Способ измерения фазового сдвига электрических сигналов

и 983572 ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СфеетскнхСов)иалкстическихРеспублик,77 (088. 8) Дата опубликования описания 23,12,82.,(72) Авторизобретения В Т Кондратов Ордена Ленина институт кибернетики АН Украинской ССР(54 СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВОГО СДВИГА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВИзобретение относится к информа- ционно-преобразовательной и измерительной технике и может быть использовано при построении Фазометров, фазочувствительных вольтметров, прямоугольно-координатных компенсаторов переменного тока, измерителей мощности и косинуса угла потерь, анализаторов фазочастотного спектра и другой электронной аппаратуры диапазона низких и инфранизких частот.Известен способ измерения фазового сдвига электрических сигналов, заключающийся в, том, что преобразуют и измеряют сигналы в моменты перехода их через нуль и осуществляют функциональную (арксинусную или .арктангенсную) обработку результата измерения сдвига Фаз 1,1 . Однако этому способу измерения фазового сдвига присущи недостаточная точность измерения и ограниченный частотный диапазон, обусловленные наличием погрешности от нрравенства амплитуд входных сигналов вследствие того, что операции над сигналами осуществляются с использованием алгоритма связи сувееарногоапряжений2 Цо соз фМ при По = Пкм . Неравенство амплитуд приводит к погрешности измерения.Ограниченный частотный диапазон визвестном способе обусловлен наличием операции интегрирования за время равное или,кратное периоду сигнала и операции сдвига фаз, которыереализуются с высокой точностьютолько на фиксированной частоте илив узком частотном диапазоне.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности являетсяспособ измерения фазового сдзигадвух переменных напряжений и низкихи инфранизких частот с регистрациейразности фаз на экране электроннолучевой трубки в полярной системекоординат, заключающийся в том, чтоиз сравниваемого и сдвинутого на90 по Фазе относительно последнего напряжений формируют.прямоугольный импульсы малой длительности, пиковые значения которых равны мгновенным значениям указанных напряже"25 ний в моменты перехода опорного напряжения через нулевые значения.Результат измерения определяется из выражениях30 . Ч= агсйд - ,УВ соответствии с данным способом измеряют мгновенное значение амплитуды опорного сигнала (1) в момент перехода через нуль сдвинутого по фазе сигнала (2), т.е. в момент времени й, когда Пв(14) =О, Приравнивая выражение (2) нулю и решая относительно Й.С.(, найдем что Й = 9 Подставив в выражение (1), получим выражение для мгновенного значения амплитуды опорного сигнала:00 = П,в 1 п =По. (3) 45 50 Далее измеряют мгновенное значение амплитуды того же сигнала (1) в момент времени 1, в два раза превьааающий временной сдвиг между опорным и сдвинутым по фазе сигналами, т,е. в момент времени (= 2 Ь 1 =29 х(Я"М Подставим значение 1 в выражение (1) В результате получим выражение для мгновенного значения амплитуды опорного сигнала в момент времени 1.,Це(й 1= Пщв 1 п 2 Фх =Пса (4) 65 где х = ККК КхОв 3.пЧ,у = ККК Кп,-совУ,К,. К - коэффициенты пропорциональности ( 2Однако известный способ такжеимеет низкую точность измерения иограниченный частотный диапазон. Низкая точность измерения обусловленапогрешностью визуального отсчетаугла наклона линии развертки и низкой точностью Формирования квадратурного напряжения в широком частотном и динамическом диапазоне.Целью изобретения является расширение частотного диапазона и повышение точности измерения., 15Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу измеренияфазового сдвига электрических сигналов, заключающемуся в том, чтоизмеряют мгновенное значение амплитуды опорного сигнала в момент перехода через нуль сдвинутого по фазесигнала, вычисляют обратную тригонометрическую Функцию результатов измерения, повторно измеряют мгновенное значение амплитуды опорного сиг.нала в момент времени, в два разапревышающий временной сдвиг междуопорным и сдвинутым по фазе. сигна"лами, результат . измерения умень- З 0шают в два раза и делят на результат предыдущего измерения.СущнсФзть способа заключается вследующем,Допустим, что необходимо измерить, З 5фазовый сдвиг х между опорным исдвинутым по фазе сигналамиц, (М= П,в 1 пйС (1)тЗ(р (1) = Пр вЗ.п Я.А- Щ) (2)с неравными амплитудами (ПЮ ФПшд),Результат измерения (4) уменьшают в два,раза:Пю= 05 ПО,ь= 0,5 ПФл в 3,п 2 х(5) Напряжение (5) делят на результат предыдущего измерения (3), В результате получают напряжениеМИ,. ОдюЬ 1 п 19 н. (6) где 8 -крутизна преобразования отношения в напряжение.Затем вычисляют обратную тригонометрическую функцию арккосинус частного от деления (б). В результатеполучают напряжениеЧ =б,агссОбб,=5 ОССОб(б, СОВЧх),где 82-крутизна преобразования.При=1 получим напряжениеи = и, агссов(совках)=Ях, (8)пропорциональное измеряемому фазовому сдвигу,На чертеже приведена функциональ-ная схема устройства, реализующегопредложенный способ измерения Фазового сдвига.