Устройство измерения разности фаз Советский патент 1987 года по МПК G01R25/00 

1

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения разности фаз приходящих сигналов при малом отношении - шум в широком диапазо- не частот.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей измерения разности фаз за счет осуществления частотной избирательности входного сигнала без дополнительных его преобразований.

На фиг. 1 представлена структурная блок-схема .предлат аемого устройства; на фиг. 2 - диаграмма устойчи- вости параметрического фильтра; на фиг. 3 - параметрический фильтр; на фиг. 4 - преобразователь спектра.

Устройство содержит первый 1 и второй 2 параметрические избирательные фильтры, входы которых объединены И подключены к источнику .сигнала Ugxi преобразователь 3 спектра,на вход которого подается источник опорного сигнала Ugxz з. выход соединен с умножителем 4, первый и второй выходы умножителя 4 соответственно соединены через сумматоры 5 и 6 с вторыми входами параметрических избирательных фильтров 1 и 2. Выходы Первого и второго параметрических фильтров соответственно через первый 7 и второй 8 амплитудные детекторы соединены с соответствующими входами вычислителя 9 отноше НИИ, выход которого соединен с.вычислителем 10 разности фаз.Управляющие входы сумматоров 5 и 6 соединены с датчиками постоянных напряже

НИИ и

01

и Ujjy а второй

вход умножителя 4 - с датчиком весовых коэффициентов К.

Ус;тройство работает следующим образом.

Измеряемый сигнал подается на сигнальные входы параметрических избирательных фильтров 1 и 2, которые настроены в резонанс соответственно на первую и вторую квадратурные составляющие. Настройка в резонанс осуществляется с помощью постоянного напряжения U, установкой которого в процессе настройки обеспечивается резонанс фильтра либо на первую (U ол ) , либо на вторую (и Q,j) квадратурные составляющие (фиг. 2).

Опорный си гнал подается на вход преобразователя 3 спектра, который

142

формирует управляющее напряжение jnp (t) . Последнее домножается в умножителе 4 на постоянный множитель К, суммируется с постоянным напряжением в сумматорах 5 и 6 и подается на управляющие входы параметрических фильтров 1 и 2. Величина К и функция - напряжение (t) вычисляются при проектировании параметрического фильтра по заданной амплитудно-фазовой характеристике его.

В результате на выходе первого параметрического фильтра 1 напряжение определяется первой квадратурной составляющей и равно

И

Yp.(0

иЗм бК к

( Д + I/) ZP (О dA ,

(1)

где Я ш t; Z р, (А)

Ь.

- собственная функция дифференциального оператора L сопряженного оператору L, описывающему параметрическийфильтр; . - собственная функция оператора L;

X

Р-1

- собственное значение, соответствующее Ур1, являющееся минимальным по модулю собственным значением оператора L; If - фазовый сдвиг

между входными

сигналами, опор- .

ным и измеряемым;Tj - период опорного

сигнала.

Аналогичное напряжение на выходе второг о параметрического фильтра 2 определяется второй квадратурной составляющей и равно

-и

&Ы)( 1

Р1

W

И5М UBX

х( Я -f 1)- 2 р2 (О d Д .

(2)

313

Отличие собственных функций Уд (Л)и Yp2 (Д) от синуса и коси- луса соответственно может быть при необходимости сделано незначительным путем соответствующего выбора режимов фильтров. Напряжение на выходе параметрических избирательных фильтров 1 и 2 - суть квадратурные составляющие измеряемого входного сигнала. Получение квадратурных составляющих раздельно в каждом канале таким способом не требует применения фазосдвигающего блока, являющегося одним из основных источников ошибок при измерении фазы.

Присутствие в формулах (1) и (2) сомножителей . Т„

и

ИЗл Вх

(Д + V)

.,2

определяет у параметрических избирательных фильтров наличие ярко выраженных фильтрующих свойств. По этой причине отношение сигнал - шум на выходе параметрических фильтров выше , чем на выходе перемножителя в известных устройствах , что приводит к уменьшению дисперсии ошибки измерения фазы.

