Способ измерения сдвига фаз

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА ФАЗ, заключакицийся в том, что амплитуды этих сигналов сравнивают ,с величиной порога ограничения и формируют прямоугольные импульсы с длительностями , равными временным интервалам между моментами пересечения полуволнами синусоидальных сигналов соответствующих порогов ограничения , о т л и ч а ю, щ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения при изменении амплитуды одного из сигналов в широком диапазоне , его расчленяют на две составляющие и первую из них вьщеляют в виде разнополярной импульсной последовательности , имеющей нулевое среднее значение, состоящей из прямоугольных импульсов, которые формируются при превышении порога переменным пСг амплитуде сигналом, а вторую составляющую получают отделением первой от переменного по амплитуде ограниченного входного сигнала, из опорного сигнала формируют разнополярный импульсный сигнал и измеряют козффициенты корреляции между ним и двумя разделенными составляющими первого сигнала за время длительности каждой составляющей, при этом результат получают в виде суммы, зависящей от каждого из коэффициентов корреляции, 8 -d R )о(гссо5 (cos оС+ J- Rj&-oisin2 il (i 1 где ot TV Т I о с коэффициенты корреляции R и R2 между сигналами; период следования сигсо эо а нала; длительность и«шульса первой составляющей сигнала .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

ОЗ,И ЛИС

РЕСПУБЛИН

091 (1!) 4 (51) С 01 R

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ " ÙÔ !! е

К АВ 70РСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ймЩ г „ щ де <- =< 1-

1 2 — коэффициенты корреляции между сигналами; — период следования сигнала; — длительность импульса первой составляющей сигнала.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЫТИЙ (21 ) 3593490/24-21 (22) 18.05.83 (46) 07.02.85.Бюп.g 5 (72) В.Б.Петров (7!) Омский институт инженеров железнодорожного транспорта (53) 621.317.77 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 949536, кл. С Ol R 25/00, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР

В 951175, кл. С 01 R 25/00, 1981. (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА

ФАЗ, заключающийся в том, что амплитуды этих сигналов сравнивают,с величиной порога ограничения н формируют прямоугольные импульсы с длительностями, равными временным интервалам между моментами пересечения полуволнами синусоидальных сигналов соответствующих порогов огра" ничения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения при изменении амплитуды одного иэ сигналов в широком диапазоне, его расчленяют на две составляющие и первую из них выделяют в виде разнополярной импульсной последовательности, имеющей нулевое средI нее значение, состоящей из прямоугольных импульсов, которые формируются при превышении порога переменным по амплитуде сигналом, а вторую состав ляющую получают отделением первой от переменного по амплитуде ограниченного входного сигнала, из опорного сигнала формируют разнополярHblH импульсный сигнал и измеряют коэффициенты корреляции между ним и двумя разделенными составляющими первого сигнала за время длительности каждой составляющей, при этом результат получают в виде суммы, зависящей от каждого из коэффициентов корреляции, l9

lhI — -cL)(1-R„) èãññîâ ñî . — к 12ы -sLsl ы), (/)

1138760

5 !

О

25 / 1 ю

55

Изобретение относится к измерительной технике, в частности для измерения разности фаз между опорным сигналом и фазомодулированным, амплитуда которого изменяется в.широ ком диапазоне.

Известен способ измерения фазы сигнала, основанный на измерении амплитуд сигналов и корректировке порога ограничения при формировании интервала времени, пропорционально. го сдвигу фаз, в зависимости от амплитуд сигналов $1 ).

Это решение повышает точность измерения фазы только в линейном диапазоне изменения амплитуд, поэтому при наличии ограниченных по амплитуде сигналов пропорциональность изменений между амплитудой этого сигнала и величиной порога нарушается, что приводит к увеличению погрешности измерения.

Наиболее близким к изобретению является способ измерения фазового сдвига, заключающийся в том, что амплитуды синусоидальных сигналов сравнивают с величиной порога ограничения и формируют прямоугольные импульсы с длительностями, равными временным интервалам между моментами пересечения полуволнами сигналов соответствующих порогов ограничения. По сдвигу этих импульсов во времени и их длительностям судят о величине разности фаз между синусоидальными сигналами Г21.