На схеме обозначены ключи 1 и 2,первый делитель 3. направления, блок4 Формирования временных интервалов, первый делительный блок 5 спамятью, арккосинусный преобразователь б, второй делитель 7 напряжения, второй делительный блок 8, отсчетно-регистрирующий блок 9.При этом вкоды ключей 1 и 2 соединены между собой и подключены, каки первый вход блока 4 выделения вре-,менных интервалов, к входной клеммеопорного сигнала, Второй вход блока 4выделения временных интервалов сое"динен с входной клеммой сдвинутогопо Фазе сигнала. Выход ключа 1подключен к входу делителя первогоделительного блока 5 с памятью. Выход, ключа 2,.через первый делитель3 напряжения, подключен к входу делимого первого делительного блока 5с памятью. Цепи управления ключей 1и 2 соединены, соответственно, симпульсными выходами блока 4 Формирования временных интервалов,Выход первого делительного блока 5 с памятью подключен к входуарккосинусного преобразователя б,выход которого, через второй делитель 7 напряжения, соединен с входомделимого второго делительногоблока 8.Вход делителя второго делительногоблока 8 подключен к аналоговому выходу блока 4 Формирования временныхинтервалов, а выход соединен с отсчетно-регистрирующим блоком 9.Устройство работает следующимобразом.983572 Формула изобретения 5Опорный и сдвинутый п, Фазе сигналы (1). и (2)поступают на входыблока выделения временных интервалов. Одновременно сигнал (1) поступает на вход ключей 1 и 2, управ-,.ляемых с помощью блока 4 выделениявременных интервалов. С помощью блока 4 выделения временных интервалов осуществляется измерение временного интервала ЬВ между сигналами..Формирование импульсов управленияключами 1 и 2 в моменты времени В,.и , равные, соответственно, моменту перехода через нуль сдвинутогопо Фазе сигнала (2). и моменту времени, в два раза большему временногоинтервала между сигналами (1) и (2).Длительность импульсов. управлениявыбирается достаточной для запоминания выборок мгновенных значений сигнала (1) с помощью. первого делительного блока 5 с памятью,В момент времени й .на вход де"лителя первого делительного блока 5с памятьюпоступает с выхода ключа 1напряжение (3),В момент времени 1 й .на вход делимого первого делительного блока 5с памятью поступает через первый делитель 3 напряжения с коэффициентомделения, равным 2, напряжение (.4).с выхода ключа 2.С помощью первого делительногоблока 5 с памятью напряжение (5)делителя на напряженке,(3) . В результате на вход арккосинусного нреобреэователя б поступает напряжение (6). С.йомощью арккосинусногопреобразователя б вычисляют значение арккосинуса выражения (б), пропорциональное измеряемому Фазовомусдвигу. Результат преобразованияпоступает на отсчетно-регистрирующий блок 9 (эта связь не показана).Данный способ может быть применендля измерения частоты сдвинутых пофазе сигналов. Для этого с помощьюпреобразователя 6 вычисляется значение арккосинуса выражения. (6)Полученное напряжение (7 делитсяв 23 раз с помощью второго делителя7 напряжения и подают на вход делимого второго делительного блока 8.На вход делителя второго делительного блока 8 подают напряжение 0,пропорциональное временяому интервалу аС, с. аналогового выхода бло.ка 4 выделения временных интерваловС выхода делительного блока 8 напряжение, равное отношению двух.входных напряжений и пропорциональ ное измеряемой частоте сдвинутых по . фазе .си 1"налов, поступает на отсчетно"регистрируищий,блок 9, По показаниям последнего судят о значениичастоты сдвинутых по фазе сигналов. 0 Расширение частотного диапазонаи новиаенне точности в данном техническом решении достигается за счетисключения операции формированияквадратурного напряженияЧастотный 15 диапазон в данном техническом реше.нии ограничивается только быстродействием блоков, реализующих последовательность операции, и являетсядостаточно широким - от долей герца 20 до десятков и сотен килогерц.Двухкратное измерение мгновенныхзначений амплитуды опорного сигналав моменты времени й,( и й с после-,;дующим делением результатов измерений.25 друг на.друга позволило исключитьмультипликативную погрешность измерения фазового сдвига. 30Способ измерения фазового сдвигаэлектрических сигналов, заключающийсяв том, что измеряют мгновенное знаЗ 5 чение амплитуды опорного сигналав момент перехода через нуль сдви-,нутого по фазе сигнала, вычисляютобратную тригонометрическую функциюрезультатов измерения, о т л и ч.а ю 40 щ и й с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона и повьзаения точности измерения, повторноизмеряют мгновенное значение амплитудыопорного сигнала в момент вре-.45 мены, в два раза превьааающий временной сдвиг,мвждр опорным и сдвинутымпо фазе сигнаХими, результат измерения уменьшают в два раза и делятна результат предыдущего измерения.Источники информации,50 щинятые во внимание при .Экспертизе1,. Авторское свидетельство СССРВ 290234 кл. О 01 В 25/0(, 29.10,69.2. АвторСкое свидетельство СССРВ 375579 кл, 0 01 К 25/00, 19.03.71/52 Тираж 717ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская .наб.,писное а 9 4/ Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул, Проектная,