Способ определения усредненного значения сдвига фаз и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСНИ СПУБЛИК 14992 08 САНИЕ И ЕТЕНИЯ ПЬСТВУ юл. Р 29 адиофизикилек н, А.А ко, В.М.Моргчков7 (088.8)свидетельстС 01, В 25/08 ССР 80. тных сигналов, а исло счетных импу ющее времени изм Пуск" арифметич ает из блоков 18, 11 данные дл ного эначения ра вхо бщее етст ереэ н льчик 11сов соотния, По с е реский Е гналу еписыв иков 7 реднен формул и 13я к 9 п и э но расчета ути фаз посании, 2п приведеннолы Э ил ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВ(71) Институтники АН УССР(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСРЕРНЕННОГО ЗНАЧЕНИЯ СДВИГА ФАЗ И УСТРОЙСТВО РЛЯ ЕГО ОСУЦЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к радноизмерительной технике и позволяет по высить точность измерения сдвига фаз за счет устранения возможных фазовых ошибок на границе перехода фазы от 0 до 360 . Рва входных сигнала (оди из них опорный) поступают на входы формирователей 1 и 2, формирующих дв (опорную и измерительную) импульсные последовательности. Блок 6 формирова ния времени измерения по сигналу "Сброс", согласованному с заданным .интервалом времени, формирует сигналф начала измерительного интер вала (ИИ)который привязан к положительномуфронту первого импульса опорной последовательности. Разрешаксций потенциал сигнала ИИ поступает на входыключей 3, 4 1 О и обеспечивает прохождение счетных импульсов от генератора 5, а также импульсов опорнойизмерительной последовательности насчетчики 11, 7 и 8. В течение ИИ вкаждый момент перехода входных сиглов через ноль оперативные блоки 12и 13 памяти заносят в ячейки памяти,адресные номера которых определяютсякодом счетчиков 7 н 8, значения кодовремени иэ счетчика 11. К концу ИИпо сигналу из блока 6 счетчики 7 и 8подсчитывают общее число переходов(1-)(,) С + (Р (2)Огде Я ц - постоянные коэффициенты,осо о твет ствующие частотеи начальной фазе электрического колебания.Метод наименьших квадратов для определения параметров я и Ц) линейной функции 1) используется при сравнении значений фазы е) = 271 со значениями функции (2) в моменты времени й которые и являются объектомЭизм ени которая преобразуется к видуи, И;) +(Р, ," е, = 2 Ф;Уд,;(6)1 с 1 1, + К(,= гк", 1, (7)сВ результате решения системы уравнений определяются коэффициенты И и Ч,2 2 --, ")/; - 1,- ( р ер я Б 2 2 - и; ) .13) ЖАРе)55 Минимизация суммы определяется из Эя Эя условия --- = О и --- = О, при Э ю Ро этом получается система уравнений:(9) 3 1499266 4Изобретение относится к радиоизме- вого импульса опорной последовательрительной технике и может быть исполь- ности в течение задаваемого интервазовано для измерения усредненного ла времени Тх формируют измерительзначения сдвигов Фаэ с повышенной 5 ный интервал времени, в течение кототочностью и помехоустойчивостью. рого запоминают моменты текущего вреЦель изобретения - повышение точ- мени как число счетных импульсов Е,ности измерения сдвига фаз за счет и С, , соответствующих моментам переустранения возможных фазовых ошибок ходов входных напряжений через нульов области мертвых эон вблизи О и 36010 в положительном направлении, а такжеСпособ измерения сдвига фаз состо- запоминают номера переходов х.1 и 1ит в том, что из двух входных сигна- и отдельно подсчитывают в течениелов, один иэ которых является опор- времени изменения Тк,общее числоным, по переходам через нуль Формиру-и Е переходов через нуль для обоют сдвинутые во времени импульсные 5 их входных сигналов.последовательности, а также Формиру- Среднее значение разности фаэ выют временную последовательность счет- числяют с использованием полученногоных импульсов, эквивалентную текуще- массива данных по методу наименьшихму времени.: По переднему фронту пер- квадратов по формулег к, к- (. ) (4-,.)К 1" "г "я2 п(1 с, 1 к. - ,г. й, . 3)сс1 с (с; ) - (е;)хс ХсРассматривая текущее значение фа- -1,. 2 И - (и +)1зы синусоидального сигнала как опор- с 1ного так и измерительного, как линей- (4)ную функцию от текущего времени С;,имеем очевидное соотношение 405 4992Полученные коэффициенты у и о яво ляются средними значениями частоты и начальной Фазы электрического колебания входного сигнала в каждом канале,5 и относятся к середине интервала времени,измерения Т ч.В соответствии с выражением (2) для первого и второго входного сигнала получим 1035 Если подставить в (12) значения Цо, Ц, Я и Я 2, определяемые по фор мулам (8) и (9), то получится выражение (1), которое определяет усредненные за время Ти значения разности фаз двух входных сигналов, которые25 относятся к середине йнтервала измерения.