СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ Советский патент 1970 года по МПК G01R25/08 

Изобретение относится к области фазоизмеРительной техники, в частности, к способам измерения монотонно меняющейся фазы в диапазоне более 360°С с цифровым отсчетом.

Известен способ измерения фазы электрических сигналов в даипазоне более 360° с цифровой индикацией, применяющейся в радионавигации при измерен-ии пройденного пути ПОДВИЖ.НЫМ.И средствами, а также при измерении перемещения рабочих органов механизмов.

Сущность этого способа заключается в раздельном измерении фазы в диапазоне более 360° -путем преобразования временного интервала, соответствующего измеряемой фазе, в числе импульсов и их подсчете, и измерения целого Числа .периодов фазы путем формирования и подсчета импульсов в моменты изменения фазы на 360°.

К недостаткам известного способа относятся: погрешность измерения вследствие неточного согласования отсчетов разных поддиапазонов в многосчетных устройствах и отсутствие дополнительной информации о характере изменения фазы (знаке самой фазы и знаке ее приращения).

С целью устранения погрешности измерения фазы в диапазоне более 360°, свойственной способу с «точным и «грубым отсчетом, а также с целью получения дополнительной информации о знаках фазы и ее изменении, предлагается способ, по которому измерение производят в два последовательных этапа. Сначала измеряют разности между периодами исследуемого и опорного сигналов периодически с частотой исследуемого сигнала и затем суммируют эти разности также периодически с частотой исследуемого сигнала.

В процессе монотонного изменения фазы частота исследуемого сигнала меняется на величину Д/, где f - фаза, t-время.

1 д(1)

Д/

Измеряя это отклонение или величину, ей пропорциональную, и интегрируя ее во времени, люжно определить фазу.

Измерение производится в два этаиа.

I. Измерение разности между периодами исследуемого и опорного сигналов.

АГ z Гп - Г„

/о±А/ А/

i- - +

(2)

/о (/о ± А/)

где Гп-период исследуемого сигнала, Го-период опорного сигнала, Го Величина быть выражена целым числом периодов колебаний частоты nf (п 1, 2, 3...), т. е. с учетом (2). п ± То/о ± Л/ п. Суммирование этих разностей периодов АГ во времени с частотой суммирования, равtной /о±А/, т. е.Ф Г Ar(/ozhAf)rfiJ или с учетом (3) t Ф ±п f , эта величина пропорциональна. измеряемой фазе, см. (1). Величина п определяет дискретность отсчета фазы, t -текущее время, Ф-результат измерения в числовом виде. На чертеже показана блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ. Датчик 1 фазы, связанный через схему 2 формирования и синхронизатор 3, подключен к устройству 4 сравнения периодов. К этому же устройству 4 подключен генератор 5 высокой частоты, который, в свою очередь, связан с синхронизатором 3 и делителем 6 частоты. Схема 7 формирования связывает датчик 1 фазы и делитель 6 частоты. Устройство 4 сравнения соединено с накопителем 8 приращений с индикатором. Измеряемая величина X (t) преобразуется датчиком / в исследуемый сигнал с фазой ф(). В качестве датчика фазы может быть электронная схема или фазовращатель любого типа. Сам датчик фазы получает питание от схемы 7 формирования, вырабатывающей опорный сигнал с частотой /о- Схема 2 формирует короткие имиульсы, имеющие ту же фазу ff(t}, что и исследуемый сигнал датчика, и ту же частоту fo, что и опорный сигнал. Иначе можно сказать, что исследуемый сигнал имеет «мгновенную частоту, равную fo±Af, где отклонение частоты есть производная функции от измеряемой фазы ф(). Импульсы схемы 2, поступающие на синхронизатор 3, «привязываются во времени к импульсам генератора 5 высокой частоты с частотой следования «fo таким образом, что никогда с ними не совпадают и что необходимо для исключения сбоев последующей схемы. Этот же генератор 5 участвует в формировании опорного сигнала, так как частота /о опорного сигнала образуется путем деления частоты этого генератора в целое число раз, равное п. Иервый этап операции измерения фазы производится устройством 4 сравнения периодов, представляющим собой счетчик импульсов с последовательным суммирующим (вычитаюш.им) входом для имнульсов генератора 5 с частотой следования п/о, и параллельным вычитающим (суммирующим) входом для импульсов синхронизатора 3. Эти импульсы синхронизатора с частотой следоваНИН /o±Af производят считываиие результата сравнения и запись числа п с одновременным сбросом на нуль. Результат считывания, равный ЛГ в параллельном виде с учетом знака, вырабатываемого триггером знака счетчика, поступает в накопитель 8 приращений, где, по существу, осуществляется II этап - суммирование приращений АГ. Накопитель 8 представляет собой реверсивиый сумматор с иараллельным входом, например, двоичнодесятичного исполнения. Его состояние определяет величину « знак измеряемой фазы (0. Синхронизатор 3 является .непременным блоком серийных вычислительных цифровых машип, а также программных устройств. Ноэтому этот блок не требует дополнительных разъ яснений -по устройству .и pai6oTe. Делитель 6 час готы может быть выполнен по схеме: счетчиковый делитель частоты - фильтр низких частот-фазовращатель. Нредмет изобретения Способ измерения фазы электрических сигналов в диапазоне более 360° с цифровой индикацией, основанный на преобразовании временного интервала, соответствующего измеряемой фазе, в число имиульсов и их подсчете, и измерении целого числа периодов фазы путем формирования и подсчета импульсов в моменты изменения фазы на 360°, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, а также получения пиформации о знаке приращения фазы, периодически с частотой исследуемого сигнала обрауют разности между периодами исследуемоо и опорного сигналов и суммируют эти разиости также периодически с той же частотой.