Устройство для измерения сдвига фаз Советский патент 1987 года по МПК G01R25/08 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения сдвига фаз с повышенной точностью и помехоустойчивостью.

Цель изобретения - повышение точности измерения сдвига фаз измеряемого сигнала, имеющего нелинейные искажения, относительно опорного сигнала.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит ограничитель

I,генератор 2 опорного напряжения, формирователь 3 опорных импульсных последовательностей, логические элементы И 4, 5, 6-1,,,,5б-п, Т-,,.., п и блок 8 управления, суммирующие счетчики 9-15 ,,,, 9-п, ,,,, 10-п,

II,генератор 12 импульсов, вычислительный блок 13, постоянный запоминающий блок 14, сумматор 15 и дополнительный генератор 16, Причем ограни- читель I соединен с входами логических элементов И 4 и 5, генератор 2 опорного напряжения - с вторыми входами логических элементов И 4 и 5 и

с входом формирователя 3 опорных импульсных последовательностей5 выходы логического элемента И 4 соединены с входами логических элементов И б-Ь б-п, выходы логического элемента И 5 соединены с входами логических зле- . ментов И 7-1 - 7-п, логические элементы И 6-1 - 6-п и 7-1 - 7--П по другим входам соединены с выходами формирователя 3 опорных импульсных поел едов тельностей, выходы логических элементов И 6-1 - б-п, 7-1 - 7-п соединены с входами счетчиков 9-1 - 9- п, 10-1 - 10-п, блок 8 управления соединен со счетчиками 9-1 - 9-п, 10-1 - 10-п и счетчиком 11, другие входы которых соединены с генератором 12 импульсов, а выходы с вычислительным блоком 13, другой выход блока 8 управления соединен с вычислительным блоком 13 и постоянным запоминающим блоком 14, дополнительньй генератор 16 соединен с сумматором 15, выход которого соединен с входом ограничителя 1.

Устройство работает следующим образом.

Входной измеряемый сигнал поступает через сумматор 15 на ограничитель 1, с выхода ограничителя снимаются ограниченные прямоугольные км

5

0

5

0

0

5

0

5

пульсы. Эти импульсы подаются на логические элементы И 4 и 5. Опорный сигнал формируется генератором 2 опорного напряжения, причем он формирует квадратурные составляющие ограниченного опорного сигнала. Прямоугольные импульсы, соответствующие синусоидальной составляющей, поступают на логический элемент И 5 а импульсы, соответствующие косинусо- ццальной составляющей, - на логический элемент И 4. С выходов логических элементов И 4 и 5 снимаются две последовательности прямоугольных импульсов, у которых логические единицы соответствуют промежуткам совпадений полярностей входных импульсов„ импульсные последовательности с выхода логического элемента И 4 подаются на входы логических элементов И 6-1 - 6-п с вьшода логического элемента И 5 - ка входы логических элементов И 7-1 - 7-п. На другие вхо,цы логических элементов И 6-1 - 6-п и 7-1 - импульсные последовательности подаются с формирователя 3, Данные импульсные последовательности характеризуются следующим: период опорного сигнала разбивается на Р интервалов о С привязкой и данным интервалом формируются симмет- рггчные прямоугольные импульсные последовательности ,

Сигналы с выходов логических элементов И 6-1 - 6-п5 7-1 - 7-п поступают соответственно на управление счетчиков 9-1 - 9-п, 10-1 - 10-п, на счетные входы которых подаются счетные импульсы от генератора 12 импульсов. Счетчики 9-1 -9-п, 10-1 - 10-п осуществляют подсчет числа импульсов, поступивщих на вход в моменты действия на его управляющих входах импульсов с выходов лог:ических элементов И 6-1 - 6-п,

7-1 - 7-п, Подсчет импульсов производится в течение ограниченного времени измерения, определяемого блоком В управления. По окончании измерения кода чисел счетчиков 9-1 - 9-п, 10-1- 10 -п и 11 поступают в вычислительный блок 13, где осуществляется центрирование и перемножение кодов чисел счетчиков 9-1 - 9-п, 10-1 - 10-п на коды чисел, формируемых постоянным запоминающим блоком 14, которые соответствуют значениям синуса и косинуса опорного сигнала в моменты, со3I

ответствующие серединам опорных импульсных последовательностей. Затем результаты перемножения суммируются, и результат измерения определяется по формуле

Cfn-iM arctg --) s

где а, а - суммы результатов перем ножения для косинусного и синусного каналов фазоизмерителя.

