Способ измерения угла сдвига фаз между двумя гармоническими сигналами Советский патент 1988 года по МПК G01R25/00 

00

со

00

со

Изобретение относится к фазоизмеритель- ной технике и может быть использова- )1О для измерения разности фаз между онор- мым и измерительным сигналами в широком диапазоне частот.

Цель изобретения - повышение точ- пости измерения угла сдвига фаз в области высоких частот.

Повьипение точности в области высоких частот достигается уменьшением погрешности дискрета вследствие увеличения в m раз счетного интервала, пропорционального сдви ГУ фаз. При этом используют свойства спектра перемноженных двух импульсных последовательностей с дробнократным соотношением частот повторения: а именно в т/(т- - 1) раз, полученных, соответственно, из входных гармонических сигналов. Спектр такого сигнала определяется выражением

Изобрете1 ие относ 1тся к области фа- )1змер 1те: ьиой техник 1. Снособ измерения yr.ia фаз между двумя гармо 1и- .ам (ГС) реализован в уст- . Через ..ти 4 и 3 подаются ГС и и п ia формирователи 6 и 5, где руются ГС, в и i , этом ГС г задержан на время t:j i|.v/(), где ((,, - yro,i сдвига фаз;

C(m,t3) - - JTllTlSS-t,

2 f

exp (m-l)

+b

2q(m-l) - n J

где опорная частота Q cD/m; w - частота входных гармонических сигналов; 1з - время запаздывания одной импульсной после- довательности относительно другой, связано с углом сдвига фаз как t;j х/м, If л - измеряемый сдвиг фаз; п - номер спектральной составляющей, п 1,3, 5... Первое слагаемое данного выражения определяет спектр сигнала треугольной формы, время запаздывания которого относительно отсчетной точки составляет mt.j, и который синтезируется с точностью до гармоники с номером п m-2, а второе слагаемое определяет методическую погрешность линейного усиления счетного интервала. Отсюда следует, что методическая погреш- jiiocTb Atp данного способа составляет: при Л-ф 0,025°, при m 100 Аф 0,00003°.

I На фиг. I представлена структурная схе- |ма устройства, реализующего предлагаемый 1способ; на фиг. 2 - вре.менные диаграм- JMbi, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит входные зажимы 1 и 2, линейные усилители 3 и 4, форми- ;рователи 5 и 6 импульсных последователь- ностей со скважностью, равной двум, элемент И 7, делитель 8 частоты, фильтр 9 ниж- ни.ч частот, дифференцирующий элемент 10, ;ко.мнаратор-ограничитель 11, синтезатор 12 с фазовой автоподстройкой частоты, электронный ключ 13, эталонный генератор 14 и регистратор 15.

Измерительный канал содержит последовательно соединенные линейный усилитель 3, формирователь 5, элемент И 7, фильтр 9, Дифференцирующий элемент 10, компаратор- ограничитель 11, ключ 12 и регистратор 15. Опорный канал содержит последовательно соединенные линейный усилитель 4, формирователь 6, делитель 8 частоты и синтезатор 12, выход которого соединен с вторым входо.м элемента И 7. Второй вход элект- ронного ключа 13 соединен с выходом де- лтителя 8, а третий вход ключа 13 - с выходом генератора 14.

expj (m-1) 2q(m-1)-bn 2qm-bn

5

0

5

0

0

Q 5

5

Способ осуществляется следующим образом.

Способ осуществляется следующим образом.

Два гармонических сигнала а я б, из которых опорный подсоединен к зажиму 2, а исследуе.мый - к зажи.му 1, усиливаются -соответственно усилителя.ми 4 и 3 и подаются на входы формирователей соответственно 6 и 5, которые формируют одинаковые импульсные последовательности в иг, где, например, последовательность г задержана относительно последовательности в на время t: (рд/(о. Затем сигнал в подают на цифровой делитель 8 частоты, на выходе которого формируется сигнал д с частотой Q ш/т, макси.му.м проинтегрированного сигнала е от которого будет находиться в отсчетной точке. Выделение максимума производится дифференцированием сигнала е, поэтому в качестве отсчетной точки формирования счетного интервала м используют задний фронт сигнала д, к которому привязана фаза синтезатора 12, и который открывает ключ 13. Далее импульсную последовательность ж с частотой (т-1)Q w(m-l)/m с выхода синтезатора подают на второй вход элемента И 7, а на первый вход подают импульсную последовательность с выхода формирователя 5.

Сигнал 3, полученный в результате логического перемножения сигналов г и ж. подают на фильтр 9, который является «прозрачным в области частот О-(гп-2) со. Па выходе фильтра 9 выделяется сигнал и квазитреугольной формы (треугольность тем лучше, че.м больше т), мо.мент максимального значения которого отстоит от отсчетной точки на величину mt.j. После дифференцирования сигнала и элементом 10 полученный сигнал к подают на компаратор- ограничитель 11, на выходе которого формируется сигнал л прямоугольной фор.мы. задний фронт которого отстоит от отсчетной точки на величину mta. Электронный

ключ 13, открываемый задним фронтом сигнала л и закрываемый задним фронтом сигнала d, осуществляет формирование счетного интервала м, который заполняется счетными импульсами генератора 14, число которых регистрируется регистратором

Угол сдвига фаз между двумя гармоническими сигналами вычисляют по формуле

N, 15.

Ч,N,- fs m- fr

360

где fax со/2л - частота входных сигналов; fr - частота эталонного генератора.

Формула изобретения

Способ измерения угла сдвига фаз между двумя гармонически.ми сигналами, заключающийся в выделении моментов перехода данными сигналами нулевого уровня напряжения, формировании интервала времени,

пропорционального углу с.щига фа., но мо- ментам перехода гармонических сигналов чс.- рез максимальное значение, загю.чиенпи дам ного интервала времени счетными inniy/ib

с сами и вычислении значения yr. ia сдвига фаз, отличающийся тем, что, с цс.чыо но- выщения точности измерения у1ма сдвига фаз в области высоких частот, в сносоп дополнительно введены следующие операции над входными сигналами, ф ормируют онор 0 ный сигнал делением но частоте в ш раз вого входного гармонического сигнала, далее формируют вспомогательный сигнал, умножая по частоте сформированный опорный сигнал в m-1 раз методом синтсзи15 рования частоты с применением фазовой автоподстройки частоты, второй входной гармонический сигнал преобразуют, логически перемножая его с вспомогательным сигналом, и фи,тьтруют измерительный си1 на,1. выделяя из него не более, чем m 2 i-ap20 монических составляющих, где основная составляющая равна частоте опорного сигнала.