Способ измерения угла сдвига фаз между двумя гармоническими сигналами Советский патент 1991 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к фазоизме- рительной технике и может быть использовано для измерения разности фаз между опорным и фазсмодулированным сигналами в широком диапазоне частот.

Цель предлагаемого способа измерения угла сдвига между двумя гармоническими сигналами - повышение точности измерения угла сдвига, фаз в области высоких частот.

Для измерения угла сдвига фаз меж- ДУ двумя гармоническими сигналами формируют первую и вторую последовательности импульсов по моментам перехода гармоническими сигналами нулевого уровня напряжения, формируют опорный и два вспомогательных сигнала, для че- го логически перемножают вспомогатель- ные сигналы с каждой из последовательностей импульсов, а из результатов перемножения фильтруют измерительный и опорный сигналы, формиру- I ют интервал времени, пропорциональный углу сдвига фаз по моментам перехода, опорного и измерительного сиг- 1 налов через максимальное значение,

О

ОО

заполняют данный интервал счетными импульсами и вычисляют значение угла сдвига фаз, при этом первый и второй вспомогательные сигналы получают делением эталонной частоты FJ соответственно на целое число тип раз, а верхнюю граничную частоту фильтрации F. выбирают из условия

9

п-тп

- F 2 х

AY««c- (

. I

Г-) х

-Кг

х 32,24°,(3)

i Fc , F3/m где k) ......., ч.

k - L I F2/mL K3 Fn

k F2/n Fn

Изобретение относится к фазо- измерительной технике и может быть использовано при создании широкодиапазонных фазоизмерительных устройств. Цель изобретения - повысить точность измерения угла сдвига фазы (УФС) между двумя гармоническими сигналами в области высоких частот. Для этого гармонические сигналы с частотой FC преобразуют в последовательности импульсов по моментам перехода сигналов нулевого уровня напряжения, формируют два вспомогательных сигнала путем деления по частоте в m и п раз сигнала эталонной частоты F, перемножают вспомогательные си:- налы с каждой из последовательностей импульсов, сигналы, полученные в результате перемножения, подверг iroг фильтрации, при этом верхнюю граничную частоту фильтрации выбирают из условия // (n-m)/n -m |F - - Fc/ //(n-m)/n-m| F, - Fc|. По моментам перехода полученных после фильтрации измерительных сигналов через максимальное значение формируют интервал времени, который пропорционален УФС, заполняют данный интервал счетными импульсами и вычисляют значение УФС. 1 ил. to (Л

-Hrr-l- - ./. .

где F - частота гармонических сигналов. -Повышение точности в области высоких частот достигают формированием вспомогательных сигналов методом

делении сигнала эталонной частоты, и использованием свойств спектра перемноженных трех импульсных последовательностей с частотами FC, и . Выражение для измерительного сигнала (полученного после Лильтрации) имеет вид

-Ј$- cos J2ИL+ iq).

П Fr

(2)

где Fn

JL-IJL . F.

часn m

тота повторения измерительного сигнала;

- разность фаз между гармоническими сигналами; &(J - методическая погрешность. Из приведенного выражения следует, что увеличение отношения Ff/Fn достигается изменением коэффициентов m и п, которое не сопровождается увеличением фазовых шумов делителей частоты и тем самым не приводит к снижению точности измерения. Шбор необходимой величины Fn достигается соответствующим выбором коэффициентов m и п. Например, при F9 200 МГц, Fc 10 Мгц, и Fn 1 выбирают m 21, n 421, при этом один из коэффициентов m выполняет Функцию грубого приближения, а другой n точного приближения к выбранному значению Fn

Методическая погрешность Д (ф предлагаемого способ; не превышает определяемого выражением

5

0

5

0

5

0

5

0

5

для приведенного примера величина A4WcJ 0,004°.

На чертеже представлена одна из возможных структурных схем устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит измерительный и опорный каналы. В первом из них к входному зажиму 1 подключены последовательно соединенные формирователь 2 импульсной последовательности со скважностью, равной двум, элемент, И 3, фильтр 4 нижних частот, дифференцирующий элемент 5 и компаратор 6, выход которого соединен с первым входом фазового детектора 7. В опорном канале к входному зажиму 8 подключены последовательно соединенные формирователь 9 импульсной последовательности со скважностью, равной двум, элемент И 10, фильтр 11 нижних частот, дифференцирующий элемент 12 и компаратор 13, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора 7. Второй и третий пходы элементов И 3 и 10 соединены соответственно с выходами делителей 14 и 15 частоты, входы которых соединены с выходом эталонного генератора 16.Третий вход фазового детектора 7 соединен с выходом генератора 17 счетных импульсов, а выход - с входом регистратора 18.

