Способ измерения разности фаз между двумя электрическими колебаниями Советский патент 1991 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании устройств, определяющих разность фаз между двумя синусоидальными сигналами одинаковой и разной частоты.

Цель изобретения - расширение области применения за счет возможности измерения разности фаз колебаний различных частот.

На фиг. 1 представлена схема устройства, реализующего способ; на фиг. 2 - график, иллюстрирующий соотношения, определяющие разность фаз.

Устройство содержит первый 1 и второй 2 входы устройства, индикаторы 3, 4 полярности, измерители 5, 6 амплитуд, измерители 7, 8 модулей мгновенных значений напряжений (токов), блок 9 сравнения кодов, дифференцирующие узлы 10, 11, узел 12 определения знака, вычислители 13, 14, содержащие блоки деления и вычисления arcsin, узел 15 определения кода адреса памяти, блок 16 памяти, содержащий 8 ячеек с

вариантами моделей соотношений, суммирующий блок 17, выход 18 устройства

К входу 1 подсоединены измеритель 5 амплитуды, измеритель 7 мгновенных значений и индикатор 3 полярности. К входу 2 подсоединены измерители 6 и 8 и индикатор 4 полярности. Выходы измерителей 5 и 7 подключены к вычислителю 13, а выходы измерителей 6 и 8 к вычислителю 14. Одновременно выходы измерителей 7 и 8 мгно- венных значений напряжений подсоединены через дифференцирующие узлы 10 и 11 к узлу 12 определения знака. Выходы индикаторов 3 и 4 подключены к блоку 9 сравнения кодов. Выходы блока 9 и узла 12 подсоединены к узлу 15 определения кода адреса памяти, выходами подключенного через блок 16 памяти к входу суммирующего блока 17, двумя другими входами подсоединенного к выходам вычислителей 13 и 14.

Способ измерения разности фаз, включающий определение мгновенных значений напряжений (токов) с последующим вычиссл

с

о сл ю

00

ю со

3 16598984

лением, дополнительно предусматривает . n /U,| ..

измерение амплитуды колебаний Umi и Um2,(ft tll + (Ч arcsin-rjj I J

а мгновенные значения напряжений FUi(t) I иm

I U2(t) I измеряют в моменты времени t игде ,1, 1,2;

t -f At, где At« Tmin - период сигнала5 m 0, 1.0. 1,

большей частоты. Измеряют также в момен- |(j |

ты времени t полярность мгновенных значе-() гаг-с 5 п-т;у (8)

ний напряжений Ui и U2, определяют знаки

производных I Ui I . I U2 Г , вычисляютгде , 1. 1,2;

, lUil , IU2I10 П2-0, 1,0, 1.

arcsln и arcsln , м в зависимо-разность фаз и равна

сти от полярности мгновенных значений на-г л . „, М -.

пряжений Ui и U2. знака производных lUi .ч,,-И -«,:,, j- (9)

|и21 определяют значения и знаки слагаемых rni7+(.,arce;nJ t i.i

соотношения, по которому определяют те-15 J

кущее значение разности фаз.При этом

Для математического обоснования спо-,

соба измерения разности фаз колебаний ск,-о,п,.о,ес., и о}

,.,. k,- п.и.если/U, , и,0;

напряжением Ui и U2 разной частоты пред-„ , o.Hi,.

ставим колебание в виде20 К) ,г „,H|ecAlt /Ui)«e0) .

II II е и/гл ФхГП l Л kj-01nl.O,ecAH/U8/ 0;U1 0

.n t+CfJ-U smV tl, (1)к,.1,и1.«,,/1«о;и1 о

U, Um,(a)),,(t),.о,

L . игп,ес«)(/и,/ «:о;и 0

где cui и ой- круговые частоты колебаний25

Ui и U2, Синусоидальные сигналы Ui и U2. сдвиг

Umi и Um2 - амплитуды колебаний Ui ифаз между которыми необходимо измерить

U2;через первый и второй входы, поступают на

ф (t) и pi (t) - фазы колебаний, подле-входы измерителей 5. 6 амплитуд и входы

жащие измерению (определению).30 измерителей 7. 8 мгновенных значений, а

Преобразуем выражение (1) к видутакже на индикаторы 3,4 полярности, изме(I ( 0 ряющие полярность напряжений сигналов,

С|,Еагсб ш п- (-P2 QnC5 M у (2), а в узле сравнения полярностей определяMwi 1пгется текущее значение знаков этих напря, IUI35 жений Ui и Ua (например, если 1, то больше

Обозначим arcsln -тт-Ч когда удовлет-«Q-Л

воряются неравенства 0 р л/2;Измеренные значения амплитуд Umi и

|U iUm2 и измеренные значения Ui(t) и U2(t) по ТЗпГ ступают на вычислители 13 и 14, где осущегде |Uil - модуль U(t); ствляется измерение мгновенных значений

U Г (пР°иэв°Д«ая).величин arcsln -щ и arcsln .

