ДС находят коэффициен корреляции Rg второй составляющей С- и опорного сигнала. Каждый из полученных коэффициентов корреляции подвергают соответствующему функциональному преобразованию Ат-Ф л. где «i |.(l--a) i -период сигналов; -длительность разнополярных прямоугольных импульсов пер вой составляющей; (pccos(co9ot+| Rj2ot -otsfn2«i . За результат измерения сдвига фаз принимают сумму полученных величин Таким образом, величина сдвига фаз является функцией только двух пере менных ЦгРСЯ,) и не зависит от величины порога ограничения или амплитуды выходного сигнала. Следовательно,этот способ позволяет с одинаковой точностью измерять фазу как ограниченного по амплитуде, так и синусоидального входного сигнала. Устройство, реализующее предлагаемый способ (фиг. 2), содержит усилители-ограничители 1 и 2, форми рователи 3 и 4 разнополярных прямо ,угольных импульсов, длительность ко рых равна временным интервалам между моментами пересечения синусоидальными сигналами соответствующих порогов ограничения, вычитающий блок 5, формирователи 6 и 7 управляющих импульсов, определяющие временные интервалы, в течение которых корреляторы 8 и 9 накапливают коэффициенты корреляции первой и второй составляющих соответственно, функциональные преобразователи 10 и 11, сумматор 12 и индикатор 13. Причем вход первого усилителя-ограничителя I подключен к источнику сигнала, амплитуда которого изменяется в широком диапазоне, выход его подключен к положительному входу вычитающего блока 5 и к входу формирователя 3, выход последнего подключен к отрицательному вхо-t ду вычитающего блока 5, к входам формирователей 6 и 7 управляюпщх импульсов и к первому входу коррелятора 8. Выход вычитающего блока соединен с первым входом коррелятора 9. К вторым входам корреляторов 8 и 9 через последовательно соединенные усилитель-ограничитель 2 и формирователь 4 разнополярных прямоугольных импульсов подключен источник сигнала, относительно которого измеряется фазовый сдвиг. Выходы формирователей 6 и 7 управляющих импульсов подключены к управляющим входам корреляторов 9 и 8 соответственно. Выходы корреляторов 9 и 8 через соответствукяцие функциональные преобразователи 10 и 11 подключены к входам .сумматора 12, выход которого соединен с входом ин икатора 13. Устройство работает следукщим образом. Сигналы усиливаются и ограничиваются по амплитуде на уровне порогов ограничения tU-, блоками 1 и 2. Из полученных сигналов формируют разнополярШ)1§ последовательности прямо- угольных импульсов формирователями 3 и 4. Яри этом импульсная последовательность, сформированная из сигнала, незначительно изменяющегося по амплитуде, принимается за опорный сигнал и подается на вторые входы корреляторов 8 и 9. Импульсная последовательность на выходе формирователя 3 принимается за первую составлякидую и вычитается из

ограниченного входного сигнала с помощью вычитакицего блока 5, на выходе которого получается вторая составляющая. Каждая составлякщая поступает на первые входы соответствующих корреляторов 8 и 9, а на управляющие входа этих корреляторов поступают импульсы, задающие интервалы времени, за которые происходит накопление коэффициентов корреляции с выходов формирователей 7 и 6 управляющих импульсов. Полученные коэффициенты корреляции преобразуются функциональными преобразователями iO и П, складываются с помощью сумматора 12 и поступают на индикатор 13. Таким образом, устройство представляет величину фазо вого сдвига

((fi,rcco9lcosd i((ti,

с повышенной точностью в широком диапазоне изменения амплитуды входного сигнала, который может иметь как синусоидальную форму, так и форму ограниченного по амплитуде синусоидального сигнала.

Вновь введенные операции выгодно отличают предлагаемый способ измерения от известных, так как значительно повышается точность измерения в широком диапазоне изменения амплитуды входного сигнала, которая может изменяться от величин, мень.ших порога ограничения, до величин, во много раз больших порога ограничения. Это расширяет сферу возможного применения устройства, реализующего данный способ, что обеспечит его экономическую эффективность.

Реализация этого способа позволяет полностью автоматизировать процесс фазовых измерений; при изменении амплитуды входного сигнала а широком диапазоне, так как отпадает необходимость балансировки амплитуд

входных сигналов для прлучения высокой точности измерения сдвига фаз. Это обеспечивается теМ, что предложенный способ адаптируется к величине и форме сигнала. Таким образом,

предлагаемый способ создает экономический эффект в виде экономии рабочего времени обслуживающего персонала в процессе измерений.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА ФАЗ, заключакицийся в том, что амплитуды этих сигналов сравнивают ,с величиной порога ограничения и формируют прямоугольные импульсы с длительностями, равными временным интервалам между моментами пересечения полуволнами синусоидальных сигналов соответствующих порогов ограничения , о т л и ч а ю, щ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения при изменении амплитуды одного из сигналов в широком диапазоне, его расчленяют на две составляющие и первую из них вьщеляют в виде разнополярной импульсной последовательности, имеющей нулевое среднее значение, состоящей из прямоугольных импульсов, которые формируются при превышении порога переменным пСг амплитуде сигналом, а вторую составляющую получают отделением первой от переменного по амплитуде ограниченного входного сигнала, из опорного сигнала формируют разнополярный импульсный сигнал и измеряют козффициенты корреляции между ним и двумя разделенными составляющими первого сигнала за время длительности каждой составляющей, при этом результат получают в виде суммы, зависящей от каждого из коэффициентов корреляции, 8 -d R )о(гссо5 (cos оС+ J- Rj&-oisin2 il (i 1 где ot TV Т I о с коэффициенты корреляции R и R2 между сигналами; период следования сигсо эо а нала; длительность и«шульса первой составляющей сигнала.