На фиг.1 приведена структурная схема устройства,реализующего способ; на фиг.2 - временные диаграммы напряжений входных и преобразованных сигналов; на Фиг.3 - структурная схема блока формирования времени измерения (БФВИ).1Устройство содержит формирователи 1 и 2, ключи 3 и 4, генератор 5 счетных импульсов (ГСИ), блок 6 формирования времени измерейия (БФВИ), первый и второй адресные счетчики 7 и 8, арифметический блок 9, а также введенные третий ключ 1 О, третийсчетчик 11 импульсов, первый и второй блоки 12 и 13 оперативной памяти. При этом первый и второй выходы блока 6 формирования времени измере 45 ния соединены соответственно с объединенными первыми и вторыми входами клсчей 3, 4, 10, выходы Формирователей 1 и 2 соединены соответственно с третьими входами ключей 3 и 4, выходы50 которых соединены соответственно с входами записи блоков 12 и 13 опера-.тивной памяти и со счетными входами адресных счетчиков 7 и 8, выходы которых соединены с первым и вторым информационными входами арифметического55 блока 9, а также соответственно с ад - ресными входами блоков 12 и 13 оперативной памяти, информационные входы 666которых соединены с выходами третьего счетчика 11 и с третьим информационным входом арифметического блока9, четвертьпг и пятый интерФейсныешины которого соединены с интерфейсными шинами соответствующего блокаоперативной памяти.Выход первого формирователяподключен к первому входу блока 6 формирования временных итервалов, второйвход которого соединен с выходом ГСИ5 и третьим входом третьего ключа 10,выход которого соединен со счетнымгвходбм третьего счетчика 11. Первьпгвыход блока 6 соединен с входом"Сброс" которого соединен с соответствующими входами адресных счетчиков7 и 8, третьего счетчика 11 и третьимвходом блока 6,Схема блока 6 формирования времени измерения (фиг. 3) .построена поизвестному принципу и содержит тритриггера 14-16, элементы И 17 и 18,ключ 19 и делитель 20 частоты, причем соединенные между собой первыевходы элементов И 17 и 18 и ключа 19являются вторым входом блока 6, первый вход которого соединен с вторымивходами элементов И 17 и 18; выходэлемента И 17 соединен с 8-входомтриггера 14, инверсный выход которогосоединен с третьим входом элемента И17, а прямой выход - с всрым входомключа 19 и является вторым входомблока 6, первый выход которого(" Пуск" ) соединен с инверсным выходом триггера 16, вход Я которого соединен с выходом элемента И 18, третийвход которого соединен с прямым выходом триггера 15, инверсный выход которого соединен с третьим входом ключа 10, выход которого через делитель20 частоты соединен с Б-входом триггера 15. Все К-входы триггеров 1416, соединенные между собой являютсявходом "Сброс" блока 6.Устройство работает следующим образом.На входы первого и второго формирователей поступают соответственноопорное и измерительное напряжение(Фиг.2 а, б). По переходам через нульформируются сдвинутые но времени двеимпульсные последовательности(Фиг.2 в, г), из которых соответственно первая является опорной, а вторая - измерительной. Г 1 икФормиро 1499266вания времени измерения по сигналу "Сброс", поступающему из арифметического блока, и соответствующего переднему фронту первого после выдачи сигнала "Сброс" импульса опорной последовательности и переднему фронту счетного импульса формирует передний фронт прямоугольного импульса на втором выходе блока 6, по длительности равного времени измерения Тд (фиг.24который поступает на входы всех трех ключей. Открытый третий ключ разреша-ет прохождение счетных импульсов на вход третьего счетчика, который начи нает подсчет счетных импульсов. Результаты подсчета при этом поступают непрерывно на входы блоков 12 и 13 памяти. Открытые сигналом Тиц первый и второй ключи пропускают опорную 20 и измерительную импульсные последовательности на входы адресных счетчиков и на вход блоков памяти, как импульсы записи. При этом первый и второй адресные счетчики определяют номера 25 переходов через нуль входных напряжений в положительном направлении в течение всего измерительного интервала Тщ. Одновременно этими фронтами производится запись текущих значений времени й, и й, в блоки 12 и 13 (фиг. 2 е, ж). Эти значения определяются состоянием счетчика 11 в момент записи. Адреса ячеек памяти при этом в блоках 12 и 13 определяются состоянием счетчиков 7 и 8. По истечении времени измерения по сигналу "Пуск", формируемому в блоке 6 на первом выходе, ключи 3, 4 и 10 закрываются и счет импульсов в счетчиках 40 7, 8 и 11 прекращается, после чего в ариФметическом блоке 9 записывается вся необходимая информация. Это поступающие из блоков 12 и 13 памяти числаисчетных импульсов 45 подсчитанных счетчиком 11 в моменты перехода входных напряжений через нуль в положительном направлении, и соответствующие им номераи этих переходов. Из адресных счетчиков 7 и 8 поступает общее число 1 с и К переходов входных сигналов, из счетчика 11 - общее число Т счетных импульсов, соответствующее времени измерения.55Используя эти данные арифметичесФкий блок вычисляют по формуле (1) усредненное значение разности фаз, а по формуле (8), если это необходимо,усредненные значения частот входных сигналов.