Способ определения сдвига фаз

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 9) (И) 1)4 601 К 2 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ фазо по вычи слиповышает нои ител ями и СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(56) Авторское свидетельство СССР У 123617, кл. С 01 К 25/00, 1961.Авторское свидетельство СССР У 928247, кл. С 01 В. 25/00, 1978. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СДВИГА ФАЗ (57) Изобретение относится к радио-, измерительной технике. Может быть использовано для измерения сдвига Фаз зашумленных электрических сигналов в широком диапазоне частот и амплитуд с высокой точностью. Цель изобретения - повышение точности измерения. Предлагаемый способ заключается в следующем. Измеряемый сигнал ограничивают и затем раздельно перемножают с каждой из выделенныхквадратурных составляющих опорногосигнала. Результаты данных произведений накапливают, Цель достигаетсяза счет последовательного усиленияи ослабления измеряемого сигнала перед ограничением и определения отношения разности результатов накопления по косинусной составляющей опорного сигнала к разности результатовнакопления по синусной составляющей.Устройство, реализующее данный способ, содержит аттенюатор 1, усилители 2 и 6, перемножители 4 и 9, ограничители 3 и 7, преобразователи интервал времени - код 5 и 10,сдвигающии блок 8, генератледовательности импульсовтель 12. Точность иэмерени эа счет исключения щаэоамплитуд ешности, вносимои перемножиИзобретение относится к радиоиэмерительной технике и может быть использовано для измерения сдвига фаэ зашумленных электрических сигналов в широком диапазоне частот и амплитуд 5 с высокой точностью.,Цель изобретения - повышение точности измерения.Указанная цель достигается путем10 исключения Фазоамплитудной погрешно сти, вносимой перемножителями. Инструментальная погрешность операции перемножения образуется за счет различного времени срабатывания логичес 15 кого перемножителя по переднему и заднему фронту сигнала. Абсолютная величина этой погрешности зависит от быстродействия логического перемножителя.20На Фиг.1 приведены временные диаграммы, иллюстрирующие возникновение,погрешности перемножителя; на Фиг.2 - реальные и идеальные фаэовые характеристики перемножителей; на 25 Фиг, 3 - структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на Фиг. 4 - временные диаграммы выходных сигналов генератора последовательностей импульсов. 30Устройство (Фиг.3) содержит аттенюатор 1, первый усилитель 2, первый ограничитель 3, первый перемножитель 4, первый преобразователь 5 интервал времени - код, второй усилитель б, второй ограничитель 7, Фазосдвигающий блок 8, второй перемножитель 9, второй преобразователь 10 интервал времени - код, генератор 11 . последовательности импульсов, вычис литель 12, причем выход аттенюатора 1 соединен последовательно с первым усилителем 2 и ограничителем 3, выход первого ограничителя 3 соединен с первыми входами первого 4 и второ го 9 перемножителей выход второй последовательной цепочки, состоящей из усилителя б иограничителя 7,соединенного с вторым входом перемножителя 4 и входом Фазосдвигающего бло ка 8, выход которого соединен с входом перемножителя 9, выходы первого 4 и второго 9 перемножителей соединены соответственно с первыми входами преобразователей 5 и 10 интервал времени - код, два выхода генерато" ра последовательностей импульсов соединены с двумя вхбдами управления преобразователей 5 и 10 интервал времени - код, третий выход генератора 11 последовательности импульсовсоединен с входом управления аттенюатора 1, четвертый выход генератора11 последовательности импульсовсоединен с первым входом вычислителя 12, второй и третий входы которого соединены с выходами преобразователей 5 и 10 интервал времени - код.Способ осуществляют следующим образом,Измеряемый сигнал подают на входаттенюатора 1, который в исходномсостоянии имеет нулевое затухание.Это исходное состояние задают припомощи генератора 11 последовательности импульсов, работа которогоописывается временными диаграммами,представленными на фиг,4. Так, надиаграмме 1 Ч сигналу с нулевым уровнем соответствует нулевое затуханиеаттенюатора, а сигналу с уровнем"1" соответствует определенное выбранное затухание (например,20 дБ).Сигнал с выхода аттенюатора 1 усиливают и ограничивают при помощи усилителя 2 и ограничителя 3.Опорный сигнал, который обычнозначительно большей амплитуды, чемизмеряемый, также подвергают усилению и ограничению. Оба ограниченныхсигнала перемножают на перемножителе 4, Временная диаграмма сигнала навыходе перемножителя 4 представленаэпюрой 3 (на Фиг. Ц. Результат перемножения заключается в скважностипрямоугольного сигнала, Поэтому далее с помощью преобразователя 5 интервал времени - код, которым осуществляют подсчет импульсов своеговнутреннего генератора, совпавших ссигналом за время измерения Т ,производят интегрирование. Время измерения задают в соответствии с эпюрой 7 на Фиг.4 при помощи генератора 11 последовательностей импульсов, Для приведения счетчика в преобразователе интервал времени - код в начальное состояние используют сигнал "Сброс" необходимой длительности Т , который Формируют ге" нератором 11 последовательностей импульсов (фиг,4, эпюра 7111).