Способ измерения сдвига фаз Советский патент 1980 года по МПК G01R25/00 

1

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к области фазовых измерений, и может быть использовано для измерения сдвига фаз между двумя периодическими сигналами с получением результата в виде цифрового кода, пригодного для ввода в цифровую ЭВМ.

Известен способ цифрового измерения среднего значения сдвига фаз, основанный на подсчете числа квантующих импульсов, сгруппированных в пачки, длительность которых пропорциональна фазовому сдвигу между исследуемыми колебаниями и обратно пропорциональна их частоте и которые проходят на вход счетчика за,измерительное время, краткое периоду квантующих импульсов l .

Однако этот способ характеризуется пониженной точностью измерения из-за того, что в обшем случае интервал времени, пропорциональный фазовому сдвигу между исследуемыми колебаниями, не кратен периоду квантующей последовательности, и период исследуемых колебаний не кратен измерительному времени..

Известен также способ измерения сдвига фаз, основанный на сравнени

во времени коротких импульсов, сформированных из исследуемых сигналов, с короткими импульсами опорного генератора, частота которого близка к

частоте исследуемых сигналов, и выделении временного интервала между выходными импульсами схем совпадений, равного интервалу времени, пропорциональному углу сдвига фаз, ноженному на целое число 2,

Недостатками, данного способа являются йизкая достоверность результата измерения, обусловленная возможностью нефиксаций момента совпадения импульса опорного генератора с импульсом, сформированным из исследуемого сигнала, в случае малой величины перекрытия упомянутых импульсов; жесткие требования к длительности и форме сравниваемых во времени импульсов, обусловленные требованием получения одиночных совпадений.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

И Поставленная цель достигается тем, ,что при измерении сдвига фаз, основанного на трансформации фазового сдвига на низкую частоту путем сравнения во времени последовательностей

30 импульсов, сформированных из -исследуемых сигналов, с опорной последовательностью импульсов и последующем время-импульсном преобразовании времёйнах интервалов, пропорциональных искомому сдвигу фаз и периоду исследуемых сигналов, для формирования fpSttKfU упомянутых временных ин ёрвалоп используют соответствующие выделенные, одинаковые по порядку импульсы в последовательно -идущих пакетах совпадений.

На фиг.1 и 2 представлены схемы реализации способа.

Схема устройства (фиг.1) содержит формирователи 1 и 2, элементы 3 и 4 совпадений, блоки 5 и 6 селекции, блок 7 автоматической подстройки частоты, управляемый генератор 8, формирователь 9, триггер 10 со счетным входом, симмётри-чный триггер-11, временные селекторы 12 и 13, счетчики 14 и 15 импульсов.

измерение производят следующим ,образом,Исследуемые периодические сигналы с частотой Jex- Формирователями 1 и 2 преобразуются во вг одные пбследовательности прямоугольных импульсов длительностью -с и периодом

Т&% 1/ -импульсы вход- , ных последовательностей одинаково привязаны к фазе исследуемых сигналсгвт ТЬ между ними сохраняется искомый угол сдвига фаз с соответствующим ему временным сдвигом ty . Далее входные последовательности импульсов поступают на первые входы элементов 3 и 4 совпадений, на вторые входы которых с управляемого генератора 8, частота которого п близка к частоте 1вх исследуемых сигналов, через формирователь 9 поступаisT опорная последовательность прямоугольных импульсов длительностью tx и с периодом Трп-

Тогда, если длительность -с импульсов входных и опорнрй последоватeльнbctи Удовлетворяет следующим условиям

(1)

г (

-сГ (2)

на выходах элементов 3 и 4 образуют ея пё йШй 1ё(с:й:И следующие пакеты совпадений,число импульсов в которых . пропорционально tr и обратно пропорционапьно разности |Твх-Топ1

Выполнение условия, (i) необходимо дл Лблучения на выходах элементов 3 и 4 пакетовсовпадений. Н выполнение условия (2) приводит к по c-lrioWftиОМУ совпадению во времени им пулзьсЬв входных и опорной поСлёйЫвательностей.

