Способ измерения изменений фазового сдвига периодических сигналов

Сфез СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАЙИ Е ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. п 930154(5)М. Кд. С 01 В 25/00 ВЪвударстеаеых кемктет СССР ав делам изобретения и етерытяя(511) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ ФАЗОВОГО СДВИГА ПЕРИОДИЧЕСКИХ СИГНАЛОВИзобретение относится к радио 1 электронике и может быть использова.но в измерительной технике при обработке Фаэомодулированных сигналов,преимущественно для измерения перемещения.Известен способ измерения сдвигафаз между двумя периодическими сигналами, основанный на принципе гетеродинирования измерительных сигналов1 Осигналами опорной частоты, сравненииФазы промежуточных частот с помощьюфазочувствительного детектора, который вырабатывает импульсы, поступающие на гетеродин с целью достижения1синфазности на входе Фазочувствительного детектора 1 1,Недостатком такого способа является измерение фазового рассогласования только в интервале 0-2 л, кроме того, невозможно прямое измерение скорости изменения Фазбвого рассогласования. Наиболее. близким по техническои сущности к предлагаемому является способ компенсационного измерения сдвига Фаз, основанный на управлении постоянным напряжением временным сдвигом фазы одного из входных напряжений до компенсации измеряемого сдвига Фаз. 4 эмерительный прибор показывает среднее эа период значение . напряжения компенсации, пропорциональное измеряемому сдвигу фаз Г 23.Недостатком известного способа является возможность измерения толь" ко в диапазоне 0-360 , что ограничивает применение его в целом ряде измерительных устройств, где нужно учитывать количество переходов через 2 эПричем невозможно контролировать скорость изменения Фазового рассогласования, Отсутствие цифрового о счета затрудняет применение спосо" ба в цифровых устройствах, так как поименение отдельного аналого-циро154 3 930вого преобразователя приведет к дополнительным погрешностям.Цель изобретения -. расширениедиапазона регистрации изменений фазы до 360 К, где К - коэффициенткратности при одновременном измерении скорости изменения фазы,Поставленная цель достигается тем,что выбирают частоту следования опорных сигналов многократно большуючастоты следования измерительныхсигналов, причем коэффициент кратности обратно пропорционален дискретности измерения изменений фазы,затем из опорной последовательностиформируют вспомогательную последовательность сигналов с частотой,равной средней частоте измерительных сигналов, сравнивают временноеположение измерительныхи вспомогательных сигналов и формируют в зависимости от знака изменений фазы первый или второй импульсы, длительность которых равна временному интервалу между измерительными и вспомогательными сигналами, после чегоизменяют временное положение вспомогательных сигналов на величину,равную длительности указанных импульсов, при этом первый импульсизменяет временное положение в сторону опережения, а второй - в сторону запаздывания, одновременно оценивают скорость изменения Фазы подлительности указанных импульсов, азначение изменений Фазы определяютпутем интегрирования длйтельноСтейпервого импульса со знаком плюс, второго - со знаком минус. На Фиг. 1 показайа функциональная схема устройства для реализации способа; на фиг. 2 - временная диаграмма работы устройства.В устройство входит источник сигналов опорной частоты, делитель 2 частоты, включающий первый двоичный каскад 3 на 1-К-триггере с элементами ч и 5 совпадения .и элементом 6 объединения и второй каскад 7, импульсно-фазовый дискриминатор 8 на основе двух триггеров 9 и 10, элементы совпадения 11-13 и удвоителя 14 длительности, а также реверсивный счетчик 1.5 с элементом 16 совпадения. Вход триггера 9 соединен со входом 17 устройства.Скорость изменения фазы контролируется по длительности сигналов на 5 1 О И 20 25 ЗО 35 40 45 50 Я выходах 18 и 19, реэультирующи)сдвиг-по состоянию разрядов счетчика 15,Значение опорной частоты Г 0 на выходе генератора 1 и коэффициент Кделения делителя 2 частоты выбираетсяисходя из необХодимой дискретности измерения изменений фазы сигналов навходе 17Рассмотрим работу устройства с момента времени, когда фаза измерительного сигнала с частотой Гх по отношению к сигналам с частотой Го неизменна, частоты сигналов Гх и Уо навыходе делителя 2 равны и формируются синхронно, При этом триггеры 9 и10 дискриминатора 8 устанавливаютсяв единичное состояние одновременно,после чего сигналом с выхода элемента 13 возвращаются в исходноесостояние. Очевидно, что сигналы фазового рассогласования на выходахэлементов 11 и 12 формироваться небудут, что и соответствует нулевойскорости изменения фазы. Элементысовпаденил 5 и 16 закрыты, поэтомусостояние рязрядов реверсивногосчетчика неизменно. Поскольку сигналы управления первым каскадом делителя не формируются (сигналы переноса с первого каскада формируются элементом 1 совпадения), то фаза сиг 1налов с частотой то также неизменна, т.