Для исключения влияния нелинейных искажений на результат измерения вве дены генератор 16 и сумматор 15, который осуществляет линейное суммирование сигнала, формируемого генерато ром 16, и входного измеряемого сигнала. На выходе сумматора 15 действу ет аддитивная сумма

S(t) Sex(t) + Sr(t), (2)

где Sg(t) - входной измеряемый сигнал;

Sp(t) - сигнал, формируемый генератором 16,

Сигнал, формируемый генератором 16, может быть шумовым или гармоническим. Для конкретности считают Sp(t) гармоническим;

Sp(t) U r Sin («t +if}

где 11,03, (f - соответственно ам- плиту;|я, частота и начальная фаза гармонического сигнала с выхода генератора 16,

Входной сигнал S8jt{t), имеющий нелинейные искажения, можно записать

) («ot +q) + e

+ Z:u.-Sin ( +Cfj ),

in)

где21 ; Sin (io), t+Cf,) -гармоники ° входного сигнала, приводящие к его искажению; (Uot + ср) - полезная составляющая входного сигнала, фазу которого q нужно измерить. Примем, что

W W,

mr

I

35

2986894

После ограничения ограничителем аддитивной смеси (4) получится последовательность прямоугольных импульсов, модулированная- по длительности, с Средняя длительность импульсов определяется частотой сигнала со : t, - 2 n /n. Длительность импульсов модулирована по закону S|3(t), т.е. в спектре ограниченной по амплитуде - fO смеси (3) содержится весь спектр входного сигнала (4).

Каналы фазоизмерителя с учетом вычислительных операций в вычислительном блоке 13 представляют линей- 15 ный фильтр, частотная характеристика которого зависит от Р. Составляющие а, и а можно представить в виде

С О

а Нд. Cos if +UC

20(6)

ag ао- Sincf + Лд

где Яд - некоторый постоянный коэффициент ;

25 величины, которые определяются гармониками сигнала с учетом фильтрующих свойств каналов фазоизмерителя .

OQ Величины А(,. и Дд , определяющие погрепшость фазоизмерителя вследствие нелинейных искажений, при заданном Р не зависят от (Р - 2) первых гармоник .

Предлагаемое техническое решение позволяет при рациональном выборе Р исключить, погрешность, обусловленную нелинейными искажениями, что позволяет усовершенствовать устройство для .Q измерения сдвига фаз, основанное на ортогональнойобработке ограниченных сигналов, и обеспечить измерение сдвига фаз полигармонических сигналов, т.е. сигналов, имеющих большой 45 уровень нелинейных искажений.

Формула изобретения

Устройство для измерения сдвига фаз по авт. св. № 1161894, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерения, снабжено сумматором и дополнительным ге- нератором, причем первый вход сумматора соединен с входной клеммой из- меряемого сигнапа, второй - с выходом дополнительного генератора, а выход сумматора соединен с ограничителем.

50

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и является дополнительным к авт. св. № 1161894. Цель изобретения - повышение точности измерения сдвига фаз измеряемого сигнала, имеющего нелинейные искажения относительно опорного сигнала. Устройство содержит ограничитель 1, генератор 2 опорного напряжения, формирователь 3 опорных импульсных-последовательностей, злементы И 4, 5, 6-1- 6-п, 7-1 - 7-п, блок 8 управления, суммирующие счетчики 9-1 - 9-п, 10- 1 - 10-п, 11, генератор 12 импульсов, вычислительный блок 13 и постоянный запоминающий блок 14,, Введение в устройство с5Т4матора 15 и генератора 16 позволяет при рациональном выборе количества интервалов, на которые разбивается период опорного сигнала, исключить погрешность, обусловленную нелинейными искажениями. Это позволяет усовершенствовать устройство для измерения сдвига фаз, основанное на ортогональной обработке органических сигналов. Кроме того, обеспечивается измерение сдвига фаз полигармонических сигналов, т.е. сигналов, имеющих большой уровень нелинейных искажений. 1 ил. (Л С