Способ определения фазового сдвига Советский патент 1988 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к электро- радиоиэмерениям и может быть использовано для измерения сдвига фаз сигналов, в составе которых присутству- ет постоянная составляющая,за малое время измерения, в том числе и за время измерения, меньшее периода сигнала, с повышенной точностью и помехоустойчивостью.

Цель изобретения - сокращение времени и повьщ1ение точности измерения фазовых сдвигов сигналов.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства, реализующего пред- лагаемый цпосрб; на фиг.2 и 3 - схема блока управления с временными диаграммами; на фиг. 4 - структурная схема генератора опорного напряжения.

Устройство содержит (фиг.1) генератор I опорного напряжения, пере множители 2-7, квадраторы 8-10, ин- тегра-торы 11-16, элементы 17 и 18 вычитания, преобразователь 19 отно- щения, блок 20 вычисления арктангенса, индикатор 21, блок 22 управления причем генератор 1 опорного напряжения, выходами подключен к перемножителям 2 и 3 и квадраторам 8 и 9, вто рые входы перемножителей 2 и 3 и вход интегратора 11 - к шине входа измеряемого сигнала, вьпсрды перемнЬжите- лей 2 и 3, квадраторов 8 и 9 и косинусного выхода генератора 1- опорного напряжения подключены к входам соответственно интеграторов 12-16, выходы интеграторов 11, 14 и 16 подключены к входам перемножителя 4, выход интегратора; 16 также подключен к вхо ду квадратора 10, выход которого подключен к входу перемножителя 5, к второму входу которого подключен, выход интегратора 12, который также подключен к входу перемножителя 6, второй вход которого подключен к- выходу интегратора 15, выходы интеграторов 13 ц 14 подключены к входам перемножителя 7, выходы перемножителей 4 и 7 подключены к входам элемента 17 вычитания, выходы перемножителей 5 и 6 подключены к входам элемента 18 вычитания, выходы элементов 17 и 18 вычитания подключены к преобразователю 19 отношения, вы- ход которого подключен к входу блока 20 вычисления арктангенса, выходом подключенного к индикатору 21, первый выход подключен к управляющим

входам генератора I опорного напряжения и интеграторов 11-16, второй выход подключен к управляющим входам интеграторов П-16 и индикатора 21.

Блок управления (фиг.2) содержит формирователь 23 имцульса пуска, вре мязадающий элемент 24 и формирователь 25 импульса, последовательно содиненные между собой. Выходами блока управления являются щины а и 5 .

Генератор .опорного напряжения (фиг.4).содержит тактовый генератор (ТГ) 26, вход которого подключен к выходу а блока управления, два запоминающих блока 27 и 28, входы которы подключены к выходу ТГ 26, и два цифроаналоговых преобразователя 29 и 30, входы которых подключены к выходам запоминающих блоков 27 и 28, а выходы являются выходами синусного и косинусного сигналов генератора 1 опорного напряжения.

Сущность- предлагаемого способа состоит в следующем.

Фазовый сдвиг определяется выражением

ЛАт - о о АзВ,

uгм°з te в котором

1Ч

о/ i s(t) (0 dt ,

u . -г„11

/ь S(t) S,(t) dt;

1

-Ты/г

TM/

0 t;

J-u J

-TM/- «/5

A 1 S,(t.)dt;

-v ;

Т„/5

В, S Soc (t) t;

. -T«(7

TV,/ .

Bj f г s;jt)Jt,

и-Тц/а

где S(t) - измеряемьм сигнал; S Q5(t) ,S() - синусная и косинусная составляющие опорного сигнала.

Спо соб реализуется следующим образом.

Момент начала измерения формируется формирователем 23 импульса пуска блока 22 управления, работающего в ручном или автоматическом режимах Времязадающим элементом 24 блока 22 управления формируется импульс, равный по длительности времени интегрирования Ти (фиг.З), который по щине а подается на генератор 1 опорного напряжения, на вход тактового генератора 26 и интеграторы 11-16. В течение времени интегрирования генератор 1 опорного напряжения формирует синусную и косинусную составляющие опорного сигнала, которые подаются на перемножители 2 и 3, квадратор 9 и интегратор 16. Перемноженные с измеряемым сигналом косинусная составляющая опорного сигнала, квадрирован ная косинусная составляющая опорного сигнала и измеряемый сигнал интегрируются в течение времени Т. После окончания интегрирования результаты интегрирования запоминаются на время , (фиг.З), равное длительности импульса с выхода формирователя 25 импульсов, поступающего по шин е S на все интеграторы и индикатор. Сигналы с выходов интеграторов, которые в течение действия импульса по щине 5 постоянны во времени, подаются на соответствующие перемножители 4-7 и квадратор 10. На выходе перемножителя 4 формируется сигнал, пропорциональный перемноженным значениям o((j A,jB,, на выходе перемножителя 6- сигнал, пропорциональный перемноженным значениям о В, на вькоде перемножите ля 7 - сигнал, пропорциональный перемноженным значениям /ьА, на выходе квадратора 10- сигнал, пропорциональный значению В , на выходе перемножителя 5 - сигнал, пропорциональный перемноженным значениям of В , где о , d