е. состояние схемы является устойчивыми.При изменении временного положения сигналов на входе 17, например в сторону запаздывания, временное положение сигналов с частотами Гх и Го станет как показано на фиг. 2 ц, 5, Поскольку триггер 10 установится в единичное состояние первым, то на выходе элемента 12 сформируется импульс (фиг. 2,В) сигнала Фазового рассогласования, длительность которого равна величине Фазового сдвига за один период. С целью определения величины фазового, сдвига в дальнейшем осуществляется восстановление равновесия путем сдвига во времени сигнала с частотой Г . Для этого вход делителя блокируется на время, равное длительности сигнала фазового рассогласования.Сигнал с выхода элемента 12 поступает на вход 1 и К триггера 3, блокируя его работу,в счетном режиме.Состояние триггера 3, зафиксированное по переднему фронту сигнала на5 9301 выходе элемента 12, остается неизменным на протяжении всего импульса рассогласования. С целью исключения сигнала переноса элемент,4 совпадения также блокируется.ЭСчетчик 15 и элемент 16 совпадения обеспечивают одновременное измерение величины фазового сдвига в виде количества периодов опорной частоты с выхода генератора 1 за время, 10 равное длительности сигнала рассогласования.Очевидно, что измерение однократного сдвига осуществляется за один период следования сигналов с часто" 1 той Г.В случае равномерного изменения фазы входных сигналов соответствующий сигнал рассогласования Формируется в каждом периоде входных сигналов. з, Длительность его представляет собой информацию о скорости изменения Фазы и определяется количеством импульсов с частотой Г в пачке на выходе элеомента 16 совпадения. Результат накоп-ления (интегрирования) количества импульсов в счетчике 15 представляет собой общее значение фазового сдвига.1Сдвиг эа каждый период следова- звния сигнала с частотой Г будет компенсироваться соответствующим изменением временного положения сигналов с частотой Г , поэтому общее зна 1чение изменения Фазы может превышать2 д и ограничивается только объемомсчетчика.При сдвиге во времени сигнала счастотой Г в сторону опережения(Фиг. 2,д,ъ) первым опрокидываетсятриггер 9 и сигнал Фазового рассогласования (фиг, 2,е) формируетсяна выходе элемента 11 совпадения.Этот сигнал через удвоитель 14 длительности поступает на входы ) и Кблокирования триггера 3 первого каскада делителя, и, кроме того, на элемент удвоения частоты следования сигналов переноса на входе второго каскада 7 делителя 2. Это обеспечиваетизменение временного положения сигналов с частотой Го в сторону опере жения, причем велицина сдвига равнадлительности сигнала управления,Поскольку формирование сигналаЯрассогласования на выходе элемента11 и сдвиг сигнала с частотой Г происходит одновременно, а окончаниесигнала на выходе элемента 11 апреде 54 .бляется моментом формирования сигнала с частотой Г (Фиг. 2,ъ), то длительность сигнала на выходе элемента 11 окажется вдвое меньше фактического рассогласования. Для компенсации этого уменьшения служит удвоитель длительности, Формирующий сигнал (фиг. 2,Н), длительность которого равна Фактическому рассогласованию на момент поступления входного сигнала с частотой Г.Число периодов опорной частоты Г определяемое дпительностью сигнала управления (элемент 5), подсчитывается счетчиком 15 по другому входу.Как и в предыдущем случае, общий фазовый сдвиг может превышать 2 л и определяется объемом счетчика.В исходный момент времени или во время переходных процессов при включении питания разряды реверсивного счетчика должны быть установлены в состояние, соответствующее начальному отсчету, а Фазовое рассогласование сигналов с частотами Г и Г будет отработано автоматически.Как видно, устройство, реализованное по предлагаемому способу, отли- чается существенной простотой, не связано с выполнением каких-либо математических операций и выделения моментов времени изменения Фазы со значения 2% на О и наоборот, работает в реальном масштабе времени. При этом одновременно определяется как величина изменения Фазы периодических сигналов, так и скорость ее изменения.Формула изобретенияСпособ измерения изменений фазового сдвига периодических сигналов, основанный на сравнении временного положения измерительных и опорных сигналов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона регистрации изменений фазы до +360К, где.К - коэффициент крат- насти, выбирают .частоту следования опорных сигналов многократно большую частоты следования измерительных сигналов, причем коэффициент кратности обратно .пропорционален дискретности измерения.изменений Фазы, затем из опорной. последовательности форми" руют вспомогательную последовательность с частотой, равной средней час.