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

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в час ности к области фазовых измерений, и может быть использовано для измер ния сдвига фаз между двумя периодическими сигналами с получением резу тата в виде цифрового кода, пригодного для ввода в ЭЦВМ. Цель изобретения - повышение точ ности измерения. . Использование данного способа за лючается в повьшении точности резул тата измерения за счет уменьшения п грешности от нестабильности длитель ности импульсов и пороговых уровней в каналах обработки информации, что позволяет измерять временные интерв лы, соответствующие фазовым сдвигам с пикосекундным разрешением при аппаратурной реализации устройства на серийно выпускаемых микросхемах среднечастотного диапазона. На фиг.. 1 представлны диаграммы формирования временных интервалов для определения сдвига фаз предла:Гаемым способом; на фиг. 2 - блоксхема устройства реализующего предлагаемый способ. Из исследуемых периодических сигналов формируются последовательности импульсов длительностей ь, и Cjr , синфазных с исследуемыми сигналами, искомый угол сдвига фаз между которыми соответствует времен ному сдвигу iqi (фиг. 1а, б). Дале каждую из этих последовательностей Импульсов подают на первые входы соответствующих элементов совпадени на вторые входы которых пocтyпaюt импульсы длительностью tj опорной частоты ±2 близкой частоте i. , исследуемых сигналов (фиг. 1в). Если периоды -г - и т и i, .j длительность сигналов и С таковы, что удовлетворяют условиям / Л - 4L г ,Ъ ,ЛГ-з то на выходах элементов совпадений формируются периодические следующие пакеты импульсов совпадения. Число импульсов совпадения в пакетах VH , . п,-- -1чНОц., Ci+S, . i,-, (V.l7, (3) (.,..,. Процесс измерения сдвига фаз заключается в формировании ряда временных интервалов (фиг. 1) и определении искомого значения согласно следующему выражению (.h.3to°.-.36o% Т1рН,И|г(Т„,-Тп,1 p-Tn-42iT,,+T,)Ji MI Я - цифровые эквивалентны Ф и Тр определяемые по формулам N q2lHn,-Nn,0, . m-Nt-l|z(Nn,, + Nn,2) , где N - количество периодов Т опорной частоты между началами первых пакетов в первом и втором канале, соответствующие tj N - количество периодов Т, между началом первого пакета и концом второго пакета в первом .канале, соответствующее Т, , количества импульсбв в первом и втором пакетах первого канала, соответствукндие Т, , П71 количество импульсов в первом пакете второго канала, соответствующее Тп2 В соответствии с (4) и (5) в качестве границ получаемых временных интервалов использзтот центральные импульсы пакетов совпадений, для чего подсчитьшают импульсы опорной ча(:тоты от начала первого пакета в первом канале до начала первого пакета во втором канале, от начала первого пакета до конца второго пакета в первом канале и количества импульсов в первом и втором пакетах первого канала и первом пакете втот рого канала, , Устройство (фиг. 2) содержит формирователи 1 и 2 импульсов, элементы И 3 и 4, генератор 5 импульсов опорной частоты, формирователи 6 И 7 прямоугольных импульсов, триггер 8 пуска, элементы И 9 и 10, формиро3

ватель 11 остроконечных импульсов, триггер 12, элемент И 13, счетчик 1 элемент И 15, счетчик 16, формирователь 17 остроконечных импульсов, триггер 18 со счетным входом, формирователь 19 остроконечных импульсов триггер 20,.элементы И 21 и 22, счечик 23, формирователь 24 остроконечных импульсов, триггер 25, элемент И 26, счетчик 27, формирователь 28 остроконечных, импульсов и .микропроцессор 29. Формирователь 1 через элемент И 3 соединен с формирователем 6, выход которого соединен с формирователями 11 и 17. Формирователь 2 через элементу И 4 соединен с формирователем 7, выход которого соединен с формирователями 24 и 28.

Выход генератора 5 импульсов опоной частоты соединен с вторьп4И входами элементов И 3, 4, 15 и 21. Выход формирователя 11 через элемент И 9 соединен с одним входом триггера 12, второй вход которого соединен через формирователь 19 и триггер 18 с выходом формирова- теля 17 и непосредственно с входом микропроцессора 29. Второй вход элемента И 9 соединен с выходом триггера 8, один вход которого соединен с входной клеммой Пуск, а второй - с выходом формирователя 17, выход триггера 12 через элемент И 13 соединен с входом счетчика 14, через элемент И 15 с входом счетчика 16. Второй вход элемента И 13 соединен с выходом элемента И 3. Один вход триггера 25 соединен с выходом формирователя 28, а второй - через элемент И 22 соединен с выход ом., формирователя 24 и одним входом триггера 20, второй вход которого через элемент И 10 соединен с выходом триггера 8. Второй вход элемента И 10 соединен с выходом формирователя 11. Выход триггера 20 через элемент И 21 соединен с счетчиком 23, а выход триггера 25 через элемент И 26, второй вход которого связан с выходом формирс ателя 4, соединен с входом счетчика 27. Выходы счетчиков 14, 16, 23 и 27 соединены с входами микропроцессора 29.

