Способ измерения фазового сдвига электрических сигналов Советский патент 1982 года по МПК G01R25/00 

меряют их и вычисляют значение фазо вого сдвига по формуле tj - 1 if гтгл Т -определяемый фазовый сдвиг; -электрические величины; -временной интервал, пропорциональный временному сдвигу сравниваемых по ф зе сигналов; Т - временной интервал, пропорциональный периоду сигнала, при формировании временных интервалов, пропорциональных периоду и вре менному сдвигу сравниваемых по фазе сигналов, в каждый полупериод измеряют с1мплитудное значение каждого и сравниваемых по фазе сигналов, полученные сигналы уменьшают в m раз, сравнивают с мгновенными зна.чениями сравниваемых по фазе сигналов, в моменты их равенства формируют короткие импульсы, интервал времени между нечетным (четным) и четным (нечетным) импульсами используют в качестве временного сдвига сигналов, интервал времени между нечетными (четными) импульсами используют в качестве полупериода сравниваемых по фазе сигналов. Фазовый сдвиг может быть определен путем 197 комбинаций последовательностей операций над полученными временными интервалами и электрическими величинами, представленными в табли.це.

Продолжение таблицы

Продолжение таблицы,

Продолжение таблицы

На фиг.1 показаны эпюры напряжений; на фиг.2 - устройство, реализу ющее предлагаемый способ. В каждый полупериод измеряют амплитудное значение каждого из сравниваемых по фазе сигналов (фиг.1а). U-iCt) Vm sinat (1) и г %sin («t ) (2) В результате измерения получают сигналы V и УП, (фиг.1а). Полученные сигналы V и V,рав ные амплитудным значениям сравниваемых по фазе сигналов (1) и (2), уменьшают в m раз (фигЛа): Von Vnifj /m Затем сигналы (3) и (4) сравнива ют с мгновенными значениями, соответственно, сигналов (1) и (2): 4), ; Von ( Vm,, (a ) В моменты t и tiji равенства сигналов формируют короткие импульсы (фиг.1б). Из выражений (5) и (б) мо менты времени t и t , соответстве но, равны: arcsin Я m t (arcsinl + V, ) (8) Для отрицательных полупериодов аналогично получаем (фиг.1а) tj 1 (arcsinl + л- ) (9) t4 1 (arcsinl + fx+J7) (10) Интервал BpeMeHHAt между нечетными и четными импульсами используют в качестве временного сдвига сигналов (фиг.1в) 4t (afcsinl х)X arcsin- Интервал времени &t между четными и нечетными импульсами (фиг.1г) ut2 tj -t, 1 (arcsini +jr) - i (arcsinl Ч-х) (J -4x)/S (12) Интервал времени между нечетными импульсами используют в качестве полупериода сравниваемых по фазе сигналов (фиг.1в) 4-ti4(arcsinI J7 ) -aresin- л/ Я m и между четными импульсами (фиг.1г): m-.Vi,(arcsin 44,.j7).-ni . 4-)JflQИЯ Затем измеряют временные интервалы (11), (12) и(13), (14), равные временному сдвигу и полупериоду сравниваемых по фазе сигналов, а затем осуществляют вычислительные преобразования полученных значений с дополнительной постоянной величиной N и погрешностью дискретности дЦ . Устройство, реализующее способ измерения фазового сдвига электрических сигналов, содержит и.змерители 1 и 2 амплитуды, управляемые аттенюаторы 3 и 4, задатчик 5 коэффициента деления т, блоки б и 7 сравнения сигналов, формирователь 8 временных интервалов, задатчик 9 параметров N и 4 f , вычислительный преобразователь 10, отсчётно-регистрирующий блок 11. При- этом входы устройства соединены с входами измерителей 1 и 2 амплитуды и первыми входг1ми блоков 6 и 7 сравнения сигналов, вторые входы которых через управляемые аттенюаторы 3 и 4 подключены к выходам измерителей I и 2 амплитуды. Установочные входы управляемых ат тенюаторов 3 и 4 объединены и подклю чены к выходу задатчика 5 коэффициента деления. Выходы блоков 6 и 7 сравнения сигналов соединены с входами формирова теля 8 временных интервалов, выходы которого подключены к первому и второму входггм вычислительного преобразователя 10, третий и четвертый входы которого соединены с выходами задатчика 9 параметров. Выход вычислительного преобразователя 10 подключен к входу отсчетно-регистрирующего блока 11. Работа устройства заключается в следующем. Электрические сигналы (1) и (2), фазовый сдвиг Чх между которыми подлежит измерению, поступают на входы измерителей 1 и 2 амплитуды соответственно. Одновременно эти сигналы поступают