Устройство для измерения фазового сдвига сигналов

Союз Советск ниСфцнапистичесиикРеснублни АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ В 1) Дополнительное к авт. саид-ву22)Заявлено 11.01.80(2) 2867842/18-21 6 0 0 оединением заявк кенит Авр 3) Приоритет вв аалаи иэабретенк и етарцткень М 3 убликовано 23.09,8 1. Бюл ата опубликования описани 53 К 621.3177 (088.8) 5. 09. 8 атаев;-, - : 1Елисеев, Э. Гомзин А, А. Л. Драгунов(72) Автор нзобрет иборос роевания РСФСР нинградский институт авиационного нистерства высшего и среднего обр) Заявитель . 4) УСТРОЙСТВО ЗМЕРЕНИЯ тройстла межд о т гается темения фазо В. К. Алексеева, В. Л, С. Турнецкий Изобретение относится к ус вам для измерения фазового уг У напряжениями или токами.Известны устройства для измерения фазового сдвига сигналов осциллографическим способом. Измерение фазового сдвига в этих устройствах осуществляется по положению изображений светящихся меток на экране электроннолучевой трубки Г 3Однако эти устройства обладают низкой точностью измеренияввиду . влияния на результаты измерения параметров трубки и субъективности исследователя,Известен также векторомерный балансный фазовый детектор, содер 3 каций блоки сложения и вычитания, два детектора и второй блок вычитания, первый и второй входы которого соответственно соединены с выходамн первого н второго детекторов, входы которых соединены с выходамн блока сложения и вычитания соответственно, первый ВОГО СДВИГА СИГНАЛО вход блока сложения соединен с первой входной клеммой устройства и со втрцм входом блока вычитания, первый вход которого соединен со второй входной клеммой устройства и со вторым входом блока. сложения 21.Основным недостатком векторомер" ного фазового детектора является узкая область функциональных возможностей, обусловленная. тем, что он однозначно измеряет фазовый сдвиг сигналов только в узком .диапазоне от 0 до 80 о.Цель изобретения - расширение функциональных воэможностей пу ем расширения диапазона однозначного измерения фазового сдвига сигналов.Поставленная цель дости что в устройство для иэмер вого сдвига сигналов, содержащее блок сложения, блок вычитания, два ампли", тудных детектора, входы которых соединены соответственно с выходами блока сложения и блока вычитания, 8665001 О Устройство для измерения фазового сдвига сигналов работает следующим образом.На первую и вторую входные клеммы устройства подаются соответственно сигналы О(й) и О(й), имеющие одинаковые амплитуды, Фазовый сдвиг ау между которыми надо измерить, На выходе блокасложения образуется сигнал Оа равный векторной сумме входных сигналов (фиг. 2), который подается одновременно на вход первого амплитудного детектора 3 и на первый вход фазового детектора 7,На выходе блока 2 вьиитания образу. первый вход блока сложения соединен с первой входной клеммой устройства и со вторым входом блока вычитания,первый вход которого соединен со второй входной клеммой устройства и со вторым входом блока вычитания, первый вход которого соединен со второй входной клеммой устройства,и со вторым входом блока сложения, введены два регулируемых усилителя, сглаживающий фильтр, Фазовый детектор и блок формирования оценки, причем выходы амплитудных детекторов соединены с первыми входами первого и второго регулируемых усилителей соответстненно,вторые входы которых соединены между собой и с выходом сглаживающего его Фильтра, вход которого соединен с выходом первого регулируемого усилителя, выход второго регулируемого усилителя соединен с первым входом блока формирования оценки, второй вход которого соединен с выходом фазового детектора, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами блоков сложения н вычитания, выход блока формирования оценки соединен с выходной клеммой устройства.На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства для измерения Фазового сдвига сигналов; на Фиг. 2 - векторные диаграммы, поясняющие процессы, происходящие в устройстве; на Фиг, 3 - характеристика устройстваУстройство содержит блок 1 сложения, блок 2 вычитания, первый амплитудный детектор З,второй амплитудный детектор 4,первый регулируемый усилитель 5,второй регулируемый усилитель б,фазовый детектор 7, сглаживающий Фильтр 8, блок 9 Формирования оценки. 35 20 25 30 35 40 45 50 55 ется сигнал Од, равный векторной разности входных сигналов (фиг. 2), который подается одновременно на вход второго амплитудного детектора 4 и на второй вход Фазового детектора 7,Рассмотрим взаимоотношения между суммарными О и разностными Од сигналами (фиг. 21 при различных фазовых сдвигах АЧ входных сигналов. Сначала рассмотрим фазовые соотношения между ними, Общим для всех случаев является то, что сигналы О и Од ортогональны и фазовый сдвиг между нимиЧ . 1=. 