Способ измерения фазового сдвига

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 ц 951175 Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик(22) Заявлено 2901,81 (21) 3241151/18-21 с присоединением заявки Мо 151 М. Кл.з С 01 й 25/00 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВОГО СДВИГАИзобретение относится к радио- измерительной технике, в частности к измерениям фазовых сдвигов между двумя гармоническими сигналами.Изобретение может быть использовано в радиолокации, радионавигации и радиопеленгации при создании систем обработки принимаемых сигналов.Известен способ измерения фазового сдвига между двумя гармоническими сигналами, заключающийся в выделении моментов перехода сигналами максимальных значений, фсрмировании сигнала, длительность которого равна интервалу времени, соответствующему фаэовому сдвигу, и определении фазового сдвига путем сравнения длительности сформированного сигнала с периодом сравниваемых. сигналов (1,Недостатками этого способа измерений являются невысокая точность измерений, обусловленная наличием ошибки выделения моментов перехода сигналов через максимальные значения сигналов, а также сложность и низкое бытродействие реализующих способ устройств.Наиболее близким к предлагаемому способу является. способ измерения фазового сдвига между двумя гармо-. ническими сигналами заключающийсяв выделении моментов совпадениямгновенных значений сравниваемыхсигналов с первой к второй пороговыми величинами соответственно и формировании сигнала, длительность которого равна временному интервалумежду моментами совпадений сравниваемых сигналов с пороговыми величинами и сравнении длирельности этогосигнала с периодом сравниваемых гармонических сигналов 2).Однако у этого способа низкаяточность измерений, при большом ди намнческом диапазоне амплитуд входных сигналов,Цель изобретения - повышение точности измерения при произвольных амплитудах входных сигналов и большом динамическом диапазоне изменения ихамплитуд.Поставленная цель достигается тем, что по известному способу измерения фазового сдвига посредством формирования импульса, длительность которого пропорциональна разности фаз, формируют дополнительные импульсы в каждом канале с длительностями, равными временным интервалам между моментами пересечения положительными(отрицательными) полуволнами вход" ных синусоидальных сигналов порога в соответствующем канале, при этом половину разности длительностей указанных дополнительных импульсов вычитают из длительности импульса, про порииональной разности фаз, если длительность дополнительного импульса первого канала больше длительности дополнительного импульса второго канала, или добавляют если длительность 10 импульса первого канала меньше длительности дополнительного импульса второго канала.На фиг.1 показаны временные диаграммы поясняющие сущность предложенного способа; на фиг.2 - устройство, реализующее предлагаемый способ.На фиг.1 приняты следующие обозначения 1(С), Г 1(С) - первый и второй гармонические сигналы; с, с) амплитуды первого и второго сигналов;первая и вторая пороговые величины; ч(С) - первый сигнал, Формируемый по первым моментам совпадения мгновенных значений сигналов Й 1(С) и Й(С) с пороговыми величинами 25и , соответственно) У,1(С), У(С) второй и третий сигналы,.формируемые по первым и вторым моментам совпадения .мгновенных значений сигналов й(С) и (С) с пороговыми величинамии , соответственно; У(С) четвертый сигнал, формируемый как модуль половины разности длительностей сигнало 4 (С) и У 5 (С); У 5 (С.) - пятый сигнал, Формируемый как сумма произ ведения сигнала Ч 4(С) на единичный сигнал и сигнала Ч(С) . В результате сравнения сигналов 1(С) и М (С) вырабатывается единичный сигнал 1 (С) .1(С) = +1 если дС 1 3 д С 3 )1(С) = -1 если й С д йз В результате сложения сигнала М(С) с сигналом 9 (С.), умноженным на сигнал 1(С) вырабатывается сигнал У(С) . Интервал .времени в котором У (С) = 15 равен4 С 5 = Ь С 1+ 1 (С) ЬС 4Далее определяется фазовый сдвиг между сигналами й, (О и 11(С) .5аф = - 2 ЛТ.где Т - период сигналов й(С) и 6,1 (С)Интервал времени дС умноженный на единичный сигнал 1(1), можно представить в виде дС -дСьС(С)=+4 Я. т, )1 т- - 1 о гс з 1 в - "Т/ -- - Ъ асз 1 п - .ТХ Ос / Т Ос+ Фазовый сдвиг, соответствующийэтому значению, равен1а, 1(с У К, %1 д1 мп - -8" -Т - Ос, Ос,1 Способ реализуется следующим образом. 40 По первым моментам совпадений сигналов Г(С) и Е(С) спороговыми величинами , исоответственно вырабатывается сигнал Ч(С).Ошибку измерения фазового сдвига, обусловленную погрешностью установки пороговых величин можно существенно уменьшить с помощью. предлагаемого способа измерения фазового сдвига.Усуройство, реализующее описанный способ, содержит первый формирователь 1 импульсов, второй формирователь 2 импульсов, первый формирователь 3 коротких импульсов, второй формирователь 4 коротких импульсов, триггер с раздельными входами 5, первый электронный ключ 6, счетчик 7 импульсов, генератор 8 импульсов, второй электронный ключ сЭ, третий электронный ключ 10, первый элемент временной задержки 11, реверсивный счетчик 12 импульсов, второй элемент временной задержки 13, третий элемент временной задержки 14, третий формирователь 15 коротких импульсов, сумматор 16.