Устройство для измерения малых динамических изменений фазы

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ ФАЗЫ, содержащее источники опорного и ис следуемого сигналов, сумматор и бл стабилизации амплитуды сигнала, первый вход которого подключен к и точнику исследуемого сигнала, а выход сумматора является выходом устройства , отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерения, в него введены фазовращатель , аналоговый преобразователь фазы , интегратор, блок сравнения, один вход которого соединен с нулевой шиной , а другой - с выходом аналогового преобразователя фазы, первый вход которого соединен с первым входом сумматора и с источником опорного сигнала, а второй - с вторым входом сумматора и с выходом фазовращателя, один вход которого соединен через интегратор с выходом блока сравнения , а другой вход фазовращателя соединен с выходом блока стабилизахщи амплитуды сигнала, второй вход кото-: рого соединен с выходом фазовращателя , а третий вход - с первым входом сумматора.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (i9) 00.1 511 G 01 R 25/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАЮ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛЙРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСИОЬЮ СВИД ТЕЛЬСТБУ (21) 3639347/24-21 (22) 25.08 ° 83 (46} 15.04.85. Бюл. В 14 (72) Влад.Г.Шкилев, Т.Н.Шкилева, Вик.Г.Шкилев и А.И.Шинкаренко (71) Иирнинское управление научнопроизводственного объединения "Сибцветметавтоматика" (53) 621. 317. 77 (088. 8) (56) 1. Патент США Р 4157500, кл. G 01 R 2ЯОО, 1S79.

2. Авторское свидетельство СССР

В 815660, кл. 6 01 R 25!00,. 1.976 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

МАЛЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ ФА;-1Ы, содержащее источники опорного и исследуемого сигналов, сумматор и блок стабилизации амплитуды сигнала, первый вход которого подключен к источнику исследуемого сигнала, а выход, сумматора является выходом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены фазовращатель, аналоговый преобразователь фазы, интегратор, блок сравнения, один вход которого соединен с нулевой шиной, а другой — c выходом аналогового преобразователя фазы, первый вход которого соединен с первым входом сумматора и с источником опорного сигнала, а второй — с вторым входом сумматора и с выходом фазовращателя, один вход которого соединен через интегратор с выходом блока сравнения, а другой вход фазовращателя со" единен с выходом блока стабилизации амплитуды сигнала, второй вход кото» рого соединен с выходом фазовращателя, а третий вход — с первым входом сумматора.

1 150575

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении очень малых динамических изменений разностей фаэ синусоидальных сигналов, например в различных электромагнитных датчиках.

Известно устройство для измерения разности фаз двух входных сигналов, содержащее фазовый детектор. для получения импульсного прямоугольного 10 сигнала, длительность которого пропорциональна разности фаэ входных сигналов, устройство интегрирования прямоугольного сигнала, дифференцирующее устройство, реверсивный 15 счетчик и .

Недостатками данного устройства являются низкая чувствительность и быстродействие, обусловленное инерционностью устройства интегрирования. у0

Наиболее близкими к изобретению являются способ измерения малых разностей фаз синусоидальных сигналов, основанный на стабилизации исследуемого сигнала по амплитуде на уровне, 25 равном амплитуде опорного сигнала, сравнении исследуемого сигнала с опорным и вычитании одного из другого, и устройство, реализующее способ, содержащее источники опорного и исследуемого сигналов, сумматор и блок стабилизации амплитуды исследуемого сигнала, вход которого подключен к источнику исследуемого сигнала (2) .

В и.звестном способе и устройстве

35 за счет стабилизации исследуемого сигнала по амплитуде на уровне, равном амплитуде опорного сигнала, повышается быстродействие измерения ма40 лых разностей фаз синусоидальных сигналов.

Недостатком известного способа и устройства является низкая точность и чувствительность измерения очень малых динамических изменений разностей фаз, так как если разность фаз между опорным и исследуемым сигналами составляет значительную величину по сравнению с динамическими измене- 50 ниями разностей фаз, то эти динамические изменения трудна наблюдать на экране осцилдографа и технически сложно их выделить. При очень большой разности фаз между опорным и исследу-gg емым сигналом по сравнению с динамическими изменениями разностей фаэ выделить очень маленькие изменения на большом фоне сигнала практически невозможно.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения— малых динамических изменений фазы, содержащее источники опорного и исследуемого сигналов, сумматор и блок стабилизации амплитуды сигнала, первый вход которого подключен к источнику исследуемого сигнала, а выход сумматора является выходом устройства, введены фаэовращатель, аналоговый преобразователь фазы, интегратор, блок сравнения, один вход которого соединен с нулевой шиной, а другой с выходом аналогового преобразовате-. ля фазы, первый вход которого соединен с первым входом сумматора и с источником опорного сигнала, а второй— с вторым входом сумматора и с выходом фазовращателя, один вход которого соединен через интегратор с выходом блока сравнения, а другой вход фазовращателя соединен с выходом блока стабилизации амплитуды сигнала,второй вход которого соединен с выходом фазовращателя, а третий вход — с первым входом сумматора.