Однако, если амплитуда сигнала становится меньше порога ограничения, этот способ теряет работоспособность. Следовательно, он имеет предел минимально допустимой величины амплитуды входного сигнала, равный уровню порога, т.е. величины, при которой погрешность измерения сдвига фаз резко возрастает.

Цель изобретения — повьппение точности измерения сдвига фаз между двумя синусоидальными сигналами при изменении амплитуды одного .из них в широком диапазоне.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения сдвига фаэ, заключающемуся в том, что амплитуды этих сигналов сравнивают с величиной порога ограничения и формируют прямоугольные импульсы с длительностями, равными временным интервалам между моментами пересечения полуволнами синусоидальных сигналов соответствующих порогов огр анич ения, введены on ер ации р ас чл енения сигнала на две составляющие и первую из них выделяют в виде разнополярной импульсной последовательности„ имеющей нулевое среднее зна-! чение, состоящей из прямоугольных импульсов, которые формируются при превьппении порога переменным по амплитуде сигналом, а вторую составляющую получают отделением первой от переменного по амплитуде ограниченного входного сигнала, из опор1ного сигнала формируют разнополярный импульсный сигнал и измеряют коэффициенты корреляции между ним и двумя разделенными составляющими первого сигнала за время длительности каждой составляющей, при этом результат получают в виде суммы, зависящей от каждого из коэффициентов корреляции, ! = — -d)I1-R )+!!irccos cosM+- R 2oL -csin 2!! )(п 1((1 2

Т вЂ” период измеряемого сигнала;

Т вЂ” длительность импульса первой составляющей сигнала;

К и К вЂ” измеренные коэффициенты кор1 реляции между составляющими сигнала.

На фиг. 1 представлены временные диаграммы, поясняющие сущность предложенного способа; на фиг. 2 блок-схема устройства, реализующего данный способ.

На фиг. 1 приняты следующие обозначения: U „ — сигнал, амплитуда которого изменяется в широком диапазоне, U — величина порога ограничения, U „ — опорный сигнал, пред" ставляюп!ий разнополярную последовательность прямоугольных импульсов, сформированная из сигнала, амплитуда которого имеет большую величину инезначительный диапазон изменения; С— первая составляющая сигнала, амплитуда которого изменяется в широком диапазоне, С - вторая составляю" щая, полученная вычитанием первой составляющей из ограниченного по амплитуде входного сигнала, Т вЂ” период входного и опорного сигналов, Ф интервал времени, в течение которого вычисляют коэффициент корреляции

1138760 между первой составляющей и опорным сигналом, t — интервал времени, в течение которого вычисляют коэффициент корреляции между второй составляющей и опорным сигналом. 5

Способ реализуется следующим образом.

Входной сигнал Ue„, амплитуда которого изменяется в широком диапазоне, сравнивают с порогом, форми- 1О руют из него последовательность разнополярных прямоугольных импульсов С„ и выделяют из него вторую составляющую С . Из другого сигнала, имеющего большую амплитуду и 15 незначительный диапазон ее изменения, формируют опорную последовательность разнополярных прямоугольных импульсов. За интервалы времени Т находят коэффициент корреля- 20 ции R первой составляющей С., и опорйого сигнала Up„ .За интервалы времени ht находят коэффициент корреляции R второй составлякщей

С и опорного сигнала. Каждый из 25 полученных коэффициентов корреляции подвергают соответствующему функциональному преобразованию а г,=(-ы)(1- „) где ol,= — " (\T — период сигналов; 7 — длительность раэнополярных прямоугольных импульсов первой составляющей; 35

Ф =arcces cosa +- R

1 г

За результат измерения сдвига фаэ принимают сумму полученных величин. 40

Таким образом, величина сдвига фаз является функцией только двух переменных

V= F(R,tJ

45 и не зависит от величины порога ограничения или амплитуды выходного сигнала. Следовательно, этот способ позволяет с одинаковой точностью измерять фазу как ограниченного по 50 амплитуде, так и синусоидапьного входного сигнала.

