Устройство для измерения малых динамических изменений фазы Советский патент 1985 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении очень малых динамических изменений разностей фаз синусонцальных сигналов, например в различных электромагнитных датчиках. Известно устройство для измерения разности фаз двух входных сигналов содержащее фазовый детектор для получения импульсного прямоугольного сигнала, длительность которого пропорциональна разности фаз входных сигналов, устройство интегрирования прямоугольного сигнала, дифференцйрукндее устройство, реверсивиьй счетчик lj . Недостатками данного устройства являются низкая чувствительность и быстродействие, обусловленное инерционностью устройства интегрирования Наиболее близкими к изобретению являются способ измерения малых разностей фаз синусоидальных сигналов, основанный на стабилизации исследуемого сигнала по амплитуде на уровне, равном амплитуде опорного сигнала, сравнении исследуемого сигнала с опорным и вычитании одного из другого, и устройство, реализующее способ содержащее источники опорного и исследуемого сигналов, сумматор и блок стабилизации амплитуды исследуемого сигнала, вход которого подключен к источнику исследуемого сигнала 2j. Б известном способе и устройстве за счет стабилизации исследуемого сигнала по амплитуде на уровне, равном амплитуде опорного сигнала, повышается быстродействие измерения ма лых разностей фаз синусоидальных сиг налов. Недостатком известного способа и устройства является низкая точность и чувствительность и змepeния очень малых динамических изменений разностей фаз, так как если разность фаз между опорным и исследуемым сигналами составляет значительную величину по сравнению с динамическими изменениями разностей фаз, то эти динамические изменения трудно наблюдать на экране осцилдбграфа и технически сложно их вьщелить. При очень большо разности фаз между опорным и исследу емым сигналом по сравнению с динамическими изменениями разностей фаз вы делить очень маленькие изменения на большом фоне сигнала практически невозможно. Цель изобретения - повьппение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения малых динамических изменений фазы, содержащее источники опорного и исследуемого сигналов, сумматор и блок стабилизации амплитуды сигнала, первый вход которого подключен к источнику исследуемого сигнала, а выход сумматора является выходом устройства, введены фазовращатель, аналоговый преобразователь фазы, интегратор, блок сравнения, один вход которого соединен с нулевой шиной, а другой с выходом аналогового преобразователя фазы, первьш вход которого соединен с первым входом сумматора и с источником опорного сигнала, а второй с вторым входом сумматора и с выходом фазовращателя, один вход которого соединен через интегратор с выходом блока сравнения, а другой вход фазовращателя соединен с выходом блока стабилизации амплитуды сигнала,второй вход которого соединен с выходом фазовращателя, а третий вход - с первым входом сумматора. На чертеже изображена блок-схема устройства, реализуняцего способ измерения малых динамических изменений разностей фаз. Устройство содержит источник опорного напряжения U, подключенный к входу блока 1 стабилизации амплитуды, состоящего из усюштеля 2,блока 3 сравнения, аналоговых преобразователей 4 и 5 a fflлитyды. Выход блока 1 стабилизации, в данном случае усилителя 2, соединен с входом фазовращателя 6, выход которого соединен с вторым входом сумматора 7, аналогового преобразователя фазы 8 и с входом аналогового преобразователя 4. Выход аналогового преобразователя фазы 8 соединен с первым входом блока сравнения 9, второй вход которого соединен с шиной нулевого потенциала. Выход блока сравнения 9 соединен через интегратор 10 с управлякидим входом фазовращателя 6. Источник опорного сигнала Uo соединен с первыми входами сумматора 7, аналогового преобразователя 8 и входом аналогового преобразователя 5. Выход сумматора 7 является выходом всего устройства. Устройство работает следующим образом. Исследуемьй сигнал U через усилитель 2 блока 1 стабилизации амплитуды подается через фазовращатель 6 на вторые входы сумматора 7, аналогового преобразователя фазы 8 и аналоговьй преобразователь амплитуды 4, который преобразует амплитуду синусо идального сигнала в постоянное напряжение, которое подается на один вход блока 3 сравнения,на другой вход которого подается напряжение с опорного источкика UQ, преобразованное аналоговым преобразователем амплитуды 5 в постоянное напряжение. Блок 3 сравнения сравнивает эти два напряжения и в случае, их неравенства изменяет коэффициент усиления усилителя 2 с учетом знака сравнения таким образом, чтобы a литyдa на выходе фазовращателя 6 была всегда равна амплитуде источника опорного напряжения Ug. Быстродействие стабилизации амплитуды исследуемого сигнала зависит от быстродействия аналоговых преобразователей 4 и 5, блока 3 сравнения усилителя 2, что вполне технически вьтолнимо. Аналоговый преобразователь фазы 8 преобразует разность фаз между; напря жением выхода фазовращателя 6 и опор ным напряжением Ug в постояннее наП1 яжение которое поступает на первьй вход блока сравнения 9, где оно срав нивается с нулевым напряжением, пода ваемым на второй NpxoM, Разность напряжений с учетом знака поступает че рез интегратор 10 на управляющий вход фазовращателя 6, которьш изменя ет фазу исследуемого сигнала до тех пор, пока разность медцу фазой опорного сигнала Ug и фазой выходного сигнала фазовращателя 6 не станет равной нулю. Медленные изменения фазы исследуемого сигнала относительно опорного постоянно отслеживаются таким образом, что разность фаз между источником опорного сигнала и выходом фазовращателя 6 равна нулю. Динамические изменения фазы исследуемого сигнала на выходе фазовращателя 6 Hie отслеживаются и без изменения поступают на второй вход сумматора 7, на другой вход которого поступают сигналы опорного источника Up. Так как на первом и втором входе сумматора 7 амплитуды опорного источника спп.зла и обработанного с выхода фазовра:;ателя б равны, а постоянная разность их фаз равна нулю, то на выходе сумматора 7 присутствует сигнал, обусловленный только динaмичecки ш измененияш разности фаз. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет автоматически подготавливать сигнал для вычитания, осуществляя следующие операции перед этим: стабилизировать исследуемый сигнал по амплитуде на уровне опорного сигнала со скоростью динамических изменений амплитуды, совмещать исследуемый сигнал по фазе с -опорным со скоростью меньшей скорости динамических изменений разности фаз между опорным и исследуемым сигналом. Обработка сигнапов таким образом позволяет вьщелять очень малые динамические изменения разности фаз между сигналами независимо от значительного сдвига фаз между ни№1, т.е. резко поднять точность и чувствитель- . ность измерения таких сигналов.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ ФАЗЫ, содержащее источники опорного и ис следуемого сигналов, сумматор и бл стабилизации амплитуды сигнала, первый вход которого подключен к и точнику исследуемого сигнала, а выход сумматора является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерения, в него введены фазовращатель, аналоговый преобразователь фазы, интегратор, блок сравнения, один вход которого соединен с нулевой шиной, а другой - с выходом аналогового преобразователя фазы, первый вход которого соединен с первым входом сумматора и с источником опорного сигнала, а второй - с вторым входом сумматора и с выходом фазовращателя, один вход которого соединен через интегратор с выходом блока сравнения, а другой вход фазовращателя соединен с выходом блока стабилизахщи амплитуды сигнала, второй вход кото-: рого соединен с выходом фазовращателя, а третий вход - с первым входом сумматора.