Рассмотрим пример реализации предлагаемого устройства.

Преобразователь спектра состоит из последовательно включенных амплитудного ограничителя и согласованного фильтра, предназначен для формирования напряжения , управления из опорного входного сигнала и работает следующим образом.

Опорный сигнал поступает на вход 51мплитудного ограничителя, который формирует линейчатый спектр. С выхода амплитудного ограничителя сигнал поступает на вход согласованного фильтра, вьзделяющего напряжение управления Ujnp (t). Требуемая форма напряжения управления (t) рассчитывается при проектировании параметрического фильтра по заданной амплитудно-фазовой характеристике его. Согласованный фильтр проектируется по заданному напряжению управления U,np(t).

Принципиальная схема параметрического фильтра представляет собой приг мер его схемной реализации (фиг. 3).

fO

15

0

5

0

5

0

5

0

5

144

Параметрический фильтр содержит два инвертирующих интегратора 11 и 12, инвертор 13 и аналоговый перемножи- тель 1.4 сигналов, имитирующий измеряемое сопротивление.

Принципиальная схема преобразователя представляет собой пример его схемной реализации (фиг. 4).Принципиальная схема (фиг. 4) содержит усилитель-ограничитель 15 и фильтр 16 нижних частот.

Благодаря тому, что предлагаемое устройство содержит в каждом квадратурном канале параметрический фильтр, вход которого подключен к источнику измеряемого сигнала, а управляемые входы указанных фильтров через последовательно включенные преобразователь спектра, умножитель и сумматоры подключены к. источнику опорного сигнала, причем вторые входы умножителей связаны с выходом датчика весовых коэффициентов, а вторые входы сумматоров - с выходом датчика управляющих постоянных напряжений ,необходимость в использовании фазосдви- гающей цепочки отпадает и потому

;точность измерений повьшается.

Вид амплитудно-фазовой характеристики предлагаемого устройства может варьироваться в широких пределах путем соответствующего выбора форм

управляющего сигнала (t), получаемого на выходе преобразователя спектра, а также за счет изменения величины коэффициента К.

Таким образом, использование пред- лагаемого устройства измерения разности фаз сигналов обеспечивает по сравнению с существующими устройствами существенное расширение функциональной возможности при определении сдвига фаз сигналов и повьшгает точность измерения.

Форм у л а изобрете ни я Устройство для измерения разности фаз, содержащее вычислитель отношений, выход которого соединен с входом вычислителя разности фаз,о т- личающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены два амплитудных детектора, преобразователь спектра, умножитель, два сумматора ,и два параметрических избирательных фильтра, входы которых объединены и соединены с входом устройства, а выходы соответственно через первый и второй амплитудные детекторы соеди иены с входами вычислителя отношений, второй вход устройства через преобразователь спектра соединен с первым входом умножителя, второй вход которого подключен к датчику весовых коэффициентов, а выход сое

1315914 6

динен с первыми входами первого и второго сумматоров, управляющие входы которых соединены .с датчиком постоянных напряжений, выходы которых 5 соответственно соединены с управля- Ю1ЦИМИ входами первого и второго параметрических избирательных фильтров.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей измерения разности фаз. Устройство содержит вычислители 9 и 10 отношений и разности фаз. Введение параметрических избирательньк фильтров 1 и 2, преобразователя 3 спектра, умножителя 4, сумматоров 5 и 6 и амплитудных детекторов 7 и 8 позволяет осуществить частотную избирательность входного сигнала без дополнительных его преобразований. Кроме того, при работе устройства отпадает необходимость в использовании фазосдвигающей цепочки. 4 ил. I (Л

1

JL

%/г

Граница зоны динамической неустойчивости реального устройства

Граница зоны динамической

неустойчивости при

omcytrjcmbuu потерь

Uo

u,,

Фаг.З

Фаг.

Редактор И.Шулла

Составитель И.ЙубиН Техред М.Ходанич

Заказ 2356/48 -, . Тираж 73 0Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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

Корректор Е.Рошко