Способ измерения разности фаз

;ависи аявлено 08.1 Х,1971 ( 1694349/18-10присоединением заявки-М, Кл. б 01 г 25/00 осударстеениый кем Ссввта Министров С ае делам изсеретени аткрытий нори и , О; ублпковано 26.Х.1973. Бюл ДК 621 317 3(088,8) тень431974 Дата опубликования описани 5 Автор изобретения Розенбау Заявитель Я РАЗНОСТИ ФАЗ ЗМЕ СПО 2 Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для создания фазометров, работающих в интервале частот от единицы герц до десятков мегагерц.По известному способу измерения разности фаз из двух синусоидальных сигналов, сдвинутых одна относительно другой на фазовый угол р, формируются острые пики напряжений, соответствующие таким моментам времени, когда исходные синусоидальные напряжения проходят через нулевые значения, Разность фаз ср определяют по временному сдвигу соответствующих пар пиков (в дальнейшем этот временной сдвиг с помощью выходных спусковых схем преобразуется в напряжение с амплитудой, пропорциональной расстоянию между пиками, которое и измеряется).Перед измерением таким способом с помощью гетеродина производят преобразование исходных синусоидальных напряжений высо. кой частоты в напряжения промежуточной частоты (имеющие ту же разность фаз р), из которых формируют пики, и измеряют временной сдвиг этих пиков.Известно много способов измерения разности фаз. Общим их недостатком является то, что измерения малых разностей фаз (порядка 0,1) доступны только низкочастотным способам (до частот порядка 10 - ЗО,кгц), Способы,предназначенные для измерения разности фаз на частотах в единицы мегагерц и более, характеризуются невозможностью измерения малых величин (порядка долей градуса), 5 Цель изобретения - достижение высокойчувствительности измерений.Сущность предлагаемого способа заключается в том, что острые пики равных амплитуд формируют только из одного синусоидального 10 напряжения и смешивают их с другим синусоидальным напряжением, а разность фаз определяют по разности амплитуд пиков после смешивания с помощью осциллографа или другого регистрирующего прибора при усло вии, что данные пики, не будучи смешаннымис этой синусоидой, соответствуют таким моментам времени, в которые другая синусоида имеет равные мгновенные значения.Способ позволяет непосредственно (без пре.20 образования частоты) измерять с приемлемойпогрешностью (порядка10 - 20 О/О) как большие (десяткп градусов), так и малые (доли градуса) разности фаз в диапазоне частот от единиц герц до единиц матриц. Верхняя гра ница частотного диапазона может быть увеличена с помощью преобразования частоты и выделения в результате этого низкочастотных сигналов с той же разностью фаз.На фиг. 1 изображена функциональная схе.30 ма фазометра, построенного на основе предла(5) 50 55 бО 65 гаемого способа; на фиг, 2 - эпюры напряжений, поясняющие этот способ.Для измерения разности фаз р двух синусоидальных напряженийУ,: У зп (а 1 + ъ) и С,: Озп о 1(фиг. 2, а, б) формируот пики напряжений одинаковых амплитуд, соответствующие таким моментам времени 1 и", в которые напряжение С 4 имеет равные мгновенные значения (1 иг. 2, в, б), т. е. Далее эти пики смешивают с первой синусоидой У(1), Если руь 0, то пики попадут на такие участки синусоиды У, где ее мгновенные значения не равны один другому (фиг. 2, г), вследствие чего вершины пиков смсстятся относительно одна другой,С помощью осциллографа измеряют разность амплитуд пиков Л, смешанных с синуодо" У(Ц,Тогда Л = У, зп (м 1 + ; ) -п ( + ) (1) Если обозначить о 1=а и учесть, что "=л - а, то из формулы (1) можно получить следующее выражение:яи 3Л(2)2 У, соя Если а - ", тогЛзпр =2 Уд Считая удовлетворительной точность измерений порядка + (10 - 20) о , можно пользоваться формулой (3) вплоть до аж 30. Фактическая величина а может быть подсчитана, исходя из того, что ьГ = 180+ 2 о = 180" - 2 л (4)(фиг. 2, в), где 1" - большое расстоя емежду пиками, а Г - мсньпее расстояие.