Способ измерения малых разностейАМплиТуд и фАз СиНуСОидАльНыХСигНАлОВ Советский патент 1981 года по МПК G01R23/00 

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано как при раздельном, так и при совместном измерении малы разностей амплитуд и фаз синусоидалных сигналов, а также флуктуации этих парс1метров.

Известен способ измерения амплитудных и фазовых флуктуации, при использовании которого на экране осциллографа по угловому размеру изображения судят о величине фазовы флуктуации, а по радиальному размеру - о величине амплитудных флуктуации ll.

/ Наиболее близким техническим решф ием к предлагаемому способу является способ измерения азимутальной неоднородности магнитного поля, представляющий собой фактически способ измерения разностей амплитуд и фаз синусоидальных сигналов и заключающийся в том, что по амплитудам разностного сигнала в моменты t Т/4 и t, Т/2 судят, соответственно, о разности амплитуд и фаз L2J, Однако способ обладает недостаточным быстродействием вследствие необходимости запоминания амплитуд сигналов и использования для этого

- элементов памяти (например конденсаторов) . Другим недостатком можно считать появление дополнительной погрешности при изменении частоты сигналов из-за наличия задержки t и t.j.

Цель изобретения - повышение быстродействия при измерении разности амплитуд и фаз синусоидальных

10 сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что после сравнения исследуемого сигнала с опорньа и вычитания одного из другого стабилизируют исследуе15 №лй сигнал по амплитуде на уровне, равном г1мплитуде опорного сигнала, и вновь вычитают один сигнал из другого, после чего полученный второй разностный сигнал вычитают из первого разностного сигнала,и по величине полученного третьего разностного сигнала судят о разности амплитуд, а по величине второго разностного сигнала судят о величине фазового

25 сдвига.

Сущность изобретения заключается в следуняцем.

Приняв за начало временного отсчета исследуелвлй сигнал (Ux), можно

его и опорный по амплитуде сигнал записазЁ в виде

их Uxm sinct; (1) Uo Uom sin (at), (2) где Ф - фазовый сдвиг между сигналамиUxm, амплитуды сигналов.

Учитывая, что при малых фазах Ф (порядка единиц градусов) , cos 1, путем вычитания одного сигнала из другого получают первый разностный сигнал

Up Ux - Up AUpn s i i Uomcosct

Где &Um Uxm om разность амплитуд сигналов

Затем стабилизируют исследуемый сигнал по амплитуде на уровне, равном амплитуде опорного сигнала, т.е. выполняют операцию выравнивания Uxm Uorn, и вновь вычитают один сигнал из другого, получая при этом с учетом Д Urn О

Up,, (iQ - COSd- Up,jrp )

Для реализации данной операции возможны следующие пути:

а)если амплитуда const и стабильна , то стабилизируют только , на уровне опорного сигнала

б)если амплитуды обоих сигналов меняются, то можно стабилизировать оба сигнала на одном и том же уровне,

в)возможно использование выравнивающего устройства, которое постоянно поддерживает уровень исследуемого сигнала на уровне опорного, даже если последний также меняется

по амплитуде.

Следующая операция заключается в том, что из первого разностного сигнала (3) вьмитают второй разностный сигнал (k} и получают

S i п сХ ирт,m S 1 п Oi. (5) выражений (k) и (5) следует.

Из

что

Ч) Up I Uom i (6) U Uprr,(7)

Т.е. no отношению амплитуд второго и третьего разностных сигналов к амплитуде опорного сигнала можно непосредственно получить информацию о фазе и относительном значении разнос.ти амплитуд.

Таким образом, оказывается, что ве41ичина второго разностного напряжения однозначно определяет фазу между сигналами, а величина третьег разностного сигнала однозначно определяет разницу амплитуд сигналов.

Во всех случаях использования предлагаемого способа измеряются только синусоидальные напряжения, изменения которых мгновенно следуют за изменениями измеряемых параметров {&Uf, }: оба параметра могут быть измерены (или записаны) одним и тем же прибором - вольтметром. Для реализации способа не вребуется использование сложных злектронных схем, поскольку стабилизация (выравнивание) сигналов и операции вычитания осуществляются с помощью весьма простых и широко применяемых в измерительной технике устройств.

Предлагаемый способ обладает следующими преимуществами:

а). Погрешность измерения разност амплитуд сигналов не зависит от фазы (при любых фазах) и определяется главным образом, погрешностью измерительного прибора;

б). При измерениях разности амплтуд нет необходимости компенсировать фазу, которая к тому же сама представлена в виде синусоидального напряжения и может быть измерена и автоматически записана;

в). Скорость измерения обеих величин ( Д Um, Ф ) определяется лишь быстродействием индикаторного устройства;

г). Для измерения разности амплитуд к фаз достаточно одного индикатора;

д). Представление параметров в виде синусоидальных сигнашов удобно для построения различных систем контроля и измерения (двух параметрически) , например, при измерениях градиента магнитного поля;

е). Процесс измерений при реализации способа может быть автоматизирован;

ж), Измеряемые параметры - разноти с1мплитуд к фаз-не зависят от частоты, поэтому способ применим в широком диапазоне частот;

з) . Представление разностей амплитуд и фаз в виде синусоидальных сигналов, амплитуды которых мгновенно следуют за изменением этих параметров, позволяет измерить их флуктуации, используя для этого 90°-ный фазовращатель и осциллограф (оценка производится по размытию изобретения - кольца).

Предлагаемый способ может быть использован при неразрушающем контроле изделий, при измерении неоднородностей магнитных полей и т.п.

Формула изобретения Способ измерения малых разностей алтлитуд к фаз синусоидальных сигналов, основанный на сравнении исследуемого сигнала с опорным и вычитании одного из другого, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия, стабилизируют исследуемый сигнал по амплитуде на уровне, равном с мплитуде опорного

0 сигнала и вновь вычитают один сигнал из другого-, после чего полученный второй разностный сигнал вычитают из первого разностного сигнала, и по величине полученного третьего разност5 кого сигнала судят о разности ампли5 8156606

худ, а по величине второго разноет-флуктуации. Сб. Промышленное приного сигнала судят о величине фаэо- ,менение токов высокой частоты,

вого сдвига.Труды ВНИИ1ВЧ. М., Маишностроение,

Источники информации,1968, вып. 9.

принятые во внимание при экспертизе2. Авторское свидетельство СССР

1. Готсбан С.М. Метод совместно-., 471562, кл. G 01 R 33/00, 1973

го измерения фазовых и амплитудных(прототип).