Способ реализуют следующим образом.

Через входные зажимы 1 и 8 подают два гармонических сигнала одинаковой частоты F., угол сдвига фаз между которыми необходимо измерить, соответственно на входы формирователей 2 и 9, которые преобразуют эти сигналы по моментам перехода нулевого уровня напряжения в последовательности прямоугольных импульсов со скважностью, равной двум. С выхода формирователей 2 и 9 последовательности импульсов поступают соответственно

16 и 1

на один из входов элементов И 3 осуществляющих логическую операцию. Генератор 16 прямоугольных импульсов вырабатывает сигнал эталонной частоты F9, поступающий на входы делителей 14 и 15 частоты с коэфЛици- ентами деления, тип соответственно.

С выхода делителя 14 частоты вспомогательный сигнал с частотой F9/m поступает на вторые входы логических элементов И 3 и 10,а с выхода делителя 15 другой вспомогательный сигнал с частотой F./n поступает на третьи входы элементов И 3 и 10. Сигналы на выходах элементов И 3 и 10 представляют собой результаты логического перемножения трех последовательностей импульсов, поступающих на входы этих элементов. Эти сигналы подают на входы фильтров 4 и 11 нижних частот соответственно, верхнюю граничную частоту фильтрации Fg которых выбирают из условия (1).

l

i

На выходе фильтров 4 и 11 получают измерительные сигналы, имеющие квазитреугольную форму, один из которых, например, на выходе фильтра 4 принимают за опорный. Эти сигналы подают соответственно на входы элементов 5 и 12, с выхода которых преобразованные сигналы поступают на входы компараторов 6 и 13. Дифференцирующие элементы 5 и 12 выделяют моменты перехода экстремума опорным и измерительным сигналами, а компараторы 6 и 13 формируют импульсы прямоугольной формы с длительностью, равной выделенным моментам. Импульсы с выхода компараторов 6 и 13 поступают соответственно на первый и второй входы фазового детектора 7, на третий вход которого подают счетные импульсы с генератора .Фазовый детектор 7 формирует интервал времени, пропорциональный углу сдвига фаз входных гармонических сигналов, и заполняет его соответствующим ширине этого интервала количеством счетных импульсов, которые поступают с выхода детектора 7 на регистратор f8, фиксирующий их,число N.

Угол сдвига Лаз между двумя гармоническими сигналами вычисляют по формуле

137

/. .(//„nza/

MX FCu v/ n«ra I

NX

Гх РСЦ 360° .

где FCu - частота повторения счетнмх импульсов.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет увеличить точность измерения угла сдвига фаз между дгумя гармоническими сигналами в области высоких частот.

5

0

5

0

5

Формула изобретения

Способ измерения угла сдвига фаз между двумя гармоническими сигналами, заключающийся в том, что формируют первую и вторую последовательности импульсов по моментам перехода гармоническими сигналами нулевого уровня, формируют опорный и вспомогательный сигналы, логически перемножают вспомогательный сигнал с одной из последовательностей импульсов, из результата перемножения с помощью фильтрации получают измерительный сигнал, формируют интервал времени,пропорциональный углу сдвига фаз, по моментам перехода опорного и измерительного сигналов через максимальное значение, заполняют данный интервал времени счетными импульсами и вычисляют значение угла сдвига фаз, отличающийся лем, что, с целью повышения точности измерения угла сдвига фаз в области высоких частот, формируют второй вспомогательный сигнал, который включают сомножителем в упомянутое логическое перемножение, а опорный сигнал получают фильтрацией сигнала,полученного в результате логического перемножения второй последовательности импульсов, первого и второго вспомогательного сигналов, при этом первый и второй вспомогательные сигналы получают делением эталонной частоты

соответственно в целое число m и а верхнюю граничную частоту

F

п раз.,

фильтрации FB выбирают из условия

. . F Fc L F C2 K-S-IJ54 I n ш I с j- t /I n m

K- Fe|,

где

Fc m, n частота гармонических сигналов;

коэффициенты деления эталонной частоты.