Из (4) получают Таким образом, из осциллограммы смешанных сигналов (фиг. 2, в) находят Л, У, и а,после чего по формуле (2) или (3), еслиа(30, подсчитывают разность фаз,Возможность измерения малых р обеспечивается тем, что Л и У могут измеряться наразных чувствительностях входного усилителяосциллографа. А так как при малыхр ЛУто для измерения Л надо, установиввысокую чувствительность входного усилителя, с помощью смещения луча вывести в рабочее поле экрана только вершины пиков, Если напряжения У и У(1) имеют не,равныйнулю клирфактор К, то это вносит дополни.тельную погрешность в величину р. 5 1 О 15 20 25 4Расчеты показывают, что обусловленная этим ошибка не превышает 20 для 0,01(а(5 при измерении сдвига фаз в 0,5. Эта ошибка тем меньше, чем меньше а и К.В качестве примера реализации способа предлагается следующая функциональная схема для измерения разности фаз напряжений 7 У(1) и У. Напряжение У(1) подается на фазовращатель 1, предназначенный для регулировки положения пиков по оси времени. Блок 2 является устройством формирования пиков; блок 3 - ограничителем, предназначенным для выравнивания амплитуд несмешанных пиков, Пики смешивают с напряжением ,Я (точнее с его частью) или с УЯ (в зависимости от положения ключа К) на сопротивлении 4, выполняющем одновременно функции элементов делителя и ограничителя. В положении 1 ключа К, на экране осциллографа 5 наблюдаются несмешанные пики (фиг. 2, в), в положении 11 - пики, смешанные с У(1), в положении 111 - пики, смешанные с У. При размыкании ключа К и положении 11 или 111 ключа .К на экране осциллографа наблюдаются напряжения УЯ или 1/Я без пиков. Порядок измерений следующий:ключ К устанавливают в положение 1; на экране осциллографа наблюдают пики равных амплитуд; измеряют 1 и 1" и по формуле (5) вычисляют а;ключ К переводят в положение 11, на экране осциллографа наблюдают пики, смешанные со своей синусоидой УЯ; регулировкой фазовращателя 1 добиваются равенства амплитуд пиков (при максимальной чувствительности входного усилителя осциллографа), что соответствует равным мгновенным значениям напряжения Уа;ключ К переводят в положение 111; наблюдают пики, смешанные с напряжением У; измеряют расстоя;ие Л между вершинами пиков;ключ К размыкают; на экране наблюдают синусоиду У; измеряют ее амплитуду У, и по формуле (2) вычисляютр. Для устранения временной нестабильности, которая может привести к дополнительным погрешностям, переброс ключа К из положения 11 в положение 111 и обратно можно производить не вручную, а автоматически с частотой 50 гц, Пики, смешанные со своим напряжением 14(1), можно наблюдать из точки 11 на экране осциллографа, а пики, смешанные с напряжением У, - из точки 111 на экране другого осциллографа либо, если применить двухлучевой осциллограф, на том же экране, В этом случае можно одновременно добиваться равенства амплитуд пиков, смешанных со своим напряжением У, и фиксировать разность Л при смешивании с напряжением(ОСпособ измерения разности фаз с помощью формирования острых пиков напряжений равных амплитуд, соответствующих таким моментам времени, в которые одно синусоидальное напряжение имеет равные мгновенные значения, отличающийся тем, что, с целью достижения высокой чувствительности измерений, сформированные пики напряжений, соответствующие одной из синусоид, смешивают с другой 5 синусоидой и разность фаз определяют по разности амплитуд пиков после смешивания с помощью регистрирующего прибора.404025Фиг, 2Составитель Л, Прохорова Редактор Т, Иванова Техред Е. Борисова Корректор Е, Михеева Заказ 1375/14 Изд.174 Тираж 755 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССРпо делам изобретений и открытий Москва, Ж, Раушская наб., д 4/5Типографии, пр Сапунова, 2