На чертеже изображена блок-схема устройства, реализующего способ измерения малых динамических изменений разностей фаз.

Устройство содержит источник опорного напряжения U, подключенный к входу блока 1 стабилизации амплитуды, состоящего из усилителя 2,блока

3 сравнения, аналоговых преобразова" телей 4 и 5 амплитуды. Выход блока 1 стабилизации, в данном случае усилителя 2, соединен с входом фазовращателя 6, выход которого соединен с вторым входом сумматора 7, аналогового преобразователя фазы 8 и с входом аналогового преобразователя 4.

Выход аналогового преобразователя фазы 8 соединен с первым входом блока сравнения 9, второй вход которого соединен с шиной нулевого потенциала. Выход блока сравнения 9 соединен через интегратор 10 с управляющим входом фазовращателя 6.

Источник опорного сигнала По соединен с первыми входами сумматора 7, аналогового преобразователя 8 и входом аналогового преобразователя 5.

1150575

Составитель В.Шубин

Редактор В.Ковтун Техред З.Палий Корректор С.йекмар

Заказ 2137/35 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Ужгород, ул.Проектная, 4

Выход сумматора 7 является выходом всего устройства.

Устройство работает следующим образомм.

Исследуемый сигнал U< через усилитель 2 блока 1 стабилизации амплитуды подается через фаэовращатель 6 на вторые входы сумматора 7, аналогового преобразователя фазы 8 и аналоговый преобразователь амплитуды 4, 10 который преобразует амплитуду синусо/ идального сигнала в постоянное напряжение, которое подается на один вход блока 3 сравнения, на другой вход которого подается напряжение с опорного источника По, преобразованное аналоговым преобразователем амплитуды 5 в постоянное напряжение. Блок 3 сравнения сравнивает эти два напряжения и в случае их неравенства изменяет коэффициент усиления усилителя 2 с учетом знака сравнения таким образом, чтобы амплитуда на выходе фазо" вращателя 6 была всегда равна амплитуде источника опорного напряжения 2

П . Быстродействие стабилизации амплитуды исследуемого сигнала зависит от быстродействия аналоговых преобразователей 4 и 5, блока 3 сравнения, усилителя 2, что вполне технически выполнимо.

Аналоговый преобразователь фазы 8 преобразует разность фаэ между напряжением выхода фазовращателя 6 и опор35 ным напряжением U в постоянное на о пфяжение, которое поступает на первый вход блока сравнения 9, где оно сравнивается с нулевым напряжением, подаваемым на второй, вход. Разность на- 40 пряжений с учетом знака поступает через интегратор 10 на управляющий вход фазовращателя 6, который изменяет фазу исследуемого сигнала до тех пор, пока разность между фазой опорного сигнала UD и фазой выходного сигнала фазовращателя 6 не станет равной нулю. Медленные изменения фазы исследуемого сигнала относительно опорного постоянно отслеживаются таким образом, что разность фаэ между источником опорного сигнала и выходом фазовращателя 6 равна нулю. Динамические изменения фазы исследуемого сигнала на выходе фазовращателя б не отслеживаются и без изменения поступают на второй вход сумматора 7, на другой вход которого поступают сигналы опорного источника U!!. Так как на первом и втором входе сумматора 7 амплитуды опорного источника спгна."а и обработанного с выхода фазовра!;!ателя 6 равны, а постоянная разность их фаз равна кулю, то на выходе сумматора 7 присутствует сигнал, обусловленный только динамическими изменениями разности фаз.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет автоматически подготавливать сигнал для вычитания, осуществляя следующие операции перед этим; стабилизировать исследуемый сигнал по амплитуде на уровне опорного сигнала со скоростью динамических изменений амплитуды, совмещать исследуемый сигнал по фазе с опорным со скоростью меньшей скорости динамических изменений разности фаз между опорным и исследуемым сигналом.

Обработка сигналов таким образом позволяет выделять очень малые динамические изменения разности фаз между сигналами независимо от значительного сдвига фаз между ними, т.е. резко поднять точность и чувствитель- . ность измерения таких сигналов. !