Устройство, реализующее предлагаемый способ (фиг. 2), содержит 55 усилители-ограничители 1 и 2, форми- рователи 3 и 4 раэнополярных прямо;угольных импульсов, длительность кото- рых равна временным интервалам между моментами пересечения синусоидальными сигналами соответствующих порогов ограничения, вычитающий блок 5, формирователи 6 и 7 управляющих импульсов, определяющие временные интервалы, в течение которых корреляторы

8 и 9 накапливают коэффициенты корреляции первой и второй составляющих соответственно, функциональные преобразователи 10 и Il, сумматор 12 и индикатор 13. Причем вход первого усилителя-ограничителя 1 подключен к источнику сигнала, амплитуда которого изменяется в широком диапазоне, выход его подключен к положительному входу вычитающего блока 5 и к входу формирователя .3, выход последнего подключен к отрицательному вхо> ду вычитающего блока 5, к входам формирователей 6 и 7 управляющих импульсов и к первому входу коррелятора 8. Выход вычитающего блока соединен с первым входом коррелятора 9. К вторым входам корреляторов

8 и 9 через последовательно соединенные усилитель-ограничитель 2 и формирователь 4 разнополярных прямоугольных импульсов подключен источник сигнала, относительно которого измеряется фазовый сдвиг. Выходы формирователей 6 и 7 управляющих импульсов подключены к управлякнцим входам корреляторов 9 и 8 соответственно. Выходы корреляторов 9 и 8 через соответствующие функциональные преобразователи 10 и 11 подключены к входам .сумматора 12, выход которого соединен с входом ин, дикатора 13.

Устройство работает следукщим об,разом.

Сигналы усиливаются и ограничиваются по амплитуде на уровне порогов ограничения Ю. блоками 1 и 2. Иэ полученных сигналов формируют разнополярные последовательности прямо угольных импульсов формирователями

3 и 4. При этом импульсная последовательность, сформированная из сигнала, незначительно изменяющегося по амплитуде, принимается эа опор.ный сигнал и подается на вторые входы корреляторов 8 и 9. Импульсная последовательность на выходе формирователя 3 принимается эа первую составляющую и вычитается из

1138760 ограниченного входного сигнала с помощью вычитающего блока 5, на выходе которого получается вторая составляющая. Каждая составляющая поступает на первые входы соответствующих корреляторов 8 и 9, а на управляющие входы этих корреляторов поступают импульсы, задающие интервалы времени, эа которые происходит накопление коэффициентов корреляции с выходов формирователей 7 и 6 управляющих импульсов. Полученные коэффициенты корреляции преобразу ются функциональными преобразователями 10 и 11, складываются. с помощью сумматора 12 и поступают на индикатор 13. Таким образом, устройство представляет величину фазо вого сдвига

g (-d)(1-Р )+4recos(casaL - It ы -clstn2d) с повышенной точностью в широком диапазоне изменения амплитуды входного сигнала, который может иметь как синусоидальную форму, так и форму ограниченного по амплитуде синусоидального сигнала.

Вновь введенные операции выгодно отличают предлагаемый способ измерения от известных, так как значительно повышается точность измере5 ния в широком диапазоне изменения амплитуды входного сигнала, которая может изменяться от величин, мень.— ших порога ограничения, до величин, во много раз больших порога ограничения. Это расширяет сферу возмож" ного применения устройства, реализующего данный способ, что обеспечит его экономическую эффективность.

Реализация этого способа позволя" ет полностью автоматизировать процесс фазовых измерений: при изменении амплитуды входного сигнала в широком диапазоне, так как отпадает необходимость балансировки амплитуд входных сигналов для получения высо". кой точности измерения сдвига фаз.

Это обеспечивается тем, что предложенный способ адаптируется к величине и форме сигнала. Таким образом, предлагаемый способ создает экономический эффект в виде экономии рабочего времени обслуживающего персонала в процессе измерений.

1138760 и»

iu»

-Ь и„ с о

-o>

+Оп

c< o

1138760 г.Я

Составитель В Д1убин

Редактор С.Патрушева Техред О.Неце

Корректор Г.Огар

Подписное

Филиа ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

Заказ 10683/36 Тираж 748

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5