Способ измерения сдвига фаз

СОНИ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09) (11) А 1 4001 К 25 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ДБТЕЛЬСЧ В ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ К АВТОРСКОМУ С(56) Авторское свидетельство СССР У 360622, кл, 6 01 К 25/00, 1972.Соловов В.Я. Фазовые измерения. - М.: Энергия, 1973, с. 63-67.(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА фАЗ (57) Изобретение относится к области электроизмереий. Может применяться для точных измерений фазовых сдвигов между двумя сигналами. Цель изобретения - повышение точности измерений - достигается за счет частичного исключения систематических ошибок, вносимых элементами измерительных цепей. Согласно данному способу суммируют опорный и измеряемый сигналы, сдвигают измеряемый сигнал на 90 , вновьсуммируют эти сигналы, измеряют квадратуры амплитуд первого и второгосуммированных сигналов, затем проводят ряд дополнительных измерений амплитуд первого и второго суммированных сигналов, сохраняя при этом амплитуду опорного сигнала постоянной,Измеряемый фазовый сдвиг определяется по формулам, Вывод формул приводится в описании изобретения. Устройство, реализующее способ, содержитвходные блоки 1 и 2, усилители 3 и 4,делители мощности 5 и 6, аттенюатор7, дополнительный фазовращатель 8,сумматоры 9 и 10, квадраторы 11-14,измерители 15-18, фазорасщепитель19, оконечный усилитель 20, входныезажимы 21 и 22, блок сопряжения 23,миниЭВИ 24 и переключатель 25. 1 ил.Изобретение относится к способам электроизмерений и может применяться для точных измерений фазовых сдвигов между двумя сигналами.Цель изобретения - повышение точности измерений путем частичного исключения систематических ошибок, вносимых элементами, измерительных цепей.На чертеже представлена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.Устройство содержит входные блоки 1 и 2, усилители 3 и 4, делители 5 и б мощности, аттенюатор 7, дополнительный фазовращатель 8, сумматоры 9 и 10 , квадраторы 11-14, измерители 15-18, фазорасщепитель 19, оконечный усилитель 20, входные зажимы 21 и 22, блок 23 сопряжения, миниЭВМ 24 и переключатель 25, причем входной 3зажим 21 через входной блок 1 связан с усилителем 3 и вторым входом переключателя 25, входной зажим 22 через входной блок 2 связан с первым входом переключателя 25, вход которого через последовательно соединенные аттенюатор 7, фазовращатель 8 и усилитель 4 связан с входом делителя 6, выход усилителя 3 соединен с входом делителя 5, первый выход которого через квадратор 11 соединен с измерителем 15, первый выход делителя 6 через квадратор 13 связан с измерителем 17, а второй выход делителя 6 через последовательно соединенные фазорасщепитель 19 и усилитель 20 соединен с вторым входом сумматора 10, первые входы сумматоров 9 и 10 подключены к выходу делителя 5, выходсумматора 9 через квадратор 12 соединен с измерителем 16, а выход сумматора 10 через квадратор 14 - с измерителем 18, блок сопряжения 23 связан с переключателем 25, аттенюатором 7, фазовращателем 8, измерителями 15-18 и миниЭВМ 24.Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.Опорный синусоидальный сигнал частотой И и амплитудой П, поступает на входной зажим 21, а измеряемый сигнал - на входной зажим 22В первом положении переключателя 25 измеряемый сигнал амплитудой У,поступает на вход аттенюатора 7, затухание которого миниЭВМ 24 устанавливаетравным нулю, Фазовращатель 8 устанавливается в нулевое положение, В этом случае на входах квадраторов 11-14 имеются напряжения, соответствующие 1 опорному, измеряемому, суммарному и второму суммарному сигналам. На выходах квадраторов 11-14 находится постоянная составляющая, пропорциональная квадрату амплитуды опорного, 10 измеряемого, суммарного и второго суммарного сигналов, измеряемых измерителями 15-18, в качестве которых используются цифровые вольтметы постоянного тока. Показания измерителей 15 15-18 имеют следующий вид: (г)г Офс 1 к Ооп )л г О, = С,1 к,О,+ кО,+ г к, к, О,и,сов(срам,1; О С 9 К 5 О 0 ь А ь 0 О им с 5 (Ч ФьМ где С, Сг, С, С 4 - коэффициенты передачи квадраторов 11-14 и измерителей 15-18; 25 К, К - коэффициенты, учитывающие неидеальность коэффициентов передачи блоков 1 и 2, усилителей 3 и 4, усилителя 20, фазорасщепителя 19, сумматоров 9 и 10 идеталей 5 и 6;, З 0 , и д фазовые сдвиги, учитывающие неидеальностьперечисленных блоков.