Способ измерения сдвига фаз

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУ БЛИН 5/00 с ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН У ТЕЛ Щающ,Мв а б техническии.Мичуринмых тельство С1961,эовые радиСоветско е и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ Н АВТОРСКОМУ С(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА ФАЗ (57) Изобретение относится к области электроиэмерений, Цель - уменьшение времени измерения сдвига фаз, которая достигается преобразованием сигнала (С) таким образом, что результирующий выходной С с минимальной погрешностью соответствует значениям фазового сдвига и позволяет сократить время измерения до значений, меньших лоловины периода С. Способ осуществляется устройством, содержащим и преобразователей 1, состоящих из перемножителей 2-6, квадратора 7, интеграторов 8-11 элемента 12 вычитания, фао зовращатепя 13 на 90, генератора 14 а опорных напряжений, анализатора 15Изобретение относится к областиэлектрорадиоизмерений и может бытьиспользовано для измерения сдвигафаз сигналов с повышенной точностьюи помехоустойчивостью. 5Цель изобретения - уменьшение времени измерения.Поставленная цель достигается преобразованием сигнала таким образом,что результирующий выходной сигнал вс)с минимальной погрешностью соответствует значениям фазового сдвига ипозволяет сократить время измерениядо значений меньших половины периодасигнала,15На фиг. 1 изображена структурнаясхема устройства, реализующего предлагаемый способ, на фиг. 2 - структурная схема анализатора нуля.Устройство, реализующее предлагае Омый способ содержит и преобразователей 1, состоящих из перемножителей2-6, квадратора 7, интеграторов 811, элемента 12 вычитания, фазовращао 25теля 13 на 90, генератора 14 опорного напряжения, анализатора 15 нуля, причем первые входы перемножителей 2 и 3 подключены к входу измеряемого сигнала, второй вход перемножителя 2, первый вход перемножителя4, входы квадратора 7 и фазовращателя 13 подключены к соответствующе- вму выходу генератора 14 опорного напряжения, вторые входы перемножителей 3 и 4 - к выходу фазовращателя 3513, входы интеграторов 8-11 подключены к выходам соответственно перемножителей 2 и 3, квадратора 7 и перемножителя 4, входы перемножителя5 подключены к выходам интеграторов8 и 11, входы перемножителя 6 - к выходам интеграторов 9 и 10, .входы элемента 12 вычитания подключены к выходам перемножителей 5 и 6, а выход эле.мента 12 вычитания подключен к соответствующему входу анализатора 15нуля.Анализатор нуля содержит дифференциальные компараторы 16-19, элементы19 и 20 совпадений, инверторы 21 и22, элементы 23-25 совпадений, дешифратор 26 и индикатор 27,На входы дифференциальных компараторов 16-18 подаются сигналы Б, 55 и Б между дВумя пОРОГОВыми УРОВнями параллельно, а на третьи входы каждого компаратора подаются сигналы Н й,ойдоЦ и Б . Выход компаратора 16 соединен с первыми входами элементов19 и 23 совпадения, выход компаратора 17 соединен со вторыми входамиэлементов 19, 20 и 24 совпадения, выход компаратора 18 соединен с первыми входами элементов 20 и 25 совпадения. Выход элемента 19 совпадениясоединен с первым входом дешифратора26 и через инвертор 21 - с первымвходом элемента 24 совпадения и вторым входом элемента 23 совпадения,выход которого соединен со вторымвходом дешифратора. Выход элемента20 совпадения соединен с третьим входом дешифратора 26 и через инвертор22 - со вторым входом элемента 25совпадения, а также с третьим входомэлемента 24 совпадения, выход которого является четвертым входом дешифра.тора 26, а выход элемента совпадения25 является пятым входом дешифратора26, выход которого соединен с индикатором 27.Устройство работает следующим образом,Входные сигналы поступают на перемножители 2 и 3 преобразователей 1.На вторые входы этих преобразователейпоступают опорные сигналы: непосредственно с выхода генератора 14 опорного напряжения и с фазовращателя 13Кроме того, опорный сигнал с генератора 14 опорного напряжения подаетсяна квадратор 7 и перемножитель 4, навторой вход которого также подаетсяопорный сигнал с фазовращателя 13.Сигналы с выхода перемножителей 23,квадратора 7, перемножителя 4 подаются на интеграторы 8-11. С выходовинтеграторов снимаются сигналы, равные (пропорциональные) .Тцсс -Бсс)всп(и,сви)дс;оТцд :асс)пасси,с+и)дс; сс).отвспв Си,в+и)двотС =вспСи С+фспс(и,ввфдв,где8(е) = 8 здп(о,Е+ ср )+(С), (2)аддитивная смесь гармонического измеряемого сигнала и шума(й),+) - опорный сигнал;Б и( - амплитуда и Фаза измеряемо 0мого сигнала;Я и д - амплитуда и Фаза опорного 5Псигнала;Т - время интегрирования ГобЦращение к сигналу) .