Нетрудно показать, анализируя графикДалее осуществляется определение вефиг. 2, чтоличин производных(и11 иШ вузлах 10 и 11

45 и их знака в узле 12 определения знака.

,,( (3)Определенные знаки напряжений Ui и

д,Ua и производных |Uil и (( вырабатывают

.«агссов-р-код адреса в у3ле 15. подключающий одну

nwci.t-.,. (4)M из 8 ячеек блока 16 памяти к суммирующему

50 6локУ17 (и/ , (5)Значения кодов напряжений и произtf..erc ;n-D-.,zfr,u70) |водных и соответствующих им моделей со(f.2 orccos- (6) отношений расчета фазового сдвига

1 (соответствующих соотношению 8). помеwnif- -orcs; i-,«p«j 4«2fj 55 щенных в 8 ячейках блока 16 памяти, привеи о,. дены в таблице.

В суммирующий блок поступают значеИспользуя выражения (3) - (6), можнония измерений вычислителей 13 и 14, и при

переписать формулу (2) в видепоступлении из блока 16 кода соотношения

осуществляется определение сдвига фаз, поступающее на выход 18, который может быть считан регистрирующим устройством (на схеме отсутствует).

Использование способа позволяет производить измерение разности фаз двух синусоидальных сигналов с различными частотами с высокой точностью, что обеспечит в измерительных установках, например, для измерений параметров антенн в ближней зоне, в коллиматорных и гологрэфиче- ских измерительных установках, в амплифазометрах, в бортовых моноимпульсных системах не только получения исследуемых значений параметра (разности фаз), но и повысит точность пеленга нескольких целей при перестройке их радиотехнической аппаратуры по частоте.

Формула изобретения Способ измерения разности фаз между двумя электрическими колебаниями, основанный на измерении мгновенных значений напряжений первого и второго колебаний и последующем вычислении разности фаз, о т- личающийся тем, что, с целью расширения области применения путем обеспечения возможности измерения разности фаз колебаний различных частот, дополнительно измеряют амплитуды обоих колебаний, определяют модули мгновенных значений напряжений в моменты, отстоящие друг от друга на время . где Тмин - период колебания большей из частот, в эти же моменты времени измеряют полярность

мгновенных значений напряжений и знаки первых производных по изменению модулей мгновенных значений напряжений, затем производят вычисление арксинусов отношения модулей мгновенных значений

напряжений каждого колебания к соответствующей амплитуде, в зависимости от полярности мгновенных значений напряжений и знаков первых производных определяют коэффициенты ш, Ki, П2. Кг в

соответствии с таблицей и производят вычисление разности фаз по формуле

М,, - / , UMOh

, arcs,nT--J,

где Ui(t) и U2(t) - модули мгновенных значений напряжений;

Uml и Um2 амплитуды первого и второго колебаний:

Ki, ni, «2 и П2 определяются таблицей При U,.0, К, 0 и n,0 j

при и и,о, к, „ п, и;

при U| 0 и IV О, V,. I и м, f 2.; при U О и IJ с 0, k, г 2 и п , {;

При U, 0 И I , KVO и П, -О ; При U 2 Q и , К , - и и, И; при U) О и U, О, К, -1 и п2 « 0 ; при Ui1 ° и Пг. 0, k 2 и и г« 1.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к фазометрам. Способ позволяет обеспечить измерение текущих значений разности фаз двух синусоидальных колебаний с производными частотами, вне зависимости от их амплитуды. Это достигается измерением текущих значений напряжений, их производных и амплитуд колебаний, текущие значения разности фаз между которыми необходимо измерить, а результат измерения определить по формуле, приведенной в описании изобретения 2 ил

17

Vs.

Фие.1