с, - фазовый сдвиг фазовращателя 8; Ч - измеряемый фазовый сдвиг. Преобразуют систему (1) к следующему виду; (2) Офк О,+к,О,+Як,кг 401 Огс 06 М)ОдфК О+К Ог+2 КЗК 441 Ог э"4 Ро 1 р 40 гДе К,"ГСК/ ГСл 45 Ц зЦЬЯ,в Ьф,-ЬЯг-Я,-90 фИз системы (2) измеряемый сдвиг фаз определяется,по формулам:Од- к О,- к, О (3) 50цагсзе бес 9,+2 К,КО,Ог О -к,О,-КО2 к,к,4 о,о, 552 2О -к,О,-к О =агссоб2 к,кг 3 О,ц,Однако вследствие неидеальностиупомянутых элементов, коэффициенты20 25 35 40 К 1, К 5, К 4 и фазовыи сдвигнеизвестны. Для их определения ми- ниЭВМ 24 .устанавливает затухание аттенюатора Аи фазовый сдвиг фазовращателя 8 у. Таким образом, к измеряемому фазовому сдвигу д суммируется первый дополнительный фазовый сдвиг, а амплитуда измеряемого сигнала изменяется в К, раз. Показания измерителей 16-18 соответственно равны Б Бз О 4,. Эти показания вводятся через блок 23 в память ми- ниЭВМ 24.Затем миниЭВМ 24 через блок 23 устанавливает затухание аттенюатора 7 А и.фазовый сдвиг фазовращателя 8 Ц . Показания измерителей 16-18 равны Б , П О 4. Эти показания вводятся через устройство 23 в память миниЭВМ 24. Аналогичные операции проводятся К раз. При К=4, используя также результаты измерений Б , О,О, получают систему из 10 нелинейных уравнений с 10 неизвестными, имеющую вид: О К,О, к О +2 К,КО,О собие е е еО,К,О,+к,О+гк,к,4 О,О, со ц,; О- к О, + кО+2 к,к,О,О, 6 л (,-У,.Практически для повышения точности используется большее число уравнений. В этом случае для решения системы (4) применяется метод наименьших квадратов. МиниЭВМ 24 решает систему (4) и определяет неизвестные коэффициенты К К, К, К 4 и сдвиг фаэ ф , используя хранящиеся в памяти значения квадратов амплитуд опорного Б, измеряемого О , суммарного Б и второго суммарного О сигналов, а также ЗК дополнительных измерений квадратов амплитуд измеряемого, сум маркого и второго суммарного сигналов. Затем по формулам (2) определяется измеряемый фазовый сдвиг. Однако найденное значение фазового сдвига еще содержит постоянную систематическую погрешность ь Для устранения этой погрешности миниЭВМ 24 переводит переключатель 25 в положение "2", а фазовращателем 8 устанавливается фазовый сдвиг -Ад Затем переключатель 25 устанавлиВНИИПИ Заказ 2284/46Произв.-полигр. пр-тие,4вается в положение "1". В память миниЭВМ 24 вводятся показания измерителей 15-18, а по формулам (2) определяется искомый сдвиг фаз, свободный от систематических погрешностей.Как показали экспериментальные исследования, точность измерения сдвига фаэ составляет Ф 0,7 при использовании измерителей 15-18 с погрешностью 0,2 Х на частоте 3 ГГц. Таким образом, предложенный способ позволяет повысить точность измерения в 3 раза. формула изобретения Способ измерения сдвига фаэ, заключающийся в том, что суммируют опорный и измеряемый сигналы, сдвигаютизмеряемый сигнал на 90 , вновь сум-.мируют опорный и сдвинутый измеряемый сигналы, измеряют квадраты амплитуд первого и второго суммированныхсигналов, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точностиизмерения, измеряют квадраты амплитудопорного и измеряемого сигналов, проводят К /К4 дополнительных измерений амплитуд измеряемого, первогосуммированного и второго суммированного сигналов, сохраняя при этом амплитуду опорного сигнала постоянной,причем в-м дополнительном измерении суммируют с измеряемым фазовымсдвигом 1 -й дополнительный фазовыйсдвиг, изменяя также амплитуду измеряемого сигнала в К 1 раз, а измеряемый Фазовый сдвигопределяют поформулам:, О,-к,О,-к+О,Ц агс 5 м5 ес Р +2 кк 4 О,О,5 О -К,О,-кОапгссоб 2 к, К,4 О,О, где К К , К, К - коэффициенты;Ф - сдвиг фаз, для определениякоторых используются значения квадратов амплитуд опорного О измеряемого 0, суммарного 05 и второго суммарного 04 сигналов, а также ЗК дополнительных измерений квадратов амплитуд измеряемого, суммарного и второго суммарного сигналов. Тираж 728 Подписноег. Ужгород, ул. Проектная, 4