Способ измерения сдвига фаз между двумя синусоидальными сигналами

СОЮЗ СО 8 ЕТСНИХсйичюнюепаРЕСПУБЛИК це аи Мя) 6 01 И 2 г= И ЕТЕНИ ПИСАН АВТОРСКОМ 2,Р 3402236 18(21) (22) (46) (72) (53) (56) Р 748 Бвл 9 вин и С.Ю 77(088.8) ское свид С 01 В 2 ое свндет 601 В 2 3Лапунов 23. 11. 83 М.С.Голо 621.317 1 е Автор 273, кл.Авторск 017, .кл,тельство СС /ООю 1980 ф льство ССС /00 19733 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЗАРИТ(54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГАФАЗ МЕЖДУ ДВУМЯ СИНУСОИДАЛЬНЫИИ СИГНАЛАМИ, основанвый на подсчетЕ числа импульсов, количество которыхпропорционально базовому сдвигу мекду опорным и измерительным оигналами за измерительное время, о т л ич а в и и и с я тем, что, с целью повышения точности, дополнительно проводят серию из 2 Ф) измерений разностей,Фаз мазду опорньм и сдвинутна на 1 ааа ненернненъщен енннаалом, мезщу опорньи и одвинутьи на . ф З 60 опорным сигналом,запоминают результаты всех иЪмерений и суммируют значение основной разности фаз и раз" ности меиду результатами четных и нечетных дополнительных измерений с коэффициентом 1 ДВ,Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к области фазовых измерений, иможет быть использовано для измерения сдвига фаэ между двумя синусоидальными сигналами с получением ре" зультата в виде цифрового кода, при" годного для ввода в цифровую ЭВМ.Известен способ измерения сдвига фаэ, основанный на трансформации Фа" зового сдвига на низкую частоту путем сравнения во времени последовательностей импульсов, сформированных 10 иэ исследуемых сигналов, с опорнойгоследовательностью импульсов и последующем время-импульсном преобразовании временных интервалов, пропор"циональных искомому фазовому сдвигуи периоду исследуемых сигналов, адля Формирования границ упомянутыхвременных интервалов используют соот ветствуюшие выделенные, одинаковыепо порядку, импульсы в последовательно идуших пакетах совпадений (1).Недостатком способа является низкая точность измеРения из-за наличиязначительной систематической погрешности,Наиболее близким к изобретениюпо технической сушности являетсяспособ, основанный на подсчете числа счетных импульсов, частота которых находится в целочисленном отношении с частотой измеряемых колебаний и которые сгруппированы в пачкис длительностью, пропорциональнойфазовому сдвигу и обратно.пропорциональной частоте колебаний, проходя-, .Ших на вход счетчика за измеритель 1 ное время, кратное периоду следования счетнйх импульсов, а сигнал, изкоторого формируются счетные импульсы, сдвигают по частоте на величинуобратно пропорциональную. измеритель-.ному времени.(2) .Недостатком известного способа является наличие значительной мульти.в . 45пликативной систематической погрешности, что не позволяет измерять Фазовые сдвиги с высокой точностью,Делью изобретения является повышение точности измерений. 50Поставленная цель достигается тем,что согласно способу измерения сдвига фаз Между двумя синусоидальными сигналами, основанному на подсчете числа импульсов, количество которых пропорционально Фазовому сдвигу между опорным и измерительным сигналами за измерительное время, дополнитель" но проводят серию из 2( "1) измерений разностей фаз между опорным иосдвинутым на "6 О измерительным сиг-,аналом, между опорным и сдвинутым на360опорнЫм сигналом, запоминаютрезультаты всех измерений и суммиру 65 ют значение основной разности фаэ и разности между результатами четных и нечетных дополнительных измерений с коэффициентом 1/М.Зависимость между значениями измеряемого фазового сдвига и количеством импульсов, фиксируемых эа изме" рительное время счетчиком, имеет видИ о ( о(1)где Чколичество импульсов, Фиксируемых счетчикомЧо - измеряемый фазовый сдвигЕ(о)- погрешность измерений, зависяШая ат измеряемой разности фаз.