Способ измерения сдвига фаз электрических сигналов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ЯО 1046702 А 3(50 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ЕТЕЛЬСТВУ 57) СПОСОБ ИЗМЕГ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГ св. Р М 928247, о й с я тем, что, я точности измере алов сдвигают по значение измеренн га и проводят дои ния сдвига фаз.54)ФАЗавт.щ ишениский инс- сигиноесдв иво ГССР мере1978,ИГА ОПИСАНИЕ ИЗ Н АВТОРСКОМУ(56) 1. Авторское свидетельВ 928247, кл. С 01 Р 25/00 ЕНИЯ СДВНАЛОВ потличаюс целью повыния, олин из Фазе на удвоеного Фазового олнительные из) Р 4 б 7 П 2 Изобретение относится к радиоиэмерительной технике и может быть испольэовано для измерения сдвига Фаэзашумленых электрических сигналов наироком частотном диапазоне,По основному авт.сн. Р 928247известен способ измерения сдвига фазэлектрических сигналов, заключающийся в том, что измеряемый сигналограничинают, преобразуют по квадратурным составляющим, перемножают,накапливают и по их отношению определяют значение фазового сдвига 1 3.Недостатком способа является лаличие систематической погрешности измерения, зависящей от отношениясигнал/шум. (С увеличением отношениясигнал/шум погрешность возрастает идостигает 4.1 ).Цель изобретения - повышение точности измерения эа счет уменьшениясистематической погрешности измерения, зависящей от фазового сдвига.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу, заключающемуся в том, что измеряемый .сигналпредварительно ограничивают, преобразуют по квадратурным составляющим,перемножают составляющие, накаплинают и по отношению их определяют значение фазового сдвига, один иэ сигна.лов сдвигают по фазе на удноенноезначение измеренного фазового сдвига и проводят дополнительные измерения сдвига фаэ.На фиг.1 и 2 принедены графики,характеризующие зависимость погрешности от фазового сдвига; на фиг.Зструктурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.Устройство для реализации способа состоит иэ формирователя 1, гене ратора 2 опорного напряжения, логических элементон 3 и 4, коммутируемыхфазовращателей 5 и б, блока 7 управления, генератора 8 импульсов, счетчиков 9-11, вычислительного блока 12.Сущность данного способа заключается в использовании определенныхособенностей зависимости систематической погрешности от фазового сдвига. Зависимости, приведенные на фиг.1и 2, описываются аналитическим выра- жением 5где о01 Р Чк о,5 производится путем прибавленияк Ч" угла й 90 о где и =- 1, 2до тех пор, покапри некотором и не будет выполняться неравенство20 Оп 9 О -2 Ч. 9 О (5) Значение=в 90 - 2 Ч соответствует приве денному к первому квадранту углу.Иэ свойства зависимости погрешности от фаэоного сдвига (Э ) вытекает предлагаемый способ, заключающийся в том, что один иэ сигналов,в частности измеряемый сигнал, сдвигают по фазе на угол Чо, определяемдй по (4 ) , и проводят дополнительное измерение, а измеряемыйФазовый сдвиг вычисляют по формуле35р ИЗМ гПри приведении фазового сдвигапо опорному сигналу Ч определяется соотношением40 Чо пра измеряемый фазовый сдниг по Формулег Чо 45ИЪМПри значении фазового сдвига, определяемого по Формулам ( 3 ) или (7 ),погрешность н дополнительном измерении равна по абсолютной величине ипРотивоположна по знаку погрешностипервого измерения. В зависимости от требуемой точности измерения операции сднига Фаэи ДОпОлнительногО измерения пРОВОдятнесколько раз, так как остаточнаяпогрешность обусловлена тем, чтозначение фазового сдвига определяется неточно, с погрешностью первогоизмерения. Повысить точность иэмере ния можно путем повторного проведения указанных операциЯ. В этом случае точность определения фазовогосдвига будет более высокой, соответственно повысится Результирующая 65 точность измерения,дЧ(Ч) =Е дэп 4 пЧ,Н:1 где д - коэффициенты, зависящиеот и , отношения сигнал/,шум и структуры помех(шумов ). Как видно из выражения(1) и граиков на фиг.1 и 2, зависимость й ЧЯ имеет свойство дЧ(Ч)- дЧ (и 90-Ч), (2)В некоторых случаях целесообразно осуществлят Фаэовые сдвиги, равные Ч, =90 п, где т - число дополнительных измерений,- номер дополнительного измерения. В этом случае проводятсядополнительных измерений, в каждом из которых вносимый фазовый сдвиг увеличивается на 90 гп . Погрешность прн этом уменьшается до величины, определяемой в отличие от (1) формулойлЧ(М): . дэп МУ 15т.е, из погрешности будут исключены п первых наиболее интенсивных составляющих.Способ реализуется при помощи устройства следующим образом. 20Измеряемый сигнал 5(Ф) подается на формирователь 1 где происходит его ограничение и.далее на первые входы логических элементов 3 и 4. Генератор 2 опорного напряжения Формирует две опорные прямоугольные импульсные последовательности сдвио1 нутые на 90 Синфазная составляющая импульсной последовательности совпадает по фазе с опорным сигналом бр. Опорные импульсные последовательности сдвигаются по фазе при помощи коммутируемых фазовращателей 5 и б и поступают на вторые входы логических элементов 3 и 4. При помощи логических элементов 3 и 4 выпол- З 5 няются операции перемножения. Импульсные сигналы с логическими уровнями с выхода логических элементов 3 и 4 управляют работой счетчиков 9 и 10, во время действия логических единиц 4 О счетчик накапливает импульсы, поступающие с генератора 8 импульсов. Все время измерения разбивается на несколько циклов. В первом цикле измеряется сдвиг Фаэ Ьеэ введения дополнительного Фазового сдвига Чр коммутируемого фазоврашателя, т.е.= О. В счетчиках 9 и 11 накапливаются числа йс,и )ч 5. В счетчике 10, который открыт в течение цик- а, накапливается число Ир . В вычис. ительном блоке 12 результат измерения фазового сдвига вычисляется, например, по формулеЯ - й4= асс 1.С 1(возможна и другая Формула );Во втором цикле вводитсч сдвиг Чр =Р. где р определяется по формуле (4). В вычислительном блоке 12 находится второе значение фазового сдвига Й - йг а " с 1 д.С 2 о52 Огде С 2, Й 2 - числа, накопленные вИсчетчиках 9 и 11.Результирующий фазовый сдвиг нахо дится в вычислительном блоке 12 по Формуле ( б ). Полученное знаение фазового сдвигаУэ,имеет погрешность, значительно меньшую, чем погрешность исходных измерений. Для повышения точности можно провести повторное измерение с уточненным значением вводимого фазового сдвига 9о о 2 ф определяемого также по формуле (4), где в качестве У берется полученное значение 9, ,.Положительный эффект предлагаемого способа заключается в значительном повышении точности измерения сдвига фаэ, Основная погрешность при использовании способа может быть уменьшена от значения 4 Р в известном способе до сотых долей градуса.1046702 Составитель Л.ПрохороваН.Гришанова Техред М,Кузьма Корректор А.Ильин еда ка Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная 724/45 Тираж 710ВНИИПИ Государственного комите по делам изобретений и открыти 113035, Москва, Ж, Раушская ПодписноеСССРб., д. 4/5