За первое время измерения на выходе преобразователя 5 интервал времени - код получают код, соответствующий А, по формуле (5).= -1 сЧ зхпр,(2) А Ас иь сэ + 50(5) 3 12853Ограниченный опорный сигнал пода- .ют на Фазосдвигающий блок 8, при помощи которого производят сдвиг фазына 7/2. Работа перемножителя 9 и преобразователя 10 интервал - код пол 5ностью аналогична уже описанной работе перемножителя 4 и преобразователя 5 интервал времени - код.Код,полученный на выходе преобразователя 10 интервал времени - код за первое время измерения, будет соответствовать Апо формуле (5).Считывание кодов преобразователей5 и 10 интервал времени - код в вычислитель 12 производят по сигналу 15генератора 11 последовательностей импульсов в соответствии с эпюройЧ 11 на Фиг. 4. Длительность этогосигнала Т, выбирают достаточной длянадежного считывания обоих кодов. 20В вычислителе 12 производят запоминание кодов за первое время измерения. Аттенюатор 1 при помощи сигналагенератора 11 последовательностей импульсов переключают в положение,соответствующее некоторому затуханию.Величина затухания может быть выбранав очень широких пределах (от нескольких раз до бесконечности). Проводятдополнительное измерение, в результате которого получают коды, соответствующие величинам Аз и Ас 1 по2формуле (6) .Вычисление сдвига Фаз в вычислителе 12 производят по Формуле (7),35учитывающей первые запомненные результаты А, и А 1 и дополнительнополученные результаты А 2 и Ас 2,Разность задержек по Фронтамл льс = с,о -с, зависит от индивидуальных свойств логического перемножителя и приводит к смещению уровняпостоянной составляющей выходногосигнала перемножителя.Средняя величина смещения уровня постоянной составляющей при единичных амплитудахограниченных сигналов выразится следующим образом:- число парных нуль-переходов смеси измеряемого сигнала и шума за время измерения Тсредняя частота нуль-переходов смеси измеряемогосигнала и шума. 98 4Величина п зависит от частоты сигнала, полосы частот шума и от отношения сигнал/шум Ч.Средняя величина полезного результата на выходе перемножителей синус- ного и косинусного канала выражается где 1 с - безразмерный коэффициент,зависящий от Ч(при( 1, 1 с"0,5);сР - искомый сдвиг Фаз.Тогда на выходах накопителей результатов логического перемножения за время измерения получим Ти 1 (1 сЧ созф ть 5 05)Тии (-1 сЧ,з 1 пу+ пь ес+ 05) ф(3) лгде Ь с - разность задержек по фронтам для перемножителя синусного канала;(л с в разность задержек по фронтам для перемножителя косинусного канала.Слагаемое, равное 0,5, образуется за счет перемножения однополярных логических (от 0 до 1) сигналов.Пример реальных (1,11) и идеальных (111,1 Ч) характеристик перемножителей при Чс1 приведен на фиг,2,Вычисление искомого сдвига Фаз производится по Формуле а-Са ( А -- - --- )А с - Од 5 ТирА - 0,5 Тим(4) Обозначим Фазу паразитного сигнала через ф, а его амплитуду пронумеруем по шуму, приведенному к входу, и обозначимЧоТогда с учетом погрешностей перемножителей (3) реальные результаты накопления в синусном и косинусном каналах выразятся следующим образом: А 1 = Тнзм (1 сЧс созе+В соответствии с предлагаемымспособом необходимо запомнить А и31Ас. После ослабления измеряемогосигнала в ш раз проводят дополнитель.ное измерение и получаютИскомый сдвиг фаз находят по следующей формуле: 1агсСц ( - - --- ), (7)А, АсАЬ - Аы Подстановка формул (6) и (5) дает ничиваются воздействием рассмотренх погрешностей.Благодаря введению операций усилия измеряемого сигнала перед его ограничением, запоминанию результатовнакопления, ослаблению измеряемогосигнала, проведению дополнительногоизмерения и вычисления сдвига фаз позапомненным и дополнительно полученным результатам устраняются два вида погрешностей, свойственных основному способу, Это позволяет получитьповышение точности при измерении 15 сдвига фаэш Я агс мыл "Чс(-ш-) з 1 пРТим 1 с" Ч(- - -) созф (8)20Анапиз проведенных операций показывает, что предлагаемый способ позволяет скомпенсировать погрешность перемножения и погрешность, обусловленную паразиткой связью между квадратурными составляющими опорного сигнала и входом усилителя измеряемого сигнала. Возникающее при этом уменьшение сигнальной составляющей в ш30раэ может быть сделано незначи- Штельным за счет выбора величины ш (практически во многих случаях достаточно, чтобы ш ) 3)Компенсация погрешностей позволяет повысить чувст вительность .и точность, которые ограФормула изобретенияСпособ определения сдвига фаз,заключающийся в том, что измеряемый сигнал ограничивают, перемножают раздельно с каждой из выделенных квадратурной составляющей опорного сигнала и также раздельно по каждой составляющей накапливают, результаты перемножения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, измеряемый сигнал перед ограничением усиливают, запоминают результаты накопления, ослабляют измеряемый сигнал и вновь получают результаты накопления, затем находят арктангенс отношения разности результатов накопления по косинусной составляющей опорного сигнала к разности результатов накопления по синусной составляющей.1285398 рректор М,Демчи Заказ 7639 4/5 наб оизводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проекты Составитель Шуби актор С.Пекарь Техред И.ПоповичТираж 730 ИИПИ Государственного коми по делам изобретений и от 3035, Москва, Ж, Раушск