После проведенного расчета арифметический блок выдает сигнал "Сброс", который положительным фронтом обнуляет счетчики и устанавливает блок формирования времени измерения в исходное состояние, после чего цикл измерения повторяется.Таким образом, данный способ измерения среднего значения сдвига фаз позволяет повысить точность за счет отсутствия ошибок на границе перехода измеряемой фазы от 360 к нулю, Кроме того, способ позволяет также без усложнения схем реализации измерять усредненные значения частот входных сигналовИспользуя предлагаемый способ, могут быть построены в различных радиотехнических системах многоканальные измерители среднего значения сдвига фаз без значительного усложнения их структуры и схемной реализации.Формула и з о б р е т е н и я1. Способ определения усредненного значения сдвига фаз, основанный на том, что формируют из опорного и измерительного входных сигналов по переходам через нуль в положительном направлении импульсные последовательности, формируют времязадающую последовательность счетных импульсов, в течение заданного промежутка времени формируют интервал измерения, начало которого совладает с первым счетным импульсом, следующим после первого импульса опорной импульсной последовательности, а конец - с К-импульсом указанной последовательности, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения точности измерения сдвига фаз за счет устранения возмож-, ных ошибок .на границах перехода фазы от нуля к 360 , непрерывно в течение всего интервала измерения измеряют и запоминают значения интервалов времени 1 и ц между началом интервала измерения и каждым 1, -м импульсом опорной и каждым-м импульсом изме 2рительной последовательности, а также измеряют значение Твсего интервала измерения и содержащееся в нем общее число Ки К импульсов соответственно опорной и измерительной по-эм2 Е27 (1 си.сХ --- -1,;.1 с,) (С; ) следовательностей и по полученнымданным по методу наименьших квадра 2, Устройство для определения усредненного значения сдвига фаз, содержащее генератор счетных импульсов, 30 два входных формирователя, входы которых являются входами устройства, два ключа, два счетчика, блок формирования времени измерения, арифметический блок, причем выход первого входного формирователя соединен с первым входом блока формирования времени измерения, второй вход которого соединен с выходом генератора счетньрс импульсов, а первый и второй выходы - 40 соответственно с объединенными первыми и объединенными вторыми входами первого и второго ключей, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены третий ключ, третий счетчик, два блока оперативной памяти, при этом счетные входы первого и второго счетчиков, соединены соответственно с выходами первого и второго ключей, третьи входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго тов определяют усредненное значениеЩс разности фаз по формуле входных формирователей, а выходы ключей - соответственно с входами записи первого и второго блоков оперативной памяти, адресные входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго счетчиков, а также соответственно с первым и вторым информационными входами ари 1):. тического блока, третий информационнын вход которого соединен с выходом третьего счетчика и с информационными входами блоков оперативной памяти, интерфейсные шины которых соединены с четвертым и пятым интерфейсньми шинамиарифметического блока, выход Сброс которого соединен с входами сброса первого, второго и третьего счетчиков и с третьим входом блока формирования времени измерения, первый выход которого соединен с первым входом третьего ключа и входом Пуск" арифметического блока, а второй выход - с вторым входом третьего ключа, выход которого соединен со счетным входом третьего счетчика.499266 Мйю Составитель И.МакаревичС.Патрушева Техред М.Ходанич Корректор Н. Борисова Ред зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Уагород, ул. Гагарина, 1 О каз 4687/44 Тираа 713 НИИПИ Государственного комитета по изоб 113035, Москва, Ж, РайгИ ЯФ Подписноеениям и открытиям при ГКНТ СССРкая наб д. 4/5