Способ измерения разности фаз Советский патент 1983 года по МПК G01R25/00 

(54) способ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОСТИ ФАЗ

. 1

Изобретение относится к радйойзмервниям и, в частности, может быть использовано в приборостроении для измерения разности фаз.

Известен способ измерения разности фаз между двумя сравнивае ыми сигиала Ф1, согласно которого из сравниваемах сигналов формируют два квадратурных нафяжения Г JНедостаток его - невысокая точность.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является способ измерения разности фаз, состояБщй в том, что из сравниваеьф х сигналов формируют два напряжения, пропорциод1альные произведению амплитуд сравниваемых сигналов и соответственно синусу и косинусу разности фаз, которые образуют первую пару напряжений, а также фор дару1от третье напряжение, пропорциональное тангенсу или котангенсу разности фаз, по которому измеряют разность фаз 2 3.

Недостатками этого способа является нелинейность шкалы и большие по ешности измерений.

Ifehb изобретения - повышение линейности -и точности измерения..

Поставленная цель достигается .тем, что, согласно способу измерения разности фаз, заключающемуся в том, что

е формируют первое и второе напряжение, пропорциональные произведению амплитуд и соответственно синусу и косинусу разностги фаз сравниваемых сигналов а также третье напряжение, пропорциоJQ нальное тангенсу или котангенсу разности фаз, формируют четвертое напряжение, тфопорциональное произведению амплитуд сравнивае1«1Х сигналов, которым нормируют первое либо второе напряжение, полученное пятое напряжение

5 5 силивают и суммируют с третьим напряжением, а полученное напряжение принимают в качестве разности фаз.

Кроме того, усиление пятого напрямжения изменяют по з.аконуМрг--гг п i

где NO - коэффициент усиления, Ч - разность фаз.

На чертеже показана структурная схема фазометра, реализующего предлагаемой способ.

Схема содержит фазовый детектор (ФД) 1, нормирующие блоки 2 и 3, сравнивающий элемент 4, делитель 5, усиЧштель 6, сумиатор 7 и индикатор 8. Входами Фазометра являются входы ФД 1. Два сравниваемых сигнала одной частоты, разность фаз между которыми необходимо измерять, подают на входе фазометра. После их Детектирования на выходах ьд 1 выделяют два напряжения, пропорциональные произве дению амплитуд , Ej сравниваеких сигналов и соответственно синусу и косинусу разности фаз Ч , т.е. и, )пЧ, (J CB co34, (1;и{2) которые образуют первую пару напряже ний. В формулах (1) и (2) С - коэффи циент пропорциональности. Формируют третье напряжение ч или tf , (За,б) а также четвертое напряжение ,E2. Первую пару, напряжений (1) и (2) нормируют напряжением () в нормирую ашх устройствах 2 и 3. На их выходах получают вторую пару напряжений: U5 sinf и U cps Ч . (5) и (6 Известно, что самая высокая линейность зависимостей (3) имеет месITO в области точек пересечения ими оси разности фаз. Это свойство используют при измерениях: напряжение (За) используют для индикации разности фаз на участках шкалы 2К-90 , а напряжение (Зб) - на участкахшкал (2К+1)90°145°, (К О, 1, 2, ...). Пр этом входящие в формулу (3) тригонометрические функции, изменяются в оди наковых пределах . Учет знаков напряжений (1), (2) или (5), (б) позво ляет измерять разность фаз в пределах 6-360 . Напряжение (3) формируют из первой (1), (2) или второй {5), (б) пар налряжений. Для этого напрянсения одной пары сравнивают между, собой и по наперед заданному их отношению, превышающему единицу, выб,ирают меньшее напряжение первой пары, которое используют в качестве делимого, а другое напряжение этой же пары - в качестве делителя. Причем, соответствующее напряжение второй пары такж считают выбранным. Выбор мены1)его напряжения по наперед заданному неравенству соответствует расширению шксшы измерений, например, на 5-10, что обеспечивает уменьшение чисгла операций над напряжениями и исключает потерю информаци Выбор меньшего напряжения 10жнo производить и по третьему напряжению (3 Для этого формируют опорное напряже ние, сравнивают с ним напряжение (3 ) и по наперед заданному их отношению выбиргиот -меньшее напряжение первой пары. Соответствующее напряжение вто рой пары считают выбранным. Выбранное меныиее напряжение поступает из сравнивающего элемента 4 на вход усилителя 6, а также на вход Делимое, а второе напряжение - на вход Делитель делителя 5. В нем выполняется операция деления напряжений и на его выходе получают напряжение частного (3). Оно поступает на один вход сумматора 7, на второй вход которого поступает усиленное в N раз напряжение |U-,Nsin4 или U Ncos4 (7а,б) из усилителя б. После суммирования получают напряжение ,. : Зависимость между измеряемой разностью фаз и напряжением (8) линейна с высокой степенью точности. Поэтому напряжение (8) принимают в качестве разности фаз и используют для ее индикации в индикаторе 8. Возможны два основных режима измерений. 1.Коэффициент усиления перед измерениями фиксируют и при измерении не изменяют. При ,6 нелинейность, шкалы в точках, соответствующих значениям разности фаз Ю, 45° и 50 соответственно составляет 0,08%, 0,39% и 1,33%, что дает выигрыш в линейности по сравнению с известным способом в 13,5, 69,8 и 28,43 раз, а следовательно, и обеспечивает повышение точности измерений. При этом обеспечивается повышение чувствительности в N+1 раз на всей шкале. 2.Коэффициент усиления в процессе измерений изменяют в зависимости от значения разности фаз в соответствии с условием No (4-tg4)/(sin4-4) , при выполнении которого обеспечивается полная линейность характеристики, расширение по крайней мере до 189° и существенное повышение точности. Для обеспечения размера шкалы 145 и189° требуется изменять коэффициент усиления соответственно в пределах 2-3 и 2-100. Существенное расширение школы позволяет упростить обработку напряжений и индикацию разности фаз. Простота схемной реализации способа обусловливает получение существенного экономического эффекта. Формула изобретения 1. Способ измерения разности фаз, заключающийся в том, что формируют первое и второе напряжение, пропорцинальные произведению амплитуд и сответственно синусу и косинусу разноси фаз сравниваемых сигналов, а третье напряжение, пропорциональное тангенсу или котангенсу разности фаз, отлича ющийся тем, что, с целью повышения линейности и точности, формируют четвертое напряжение, пропорциональное произведению амплитуд сравниваемых сигналов, которым нормируют первое либо второе напряжение, полученное пятое напряжение усиливают и суммируют с третьим напряжением, а полученное напряжение принимают в качестве разности фаз.

2. Способ ПОП.1, отличающийся тем, что усиление

пятого напряжения изменяют по закону

N .JlllS,

. в 7ГпчЬг

где f - разность фаз,N0 - коэффициент усиления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР №659985, кл. G 01 R 25/00, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР № 176614, кл. G 01 R 25/00, 1965.