Способ измерения сдвига фаз

",йА%1 М 767663 Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл 30013 25/00 с присоединением заявки Но Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытийДата опубликования описания 300980(72) Авторы изобретения В.Я. Зенки и Л.Я. Фабрикант Институт технической кибернетики АН Белорусской ССР(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА ЛАЗ Изобретение относится к приборо.- строению и электро.-радиоизмерениям и может использоваться для точного определения разнсзсти фаз двух переменных напряжений.Известей способ измерения сдви" га фаз между двумя напряжениями путем предварительного понижения их частоты с помощью двух ключевых детекторов и общего вспомогательного гетеродина.В одном из устройств, реализующем этот способ, в качестве общего гетеродина применен генератор синусоидальных колебаний с.частотой, в,целое, число раз большей частоты "измеряемых колебаний,. а в каналах обработки этихнапряжений перед ключевыми детекторами включены преобразователи синусоидальных колебаний в остроконечные импульсы. Этот способ характеризуется низкой точностью измерений.Наиболее близким к предлагаемому 25 по технической сущности является способ измерения сдвига фаз, йо которому измеряют сдвиг между двумя сигналами, умножают их частоту и измеряют фазовый сдвиг между сигналами умно-. женной частоты, после чего угол фазового сдвига определяют по формуле м:.+ )12 тт 1 Игде Ч - фазовый сдвиг до умноже-ния частоты,Ч - фазовый сдвиг на умноженной частоте,ИИ " коэффициент умножения час. тоты,- целое число периодов умноженной частоты в фазовомдвиге измеряемой частоты .Устранение многозначности отсчета после умножения частоты в этом способе связано с определением вели-, чины Ъ . Для этого измеряют Ч и ти определяют М иэ соотношения (1).Так как Ч в системе грубого отсчета измеряется с погрешностью АЕ2-3 о, то в реальных устройстд" тИ " и2 1 С Йте ЙГДля однозначного определения фазового сдвига величина -Ир 4 -ИаЧдол- " жна быть меньше 1. Это накладывает ограничения на выборкоэффициента ум767663 40 ножения И , который в реальном устройстве равен 36,Однако точность измерения даннымспособом Определяется коэффициентомумножения и , который тесносвязанС точностью измерительной системыгрубого отсчета, Это является недостатком рассмотренного способа измеРения фазы.Цель изобретения - повышение точцости измерения.Это достигается тем, что по способу; "бсйованному на последовательйомудвоении частоты двух периодическихСигналов, сравнивают разности фаз доИ после удвоения частоты и сдвиг Фазопределяют как сумму фазовых сдвигов,йропорциональных.периодам удвоенныхчастот, причем фазовый сдвиг, пропорциональный периоду соответствующейудвоенной частоты, суммируют тольков том случае, если при сравнении разность фаэ после очередного удвоенияменьше, чем до удвоения частоты.По данному способу измерение сдвига фаэ осуществляется путем сравненияфазовых сдвигов. Точность же операции сравнения определяется чувствительностью измерительных схем к разности фаз. Это гарантирует высокую .точность измерений сдвига фаз попредлагаемому способу,На Фиг. 1 приведена блок-схема устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2, а-евременные диаграммы, поясняющие сущ-.ность способа.Устройство, реализующее способ,содержит удвоители 1-8 частоты, коммутатор 9, блок сравнения сдвиговФаэ, блок 11 формирования результатаизмерений и блок 12 управления. На фиг, 2 показаны: а - опорное напряжение до удвоения частоты Ооп = =Ощ 51 и Шт.; б - измеряемое напряжение О:Оьэ 1 дМ+ Ч), где Ч (Г, в измеряемое напряжение 0 = 091 и (Ю 49 Д, где Ч ) Ю, г - опорное напряжение Ооп после удвоения частоты Ооп=Овэ 1 ищ 1 ; Я - напряжение Оп после удвоения частоты О:Оэ 1 и (чА+1) е - напряжение О 2 после удвоения частоты О,=Цщь ОЭ 1"Р, синусоидаль 1Ные сигналы изображены схематично:.Чмц на фиг. 2, е обозначает измеренный фазовый сдвиг. Временные диаграммы а, б, г, д иллю" стрируют случай, когда Фазовый сдвиг Ч пОсле удвоения большей, чем Фазовый сдвиг Ч до удвоения частоты. При этом Фазовый сдвиг, пропорциональный периоду удвоенной частоты, не участвует в формировании результата измерения. Временные диаграммы, а, в, г, е иллкстрируют случай, когда Фазовый сдвиг Ч послеудвоения меньше, чем фазовый сдвигдб удвоения частоты. В этом случае фазовый сдвиг, пропорциональный периоду удвоенной частоты, используется приФормировании результата измерения.Сущность способа состоит в следующем.При удзоении частоты опорногои измеряемого периодических сигналовсдвиг Фаз между сигналами удвоеннойчастоты также удваивается. При этомвозможйы два случая. Если сдвиг фаэ.до удвоения частоты меньше 1 г радиан, то после удвоения частоты онпо абсолютной величине больше чемдо удвоения. действительно, сдвиг фазЯ между напряжениями (диаграммыа и б), равный, после удвоениячастоты равен э (диаграммы г, д).15 Если же сдвиг фаз до удвоения частотыбольше или равен 1 с , то после удвоения частоты он по абсолютной величине меньше,чем до удвоения. Таксдвиг Фазмежду напряжениями 20 (диаграммы а, в), равный 1 Ю, послеудвоения частоты равен (.;г на удвоенной частоте (диаграммы г и е).