4

Bi,

Bj обозначены в соответствии с 2-7. Сигналы с выходов перемножителей 4- 7 поступают на элементы вычитания, с которых подаются на преобразователь отношения, на выходе которого действует сигнал, пропорциональный величине (/lA - о AjB,)/(d(B - оСВ) , Этот сигнал поступает на блок вычисления арктангенса, который вычисляет фазовьш сдвиг по арктангенсу от зна- чеЬия сигнала на его входе. Результат вычисления поступает на индикатор 21, которь1й запоминает его во время действия импульса по шине и и индицирует его

-10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

до окончания следующего измерения.

Использование предлагаемого способа дает возможность уменьшения погрешности измерения. Особенно это важно при измерении сдвига фаз сигналов на инфранизких частотах при времени измерения, меньшем периода сигнала. При малых временах, меньших периода сигнала, погрешность может достигать 20° и более, т.е. измерение фактически становится невозможным. Для выполнения измерения с приемлемой точностью время измерения необходимо увеличить до значения, кратного периоду (полупериоду) сигнала. Таким образом, можно сущест- венно уменьшить время измерения. Например, на частоте 0,001 Гц минимальное время измерения по прототипу составляет 500 с, а при использовании предлагаемого способа время измерения можно уменьшить на один-два порядка .

Формула изобретения

Способ определения фазового сдвига , основанный на перемножении измеряемого сигнала на синусную и косинусную составляющие опорного сигнала, интегрировании результатов перемножения и вычислении результата измерения по арктангенсу отношения, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени и повышения точности измерения, синусную и косинусную составляющие опорного сигнала возводят в квадрат и интегрируют, косинусную составляющую опорного сигнала интегрируют, измеряемьй сигнал интегрируют, затем результат интегрирования перемноженных измеряемого сигнала и косинусной составляющей опорного сигнала перемножают с результатом интегрирования квадрата синусной составляющей опорного сигнала, результаты интегрирования измеряемого сигнала, косинусной составляющей опорного сигнала и квадрата синусной составляющей опорного сигнала перемножают и из предпоследнего результата перемножения вычитают последний результат перемножения, результат интегрирования перемноженных измеряемого сигнала и синусной составляющей опорного сигнала перемножают с результатом интегрнрования квадрата косинусной составляющей опорного сигнала, результат интегрирования косинусной составляющей опорного сигнала возводят в квадрат и перемножают с результатом интегрирования перемноженных измеряемого

13777656

сигнала и синусной составляющей опорного сигнала, из результата предпоследнего перемножения вычитают результат последнего перемножения и по результатам данных вычитаний вычисляют результат измерения.

Изобретение может быть использовано для измерения сдвига фаз сигналов, в составе которых присутствует постоянная составляющая. Цель изобретения - сокращение времени и повышение точности измерения. Устройство, реализующее способ, содержит генератор 1 опорного напряжения, перемножители 2. .. 7, квадраторы 8... 10 , интеграторы 11...16, элементы 17 и 18 вьгаитания, преобразователь 19 отношений, блок 20 вычисления арктангенса, индикатор 21 и блок 22 управления. Устройство позволяет прово- . дить следующие операции. Синусную и косинусную составляющую (КС) опорного сигнала возводят в квадрат и интегрируют. КС и измеряемый сигнал (ИС) также интегрируют. Затем ре- зультат интегрирования перемноженных КС и ИС перемножают с результатом интегрирования квадрата синусной составляющей (СС) опорного сигнала. Результаты интегрирования измеряемого сигнала, КС и квадрата СС перемножают и из предпоследнего результата перемножения вычитают последний результат перемножения. Результат интегрирования перемноженных ИС и СС перемножают с результатом интегрирования квадрата КС. После этого результат интегрирования КС возводят в квадрат и перемножают с результатом интегрирования перемноженных ИС и СС. Из результата предпоследнего перемножения вычитаю г результат последнего перемножения и по результатам данных вычитаний вычисляют результат измерения. 4 ил. t л. ijTlо оо чЗ О) сд Фиг. 1

23

Zif

Фие,3

а

25

фиг. 2

Ти

CDi/e.