902 д й так как они являются диагоналями ромба, образованного входными сигналамиО (1) н О(й) . Если 0 (д с 180 тово всех этих случаях М = + 903оЯЬ Если 180414 360, то в этих случаях Я. Это свойство позволяет определить. является величина аЧ меньше 180 илиообольше 180 . Для этого суммарный сигнал О подается на первый вход Фазового детектора 7, на второй вход которого подается разностный сигнал О. Фазовый детектор вырабатывает напряжение положительной полярности, если фазовый сдвигМд между суммарными О и разностными Од напряжениями равен +90 (фиг. 2 а, б, в) и вырабатывает напряжение отрицательной полярности,если Чд -90 (Фиг, 2 д, ж, е) . Теперь рассмотрим амплитудные соотношения между Оа и О (фиг. 2). из построения векторных диаграмм видно (фиг. 2 а, б, в), что с увеличением И от О до 180 происходит монотонное увеличение амплитуды разностного сигнала 104 и монотонное уменьшение амплитуды суммарного сигнала 1 О 211, причем при Ч90 1 Од 1 = 101. Дальнейшее увеличение ЬМ приводит к тому, что амплитуда разностного сигнала 1 Од монотонно уменьшается, а амплитуда суммарного сигнала 1 О монотонно увеличивается, Причем, как видно из построения диаграмм, соотношения амплитуд О и 1 О 1 сохраняются при зеркальном повороте векторов относительно опорного вектора 0(С) из нижней полуплоскости в верхнюю и наобоорот. Это говорит о том, что 1 О и1 Оа одинаковы для одинаковых дУ отсчитываемых по часовой стрелке и против часовой стрелки. С увеличениемЬ М происходит увеличение отношения - в пределах от Оф до 180Оао о ОНапряжение, пропорциональное огибающей суммарного сигнала 1 Ос выхо5 1 О 1.5 Формула изобретения 415 50 55 5 86 да первого амплитудного детектора 3 поступает на первый вход первого регулируемого усилителя и далее через сглаживающий фильтр 8 на вторые входы первого и второго регулируемых усилителей 5 и 6, При этом напряжение на выходе первого регулируемого усилителя 5 по сигналам обратной связи с выхода сглаживающего фильтра 8, поддерживается постоянным, а напряжение, пропорциональное огибающей разностного сигнала 1 Од 1, поступающее на первый вход второго регулируемого усилителя 6 с выхода второго амплитудного детектора 4, во втором регулируемом усилителе 6 изменяется по величине под действием управляющего напряжения с выхода сглаживающего фильтра 8, поступающего на его второй вход, обратно пропорционально величине огибающей суммарного сигнала 01. В результате этого выходное напряжение второго регулируемого усилителя 6 пропорционально отношению огибающей раэностного сигнала и огибающей суммарного сигнала )01,10 ат,е. 10 , а следовательно, характе 2ризует величину абсолютного значения сдвига фаз 1 Ь М входных сигналов 01(й) и 0(й) в Пределах от 0 доо180 . Это напряжение поступает далее на первый вход блока 9 формирования оценки, на второй вход которого поступает напряжение положительной или отрицательной полярности с выхода фазового детектора 7. В блок 9 формирования оценки, формируется сигнал, величина которого пропорциональна величине сигнала с выхода второго регу" лируемого усилителя 6, а полярность соответствует полярности сигнала с выхода фазового детектора 7. При этом, если фазовый сдвиг входных сигналов 0(й) и 0(й) находится в пределах от 0 до 180 , то вырабатывается сигнал положительной полярности и величиной однозначно определяющей величину ЬЧ в этом диапазоне (фиг, 2 г), а если фазовый сдвиг находится в пределах от 0 до -180 , то вырабатываетсяосигнал отрицательной полярности и величиной однозначно определяющей величину Ь 9 в этом диапазоне (фиг. 2 э) . Таким образом, выходное напряжение блока 9 формирования оценки, однозначно соответствует фаэовому сдвИгу входных сигналов устройства 0 1(й) и 0(С) в диапазоне углов от О до 6500 6 360 . Выходное напряжение блока 9 формирования оценки поступает йа выход устройства для измерения фазового сдвига сигналов.Устройство для измерения фазового сдвига сигналов позволяет осуществлять однозначное измерение фазового сдвига в широком диапазоне с высокой точностью, Устройство обладает существенными преимуществами по сравнению с известными по широте функциональных возможностей, вследствие широкого диапазона однозначного измерения фазового сдвига сигналов, что достигаетсЯ простыми техническими средствами. Устройство для измерения фазовогосдвига сигналов, содержащее блок сложения, блок вычитания, два амплитудных детектора, входы которых соединены соотв тственно с выходами блокасложения и блока вычитания, первыйвход блока сложения соединен с первойвходной клеммой устройства и со вторым входом блока вычитания, первыйвход которого соединен со входнойклеммой устройства и со вторым входом ЭОблока вычитания, первый вход которогосоединен со второй входной клеммойустройства и со вторым входом блокасложения, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью расширения функ циональных возможностей в него введены два регулируемых усилителя,сглаживающий фильтр, фазовый детектор иблок формирования оценки, причем выходы амплитудных детекторов соединеныс первыми входами первого и второгорегулируемых усилителей соответственно,вторые входы которых соединены между собой и с выходом сглаживающего фильтра, вход которого соединен с выходом первого регу"лируемого усилителя, выход второгорегулируемого усилителя соединен спервым входом блока .формирования оценки, второй вход которого соединен свыходом фазового детектора, первый ивторой входы которого соединены соответственно с выходами блоков сложения и вычитания, выход блока формирования оценки соединен с выходнойклеммой устройства. Источники информации,принятые во внимание при экспертизеСоставитель Н. АгееваРедактор Г. Волкова Техреду А.Савка Корректор А ФеренцЗаказ 8072/68 Тираж 735 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий1)3035 Москвад ЖРачшская наб. д, 4/5Филиал ППП "Патент, г. У)кгород, ул. Проектная, 4