Устройство работает следующим образом.Гармонические. сигналы Е (1) и Й(С) приложены ко входам первого и второго Формирователей импупьсов 1 60 45У(С.) = 1 в интервале аС Сигнал й (С) сравнивается с пороговой величиной. В результате вырабатывается сигнал М(С).У,1(С) = 1 при й(С))504 ф,1(С) =О при Г (С)1 )Ч 1(М = 1 в интервале а С =СиСигнал Е,1(С) сравнивается с пороговой величиной. В результате вырабатывается сигнал 9 Э(С).Ч(1:) = О при й(С),1,Ч(С) = 1 в интервале дС 3,)С 1 оВ результате сравнения сигналов Ч(С) и Ч(С) вырабатывается сигнал Чо(С). ИнтерваЛ времени дС, в котором Ч(С) = 1 равендС - д С2 65и 2. При пересечении сигналами Й(1) и Е 1(1) пороговых уровней ф исоответственно на выходах формирователей формируются сигналы 9(1) и Ч- (1) (фиг.1) . В моменты 1 и 1 1 первым и вторым формирователями 5 коротких импульсов 3 и 4 сформируются импульсы, которые поступают на входы триггера с раздельными входами 5. На выходе триггера,5 формируется сигнал 1 (С), который затем посту пает на управляющий вход первого электронного ключа б. На информационный вход электронного ключа б подается последовательность импульсов постоянной частоты, вырабатываемых гене-)5 ратором импульсов 8. В результате на выходе электронного ключа б формируется пачка импульсов, которая затем поступает на вход счетчика импульсов 7. Счетчик импульсов 7 подсчитывает число импульсов в пачке. Это число пропорционально длительности временного интервала дУправляющие входы второго и третьего электронных ключей 9 и 10 соединены с выходами первого и второго , формирователей импульсов 1 и 2 соответственно. На информационные входы второго и третьего электрон(ных ключей 9 и 10 подается последовательность импульсов постоянной 30 частоты с генератора импульсов 8. На выходах второго и третьего электронных ключей 9 и 10 формируются пачки импульсов, которые затем поступают на вычитающий и суммирующий 35 входы реверсивного счетчика 12 импульсов соответственно, Импульсы с выхода третьего электронного ключа 10 проходят через первую схему 11 временной задержки, при наличии которой работа по вычитающему и суммирующему входам реверсивного счетчика 12 импульсов разделена по времени, что необходимо для нормальной работы счетчика. При превышении количества 45 импульсов в пачке, снимаемой со второго электронного ключа 9 над количеством импульсов в пачке, снимаемой с третьего электронного ключа 10, на выходах реверсивного счетчика 12 импульсов образуется дополнительный код, соответствующий этому превышению. При наличии обратной ситуации на выходах реверсивного счетчика 12 импульсов образуется прямой код. Таким образом, если единичный сигнал имеет 55 отрицательный знак, то на. выходах реверсивного счетчика 12 импульсов образуется дополнительный код, в противном случае код будет пряьым. Деление кода, образованного в ревер сивном счетчике импульсов, на 2 производится путем сдвига кода в сторону младшего разряда на один разряд. Это осуществляется определеннымсоединением выходов счетчика 12 ссумматором 16 (фиг.2). На сумматор16 поступает также код со счетчика7 импульсов. В момент времени(фиг.1) третьим фо 1 иирователем коротких импульсов 15 формируется импульс,который, пройдя через вторую схемувременной задержки 13, поступаетна управляющий вход сумматора 16 иразрешает операцию суммированиякодов, находящихся на счетчиках 7и 12. Операция суммирования прямогокода с дополнительным эквивалентнаоперации вычитания, а операция суммирования прямого кода с прямым эквивалентна операции сложения. Импульс,снимаемый со второй схемы 13 временной задержки, пройдя через третьюсхему 14 временной задержки, производит обнуление счетчиков 7 и 12,подготовив, тем самым, схему к следующему замеру,В результате работы схемы на выходах сумматора 16 образуется искомый код разности фаз между гармоническими сигналами 11(Г) и 11.Формула изобретенияСпособ измерения фазового сдвига, посредством формирования импульса, длительность которого пропорциональная разности фаз, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности при произвольных амплитудах входных сигналов и большом динамическом диапазоне изменения их амплитуд, формируют дополнительные импульсы в каждом канале с длительностями, равными временным интервалам между моментами пересечения положительными (отрицательными) полуволнами входных синусоидальных сигналов порога в соответствующем канале, при этом половину разности длительностей укаэанных дополнительных импулЬсов вычитают из длительности импульса, пропорциональной разности фаз, если длительность дополнительного импульса первого канала больше длительности дополнительного импульса второго канала, или добавляют, если длительность дополнительного импульса первого канала меньше длительности дополнительного импульса второго канала.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе,1. Оратынский П.П. Автоматическиеизмерения и приборы. Киев. Высшаяшкола, 1971, с. 415-422.2, Глинченко и др, Цифровые методы измерения сдвига фаз. Новосибирск,Наука 1979, с. 10-14.