Способ измерения сдвига фаз Советский патент 1986 года по МПК G01R25/00 

.Изобретение относится к радиоизмеительной технике и может быть ис- -- пользовано для измерения сдвих а фаз зашумленных электрических сигналов в широком диапазоне, частот.

Цель изобретения - повьпяение точности измерения за счет уменьшения погрешности .преобразования исключением влияния квадратурных перемножителей ,

На фиг. 1 дана структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - временные диаграммы управляющих сигналов, формируемых генератором последовательностей импульсов.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит первый 1 и второй 2 ограничители сигнала, фа- зосдвигающий блок 3, первьй 4 и второй 5 элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый 6 и второй 7 перемножители, первый 8 и второй 9 преобразоват ели интервал времени - кодугенератор 10 последовательностей импульсов, вычиситель 11 сдвига фаз и блок 12 регистрации, причем выход ограничителя

1соединен с первым входом первого перемножителя 6, выход ограничителя

2соединен с входом фазосдвигающего блока 3 и первым входом первого элемента 4 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вторые входы элементов 4 и 5 ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ присоединены к первому выходу генератора 10 последовательностей имульсов, выходы пефвого 4 и второго

5 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с вторыми входами первого 6 и второго 7 перемножителей, выходы которых соединены с первыми входами первого 8.и второго 9 преобразователей нтервал вре мени - код, к вторым ходам преобразователей 8 и 9 .присое- инен второй выход генератора 10 последовательностей импульсов, к третьим входам преобразователей 8 и 9 присоединен третий выход генератора 10, четвертый выход генератора 10 соединен с первым входом вычислителя П сдвига фаз, второй и третий входы которого соединены с выходами преобразователей 8 и 9 интервал времени - код, выход вычислителя 11

соединен с входом блока 12 регистра- ции. Способ осуществляется следующим образом.

Измеряемый сигнал подают на вход первого ограничителя I , с вьгхода которого подают на первый вход первого перемножите.пя 6. Опорньм сигнал пс ца- ют на вход второго ограничителя 2, с выхода которого подают на первый

вход первого элемента 4 ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ и на вход фазосдвигающего блока 3, которым сдвигают фазу опорйого сигнала на 1(/2, формируют вторую, ортогональную составляющую опорного

сигнала, ортогональный опорный сигнал подают на первый вход второго элемента 5 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

На вторые входы элементов 4 и 5 подают управляющий сигнал с первого выхода генератора 0 последовательностей импульсов (фиг.2, эпю- I ра 14). Этот сигнал равен логичес- О в первую половину време и измерения и логической во втоРУЮ половину. Элементы 4 и 5 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ используют в качестве управляемых инверторов, т.е. в первую половину времени, когда сигнал на втором входе равен О, сигнал

на выходе совпадает с сигналом на первом входе, а во вторую половину времени, когда сигнал на втором входе равен 1,, сигнал на выходе представляет собой инвертированный

сигнал первого входа. В результате с элементов 4 и 5 на вторые входы перемножителей 6 и 7 подают в первую половину времени измерения прямые квадратурные составляющие опорного сигнала, а во вторую половину . времени - инверсные.

Преобразователями 8 и 9 интервал времени - код накапливают результаты перемножения отдельно за каждую половину времени и в виде кода переда

ЮТ в вычислитель 11 сдвига фаз.

На преобразователи 8 и 9 подают ва управляющих сигнала с генератора 10/ с второго и третьего выходов. Сигнал Накопление (фиг.2, эпюра 13) состоит из двух равных интервалов длительностью . /2 , раз- деленных интервалом длительностью Tcffp. . + Тсчит ., где TCSP - время, достаточное для

установки в нулево е состояние преобразователей В и 9;

ТсчиТ - время, достаточное для считывания результатов

накопления вычислителем 1 1 Во время действия сигнала Накопление преобразователями 8 и 9 интервал времени - код накапливаются результаты перемножения.

Сигнал Сброс (фиг. 2, эгпора 16) состоит из двух равных импульсов длительностью Т CSP, , появляющихся перед сигналом Накопление. Во время действия сигнала Сброс преобразователя 8 и 9 устанавливают в . начальное состояние.

.Вычислитель 11 сдвига фаз считывает результаты накопления с преобразователей 8 и 9 во время действия управляющего сигнала Считывание, . формируемого генератором 10 (фиг.2, эпюра 15). Сигнал состоит из двух импульсов длительностью Тсчит , следующих после сигнала Накопление.

В результате накопления получаются следующие величины.

За первую половину времени измерения, когда не инвертируются ни измеряемый сигнал, ни опорные

I. Тц5м /2(kq sin4 + n дТ) ;

Т

Ij TujM/2(kq cosf + n йГ).

За вторую половину времени измерения, когда либо сигнал, либо опоры проинвертированы

-$

(-kq sin4 + n4t;); Ти5м/2 (-kq cos f + n flfj.) ,

Составляющая, обусловленная перемножением измеряемого и опорного сиг- налов, меняет знак, а составляющая, обусловленная разностью задержек фронтов, остается без изменения. Отсюда следует, что

1 - Ij I., - 1 kqTn5. cosf.

I. - I,

3

- 1ц результаты накопления в двух каналах;

- отношение сиг- нал/щум;

к искомый фазовый сдвиг;

коэффициент пропорциональности , зависящий от q и равный приближенно 0,5 при q « i .

После второго импульса Считывание вычислителем 11 вычисляют сдвиг фаз по формуле

arctg

1г li

Ц

5

0

5

0

0

5

и передают результат в блок 12 регистрации.

Благодаря введению операции инвертирования измеряемого либо опорных сигналов втечение половины времени измерения с последующим вычитанием результатов накопления устраняется систематическая погрещность измерения сдвига фаз, которая достигает больших значений при низких отношениях сигнал/шум, а также при широкой полосе частот шума или при высокой частоте сигнала.

Формула изобретения

1 . Способ измерения -сдвига фаз, заключающийся в том, что измеряемый сигнал ограничивают, перемножают с ограниченными квадратурными составляющими .опорного сигнала, накапливают результаты перемножения, о т- ли чающийся тем, что, с целью повьшения точности, инвертируют измеряемый сигнал в течение первой половины времени измерения, вычитают попарно результаты накопления- за первую и вторую половины времени/ измерения и затем вычисляют фазовый сдвиг по отношению полученных разностей.

2. Способ по П.1, о тл нч а щ и и с я тем, что инвертируют квадратурные составляющие опорного сигнала .

Редактор Л.Гратилло

Составитель В,Шубин Техред М.Ходан11ч

Заказ 3391/45

Тираж 728

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открь тий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

. 2

Корректор Е.Рршко

Подписное

Изобретение может.быть использовано для измерения сдвига фаз эашум- ленных электрических сигналов в широком диапазоне частот. Цель изобре- теИия - повышение точности измерения. Устройство, реализующее способ, со- держит ограничители I и 2 сигнала, фазосдвигающий блок 3, элементы 4 и 5 ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, перемножители 6 и 7, преобразователи 8 и 9 интервал времени - код, генератор 10 последовательности импульсов, вычислитель 11 сдвига фаз и блок 12 регистрации. Введением операции инвертирования измеряемого либо опорных сигналов в течение половины времени измерения с последующим вычитанием результатов накопления устраняется систематическая погрешность измерения сдвига фаз, которая достигает больших значений при низких отношениях сигнал/шум, а также при широкой полосе частот шума или при высокой частоте сигнала. 1 э.п. ф-лы, 2 ил. а (Л N0 СО со О5 INU QD