и на первые входы блоков б и 7 сравнения сигналов. С помощью измерителей 1 и 2 амплитуды осуществляется измерение амплитуды сигнала V, C mn- Результат измерения поступает на вход управляемого аттенюатора 3(4). Коэффициент деления управляемого аттенюатора 3(4} устанавливается равным kg m с помощью задатчика 5 коэффициента деления. В результате на второй вход блока 6(7) сравнения сигналов поступает сигнал, определяемый выражением (3) или (4). , В момент времени t() равенст ва М1 Новенных значений сравниваемых сигналов (1) и (3), (2) и (4), определяемым выражением (7) или (8), на выходе блока 6(7) сравнения сигналов формируется короткий импульс, который поступает на вход формирова теля 8 временных интервалов. Послед ний осуществляет формирование и из«мерение временных интервалов,пропор циональных периоду и временному сдви гу в соответствии с выражениями (11 (13) .или (12), (14). В результате на первый и второй входы вьгчислитель ного преобразователя 10 поступают ходы чисел (или напряжения), равные временному сдвигу at и полупериоду Т/2 сравниваемых по фазе сигналов. На третий и четвертый входы вычислительного преобразователя 10 поступает код числа N 180, и код числа дЧ , равный,, например, 0,01 (или эквивалентные им напряжения) . Ко,цы эти чисел формируются с помощью задатчика 9 параметров N и . С помощью вычислительного преобра зователя 10 осуществляется вычисление результата измерения фазового сдвига согласно приведенных в таблице выражений. Значение измеряемого фазового сдвига индицируется в градусах с помощью отсчетно-регистрирующего блока 11. Повышение точности достигнуто за счет нечувствительности предлагаемого способа к нестабильности и -неравенству амплитуд сигналов, что обеспечивается адаптивным изменением опорного сигнала в зависимости от значения амплитуды входного сигнала. В результате моменты времени t,t.,. и т.д. не зависят ни от амплитуды входных сигналов, ни от уровня опорного сигнала. Моменты времени t,t.. зависят только от значений коэффициента деления т, который может быть установлен с высокой точностью и стабильностью. Следовательно, в предлагаемом способе исключена методическая погрешность измерения фазового сдвига сигналов, связанная с определением моментов перехода сигналов через нулевой или постоянный опорный уровень. Предлагаемый способ может быть реализован, в широком диапазоне частот. Он обеспечивает исключение амплитудно-фазовой погрешности измерения, что позволяет расширить динамический диапазон входных сигналов. Соответствующим подбором коэффициента деления управляемых аттенюаторов возможно снижение и погрешности измерения, обусловленной .влиянием высших гармоник на результат измерения. Формула изобретения Способ измерения фазового сдвига электрических сигналов, заключающийся в том, что выделяют временные интервалы., пропорциональные периоду и временному сдвигу сравниваемых по фазе сигналов, измеряют их и вычисляют значение фазового сдвига по формулеlOa iL,-i;±. , дЧ Т где х определяемый фазовый сдвиг; электрические величины; at временной интервал, пропорциональный временному сдвигу сравниваемых по фазе сигналов; Т - временной интервал, пропорциональный периоду сигнала, отличающийся тем,- что, с целью повышения точности измерения за счет исключения амплитуднофазовой погрешности, при формировании временных интервалоз, пропорциональных периоду и временному сдвигу сравниваекых по фазе сигналов, в каждый полупериод измеряют амплитуд ное значение сравниваемых по фазе сигналов, полученные сигналы уменьшают в тп раз, сравнивают с мгновемными значениями сравниваемых по фазе сигналов, в моменты их равенства формируют короткие импульсы,интервал времени между нечетным (четным) и четным (нечетным) импульсами испольэуют в качестве временного сдвига сигналов, а интервал времени между нечетными ( четными) импульсами и.спользуют в качествеполупериода сравниваемых по фазе сигналов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Кузнецкий С.С., Чмых М.К. Цифровые методы измерения сдвига- фаз. ПТЭ , 5, 1970, 0.10. 2.Структурные методы повышения точности, чувствительности и быстродействия измерительных устройств. г.Умань, 1975, вып.П, с.91-92.