Это происходит потому, что еслипосле удвоения частоты фазовый сдвиг9 больше фазового сдвига М до удвоения, то измеряемый фазовый сдвигравен некоторой части целого периодаудвоенной частоты напряжения на ди 1аграммах б и д, где видно, что 9"- -ф.а если фазовый сдвиг ф после удвоения частоты меньше Фазового сдви- га М до удвоения частоты, то измеряемый фазовый сдвиг равен суммецелого периода удвоенной частоты и некоторой части целого периода (напряжения на диаграммах в и е), где видно, что 9 "- 21 ь +9Отсюда следует, что если сигналыпоследовательно удваивать по частотеи всякий раз сравнивать разности фаз до и после удвоения частоты, то по результатам сравнения можно определить, превышает ли фазовый сдвиг до удвоения целый период удвоенной частоты, и в случае превышения к резуль тату измерения прибавить фазовыйсдвиг, пропорциональный периоду соответствующей удвоенной частоты.Окончательный результат измерения,таким образом, будет представлен ввиде суммы Фазовых сдвигов, пропорциональных периодам удвоенных частот,на которых в результате сравненияфазовый сдвиг оказался меньше, чем доудвоения частот.В устройстве для измерения сдвигафаз (Фиг.1) в удвоители 1-8 частотыобразуют две цепочки умножения; 1,2,3,4 - опорного сигнала и 5,6,7,8измеряемого сигнала. Удвоитейи частоты в каждой цепочке соединены последовательно (выход предыдущего с входомпоследующего), причем выходы ивходы всех удвоителей частотысоединены с входами коммутатора 9, выходыкоторого через блок 10 сравнениясдвигов фаэ связаны с вхбдом блока11 формирования результата измерений, второй вход которого соединен с выходом блока 12 управления и с входом коммутатора 9.устройство работает следующим образом, 5По управляющим сигналам из блока 12 коммутатор 9 подает на вход блок а 10 срав нения периодичес кие сиг налы (опорный и измеряемый) с входов и выходов соответствующих удвоителей частоты двух цепочек . На первом такте эти сигналы поступают с входов удвоителей 1 и 5 частоты и с выходов этих же удвоителей частоты.Блок 10 вырабатывает сигнал коррекции 15 +1, поступающий в блок 11 формирования результата измерений в том случае, если М (9, т. е. если сдвиг Фаз после удвоения частоты меньше, чем до удвоения частоты. После прибавления единицы в блок 11 формиро вания результата, содержимое блока11 умножается на два по сигналу из .блока управления. Если же М)9 ,то в блоке 10 сигнал +1 не вырабатывается и не поступает в блок 11, но 25 содержимое блока 11 также умножается на два по сигналу. их блока 12.Следующим тактом по сигналу из блока управления коммутатор 9 подает на входы блока 10 сигналы с вхо дом и выходов удвоителей 2 и 6 частоты, затем очередным тактом с удвоителей 3,7 и далее 4,8. В каждом такте содержимое блока 11 увеличивает-.ся на 1, если ЧС, и всякий раэ умножается на два. На последнем такте работы устройства в блоке 11 формирования результата измерений будет записана полная величина фазового сдвига.40По данному способу, в отличие от известных способов измерения сдвига Фаз с помощью умножения частоты периодических сигналов, определение сдвига фаз осуществляется по результатам сравнения фазовых сдвигов до удвоения и после удвоения частоты периодических сигналов.Достоверность сравнения определяется чувствйтельностью схемы сравнения сдвигов фаз, а так как чуствительность по фазе в известных Фазовых системах достаточно высока, то способ и устройство для его осуществления позволяют определять угол фазового . сдвига с большей точностью, чем в известных Фазометрах с умножением частоты сигналов, при использовании сравнительно простой аппаратуры.Повышение точности измерения угла фазового сдвига и упрощение устройства для измерения Фазового сдвига позволяют повысить точность и упростить оборудование измерительных систем в автоматике и вычислительной технике, использующих фаэовые методы при измерении линейных и угловых величин.формула изобретенияСпособ измерения сдвига фаэ, осно- ванньФ на последовательном удвоении частоты двух периодических сигналов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точностисравнивают разности Фаз до и после удвоения частоты и сдвиг фаэ определяют как сумму Фазовых сдвигов, пропорциональных периодам удвоенных частот, причем Фазовый сдвиг, пропорциональный периоду соответствующей удвоенной частоты, суммируют только в том случае, если при сравнении разность фаз после очередного удвоения меньше, чем до удвоения частоты.Со"тавитель В.Еремеева ТЕхред Е.Гаврилешко Корректор Г.Решетники 5 Ужгор ктнан,Тираж 1019 И ГОсударствен по -делам изоб 035,Москва, Ж- еаеееееееаееафм ППП фПатентф,Подписное ого коютета СССР етений и открытий 5, Раушская наб., д.