Измерение производят следующим образом.

8 0974

Исследуемые периодические сигналы

с частотой i формирователями 1 и 2 преобразуются в последовательности импульсов длительностей t, и t 5 (фиг. 1а, б). Так как импульсы входных последовательностей синфазны с исследуемыми сигналами, то между ними сохраняется искомый угол сдвига фаз С| с соответствукицим ему времен- JO ным сдвигом 4. и. Далее входные последовательности импульсов поступают на первые входы элементов И 3 и 4 совпадения, на вторые входыкоторых поступают импульсы длительности 6, опорt5 ной частоты i управляемого генератора 5, частота которого близка частоте 1, входных исследуемых сигналов. Пакеты импульсов совпадений поступают на входы формирователей 6 20 и 7, на выходах которых образуются протяженные прямоугольные импульсы длительностей,, и Т соответственно (формирователи 6 и 7 представляют собой однотактные ждущие мультивибраторы, период релаксации которых выбирается несколько больше периода опорной частоты. В этом случае с приходом первого импульса пакета элемент 6 или 7 переходит из состояния О в состояние 1 и удерживаIется в этом состоянии до окончания пакета совпадений.

В соответствии с (5) по команде Пуск триггер 8 опрокидывается,

разрешая прохождение в элементы И 9 и 10 положительного импульса, соответствукнцего началу первого пакета в первом канале, с формирователя 11 (в простейшем случае - это цепочка,

дифференцирующая прямоугольный импульс длительности Т„, , сформированный формирователем (6). Импульс начала первого пакета в первом канале с выхода элемента И 9 поступает на

триггер 12, который, опрокидываясь, разрещает прохождение через элемент И 13 импульсов первого пакета в первом канале в счетчик 14, а через элемент И 15 импульсов опорной

частоты в счетчик 16. Триггер 1-2 остается в опрокинутом состоянии до тех пор, пока не пройдет второй пакет совпадений в первом канапе. Импульсы конца первого и второго

пакетов в первом канале, с выхода формирователя 17 дважды опрокинут триггер 18 и отрицательный перепад напряжения на его выходе, сформированный формирователем 19, соответствукяций концу второго пакета в первом канале, вернет триггер 12 в исходное состояние. Таким образом, в счетчике 14 будет зафиксировано

Nn«i + N пгг

импульсов, а в счетчике 16 - N-I импульсов.

Подсчет количества импульсов осуществляется следующим образом. После команды Пуск потенциал триггера 8 разрешает прохождение импульса с формирователя 11 через элемент И 10 на триггер 20,.потенциал которого, в Ьвою очередь, является разрешающим для элементов И 21 и 22. С. этого момента импульсы опорного генератора 5 через элемент И 21 поступают в счетчик 23 и подсчитьшаются до момента образования прямоугольного импульса длительностью Т формирователя 7. Из переднего фронта HM-пульса формирователь 24 формирует импульс, который возвращает триггер 20 в исходное состояние, элемент И 21 закрьшается. В счетчике 23 будет зафиксировано N импульсов опорной частоты. Тот же импульс с

ормирователя 24 через элемент И 22, о ее закрытия триггером 20, пройдет на триггер 25, который, опрокидывась, разрешает прохождение импульсов пакета во втором канале через элемент И 26 в счетчик 27. После окончания пакета во втором канале импульс формирователя 28 возврашает триггер 25 в исходное состояние, В счетчике 27 будет зафиксировано N ,, импульсов.

Триггер 8 возвращается в исходное состояние импульсов с формирователя 17 по окончании первого пакета в первом каналео

Импульс окончания второго пакета в первом канале с формирователя 19 поступает на микропроцессор 29, разрешая обработку полученных кодов

Nni,+Мпгг. NT , t и N hz в соответствии с (5) и (4).

Сч|

го

S

&

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СДВИГА ФАЗ, основанный на трансформации фазового сдвига на низкую частоту путем сравнения во времени последовательностей импульсов, сформированных из исследуемых сигналов, опорной последовательностью импульсов и последующим время-импульсным преобразованием временных интервалов, пропорциональных искомому сдвигу фаз и периоду исследуемых сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, границы временных интервалов для определения сдвига фаз формируют по центральным импульсам пакетов совпадений, для чего определяют импульсы опорной частоты от начала первого пакета в первом канале до начала первого пакета во втором канале, от начала первого пакета в первом канале до конца второго пакета в первом канале, коли.чества импульсов в первом и втором пакетах первого канала и первом пакете второго канала. Т гГп п rin п п п п п п п п п п п nj S nk nnnnnnn UHIKM л HI iHt n n n n n ji n nnnn t i zи.., iI 2S о so -xl nn nnnnnnt «r-i м nnnrinnn nr-z 4-t 4r