Для нахождения результата измерения сдвига фаз изменяют фазовый сдвиг опорного сигнала 1. В качестве результата измерения берется значениепри котором корреляционный интеграл имеет нулевое значение.После перемножения сигналов с выходов интеграторов в перемножителях 5 и 6 и вычитания в элементе 12 вычитания на выходе последнего будет сформирован сигнал, равный (пропорционал ьный)20(3) Б = сбГ - ВЬ. Вь х Сигнал с п преобразователей 1 поступают на анализатор 15 нуля, Сигналы с преобразователей соответствуют разным фазовым сдвигам опорного сигнала. Фазовый сдвиг опорного сигнала, при котором сигнал с преобразователя равен (наиболее близок) нулю,30 равен результату измерения. При этом на каждый и-й дифференциальный компаратор поступает соответствующий сигнал с вычитающего элемента, Если этот сигнал находится между двумя заданными пороговыми уровнями ГГ и Б , то на выходе компаратора появляется "1", разрешающая дешифрирование кода числа, соответствующего полученному сдвигу фаз. Для исключения ситуаций, при которых "1" может возникнуть на двух соседних компараторах, служат элементы 19,20 совпаде-. ний.Рассмотрим, например, случай, при котором "1" появится на выходе дифференциальных компараторов 16 и 17. В этой ситуации на выходе элемента 19 совпадений также появится 1", поступающая на инвертор 21. С выхода инвертора 21 сигнал "0" запретит прохождение сигналов через элементы 23 и 24 совпадений, а поступающая с элемента 19 совпадений "1" разрешит дешифрацию кода числа, соответствующего значению сдвига фаз, равному среднему значению сдвига Фаз, соответствующего каналам 1 и 2. 11 оскольку предлагаемый способ основан на поиске максимума Функции правдоподобия, то погрешность измере - ния фазового сдвига будет иметь наименьшее значение. Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает измерение сдвига фаз с предельной точ - костью при любом времени измерения, в том числе при времени измерения, не равном целому числу пачупериодов сигнала, те. и при времени измерения меньшем половины периода сигнала.Эффект от внедрения предлагаемого способа заключается в возможности уменьшения времени измерения, Особенно это важно на инфранизких частотах.Например, при измерении сдвига Фаз сигналов с частотой 0,001 Гц. Минимальное время измерения по способу- прототипу, равное половине периода сигнала, составляет 500 с. При использовании предлагаемого способа вре. мя измерения в зависимости от отношения сигнал/шум может быть уменьшено на один-два порядка.Формула изобретенияСпособ измерения сдвига фаз, заключающийся в перемножении измеряемого и опорного сигналов при разных фазовых сдвигах опорного сигнала, интегрировании результата перемножения измеряемого и опорного сигналов и определении фазового сдвига по значению фазового сдвига опорного сигнала, соответствующему нулю результата преобразования, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения времени измерения, при каждом Фазовом сдвиге опорного сигнала дополнительно измеряемый сигнал перемножают,со сдвинуотым на 90 опорным сигналом, сигнал, соответствующий результату данного перемножения, интегрируют, мгновенные значения опорного сигнала, сдвинутогоона 90 , возводят в квадрат и интегрируют, а сигнал, соответствующий результату данного интегрирования, пере множают с сигналом, соответствующим результату интегрирования перемножено ных измеряемого и сдвинутого на 90 опорного сигналов, перемножают исход,.ный опорный сигнал и сдвинутый на 90 1опорный сигнал, и сигнал, соответствующий результату данного перемножения, интегрируют, полученный после интегрирования сигнал перемножают с130738 г Составитель А,Шубиневин Техред Л,Сердюкова Корректор М.Демчи кто Тираж 731 Подписносударственного комитета СССРелам изобретений и открытийМосква, Ж, Раушская наб., д аказ 1628/ ВНИИПИ и 11303оизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 сигналом, соответствующим результатуинтегрирования перемноженных измеряемого сигнала и опорного сигнала, после чего сигнал, соответствующий результату данного перемножения, вычита ют из сигнала, соответствующего результату перемножения результатовинтегрирования перемноженных измеря 2 бемого сигнала и сдвинутого на 90опорного сигнала на результат интегрирования возведенного в квадрат опорного сигнала и сигнал, соответствующий результату вычитания, считаютрезультатом преобразования, по нулевому значению которого определяют фа"эовый сдвиг.