С помощью блока 7 частота генератора 8 подадерживается близкой к Шё° й Ш ЙУёЖх o eeifeчивается выполнение формирователями 1, 2 и 9 условий (1) и (2). Пакеты

совпадений с выходов, элементов 3 и 4 поступают далее на блоки 5 и 6. ФункциОнальное назначение последних состоит te выделении одинаковых гто порядку следования i -ых импульсов пакетов совпадений, временной интервал между пропорционален Тц,.,. и не зависит от длительности -тг .

В способе измерения сдвига фаз имеет место трансформация искомого фазового сдвига на низкую частоту (частоту следования пакетов совпадений) .

В зависимости от опережения или отставания фазы йсследуемлх сигналов меняется очередность срабатывания элементов 3 и 4 и, как следствие этого, очередность поступления на входы симметричного триггера 11, который формирует в устройстве временьГой интервал Ьф , пропорциональный искомому углу сдвига фаз 1} . А триггер 10 выполняет в устройстве функцию формирования временного интервала Тд С помощью времейных селекторов 12 н 13 временные интервалы соответственно заполняются квантующими импульсамиопорной .последовательности с периодом TQP, число которых ТВ-Поп и tip подсчитывается счетчиками 14 и 15 импульсов. Значение искомого угла сдвига фаз определяется по формулё.

. 360°

.оп.

Изображенный на фиг.2 фазометр состоит из формирователей 16, 17 и 18, управляемого генератора 19, блока 20 автоматической подстройки частоты, логических.элементов 21 и 22 И, блоков 23 и 24 селекции, электронного, коммутатора 25, индикаторов 26, 21 совпадений, блокирующего блока 28, триггера 29 со счетным входом, симметричного триггера 30, первого ключа 31, второго ключа 32, счетчиков 33 и 34 импульсов и арифметического узла 35.

Фазометр работает следующим образом. Опорное и измеряемое напряжения поступают соответственно на формирователи 16, 17. Кроме того, с управляемого генератора 19 на формирователь 18 .поступает напряжение вспомогательной частоты fgj. , близкой к частоте {g входных напряжений. Формиррватель 18 Вспомогательную последовательность прямоугольных импульсов длительностью t и периодом T.

1/ кпБлок 20 автоматической подстройки

частоты. На входы которого поступают одни из в содных напряжений частоты и напряжение частоты i , поддерживает частоту tatn выходного напряжения управляемого генератора 19 вспомогательной частоты, близкой к частоте tв, входных напряжений,Опорная и измеряемая последовательности прямоугольных импульсов поступают на первые входы логических элементов 21 и 22 И соответственно, на вторые входы которых поступает вспомогательная последовательность импульсов, на выходах их формируются пакеты совпадений Un, и Л)пг

Пакеты сов,падений ОпцС выводов элементов 21 и 22 поступают на блоки 23 и 24. С выхода блока 23 выделенные первые импульсы двух последовательных пакетов поступают на вхо триггера 29, формирующего временной интервал Т , который с помощью второго ключа 32 квантуется импульсами с периодом Твсп Число го квантующих импульсов, заполняющих временной интервал , подсч:итывается счетчиком 33 импульсов.

Значения тип вводятся в арифметический узел 35, где по формуле ,

V.360°

определяется искомый угол сдвига фаз

Положительный эффект от исполь;зования предложенного способа заключается в повышении достоверности результата измерения при одновременном снижении требований к длительности и форме сравниваемых во времени импульсов. При этом снижаются требования, предъявляемые к парс1метрам отдельных узлов устройств, реализующих настоящий способ, что повышает их технологичность и уменьшает себестоимость.

Формула изобретения

Способ измерения сдвига фаз, основанный на трансформации фазового сдвига на низкую частоту путем сравнения во времени последовательностей импульсов, сформированных из исследуемых сигналов, с опорной последовательностью импульсов и последующем время-импульсном преобразовании временных интервалов, пропорциональных искомому сдвигу фаз и периоду исследуемых сигналов,о тличающийс я тем,что, с целью повышения точности измерения,для формирования границ упомянутых временных интервалов используют соответствующие выделенные, одинаковые по порядку импульсы в последовательно идущих пакетахсовпадений.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Смирнов П.Т. Цифровые фазометры. Л. Энергия , 1974, 33.

2,Авторское свидетельство СССР 324588, кл: q 01R 25/00.