Возникновение погрешности ИЧо )обусловлено многими причинами, главными иэ которых являются связь меж"ду каналами фазометра и помехи отсобственных сигналов фаэометра (кван"туюцих импульсов), Иаксимальное значение погрешности измерения Х(Ж,) дос"тигавт значительных величин (до 1 о),что снижает точность измерения Фаэо"вых сдвигов. Погрешность ЦЧо) неможет быть устранена при калибровкефазометра в начале измерений. Изобретение позволяет практически полностью устранить погрешность Г(фи темсамым повысить точность измерений,На чертеже приведена структурнаясхема устройства, реализующего предлагаемый способ,Устройство, реализуюШее способ,содержит первую и вторую клеммы1 и 2, первый и второй коммутаторы3 и 4, первый и второй формирователи 5 и б, фазовращатель 7, блок 8выделения временного интервала, генератор 9 импульсов, делитель 10частоты, первый и второй клюЧи 11и 12, счетчик 13, вычислитель 14,блок 15 индикации, блок 16 управления,При этом первая клемма 1 черезпервый формирователь 5 подключенак последовательно соединенным блоку8 выделения временного интервала,первому ключу 11. второму ключу 12,счетчику 13, вычислителю 14 и блоку15 индикации, Генератор 9 соединенс первым ключом.11 и через делитель10.частоты с вторым ключом 12. Блок16 управления соединен с соотввтствукпцими входами блока 15 индикации,вычислителя 14, фазовращателя 7, коммутаторов 3 и 4. Клемма 2 соединенас первым коммутатором 3 и через последоватвльно соединенные второй коммутатор 4 и второй формирователь бс блоком 8 выделения временного интервала. Первая клемма 1 через коммутатор 3 ифаэоврашатель 7-подклю"чена к входу второго коммутатора 4.Устройство работает следуюцкм образом.Заказ 9293/36 Тираж 710 Подпйс ноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП 1 Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4 Опорный синусоидальный сигнал поступает на первую клемму 1, а измерительный сигнал на вторую клемму 2, В первом такте измерений блок 16 управления устанавливает первый коммутатор 3 и второй коммутатор 4 5 во второе положениеНа вход второго формирователя б поступает измерительный сигнал. Блок 8 выделения временного интервала выделяет . временной интервал Ь, пронорциональ"О ный измеряемому Фазовому сдвигуЧ С помощью перного и второго ключей 11 и 12 и счетчика 13 подсчитывается количество импульсов с генератора 9,. пропорциональное йзмвряемому Фаэо ному сдвигу Чо за время измерения. Количество импульсов, зафиксирован" нов счетчиком 13, равно Чо+Е(Ч )сагласно соотношению (1). Во втором такте измерений первый и второй коммутаторы 3 и 4 переводятся в первое положение В этом случае на вход второго Формирователя 6 поступает синусоидальный сигнал, сформированный из опорного сигнала. Фазовый сдвиг этого синусоидального сигнала задается фаэовращателем 7, который управляется блоком 16 управления. Во втором такте измерений фазовый сдвиг Ч, вносимый Фаэонращателем 7, приблизительно равен 360 /.К. Счетчик 13 фиксирует количество импульсон, равное 9 +Г(Ю), Это число заносится н память вычислителя 14. Затем первый коммутатор 3 переводится во второе положение. На вход второ го Формирователя б поступает измери тельный сигнал, сднинутый дополнительно на угол Ф. Счетчик 13 фиксирует следующее количество импульсовФ,4:ФофГИ,фон Вследствие медленно ме" 4 Оняющегося характера Функции Е(М)Ю(Ч 1)-" д 1(360/К), так как ошибка для углаМ, соответствующая 1, для Функции 4 ЦЧменее 0,003. Вычислитель 14 определяет разность между количеством импульсов, в первом иво втором случаях1= о (о) Ио ф 1) ю и заносит число ЛМн память.Аналогичные операции проводятся Краэ, В результате чего получаем К значений разностей, имеющих вид ди: ч, +(эьо й+сг -Цэьофй) о Г 5) д й = +Е 360 (К)%+ М 1-ЦЭЬО (К"1)/Чс 3Суммирование полученных значений,ай; с весом 1/К даетк- к.1Ю: - " Е ан:ч- " ГЯьо(Чнч,)К1 ЬО(-1/аН мТак как погрешность измерителяразности Фаэ ГЯ,)носит периодическийхарактер, сумма в выражении (4) близка к нулю, и ЮМйь, независимо от наличия погрешности (Ч). Таким образомзначительно повышается точность измерений, Как показали экспериментальныеисследования, точность измерения фазового сдвига составляет 0,05+0,01в широкой полосе частот. В макете ис"пользовался фазовращатель, позволяющий вводить 90, 180 и 270-градусныефаэовые сдвиги. Точность измеренийпри этом повысилась н 2-3 раза. Беззначительного аппаратурного усложнения может быть использован фазонра"щатель, позволяющий вводить 45, 90,135, 180, 225, 270, 315-градусныефазовые сдвиги, что позволяет ловысить точность измерения н 3-5 раз.По сравнению с известным способомпредлагаемый способ позволяет повысить точность измерения фазовых сдви"гов в 3-5 раз,