Способ измерения фазового сдвига

 

3I6 030

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистическик

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 14.Х!.1969 (№ 1375412/18-10) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 01.Х.1971. Бюллетень № 29

Дата опубликования описания ЗО.XI.1971

МПК С 01г 25/04

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 621.317.373 (088.8) Авторы изобретения

Е. Д. Колтик, Е, И. Коровкин и В. П. Пиастро

Заявитель

5CE © - Н 1

ЮН " -" "БИБРИО.;= СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВОГО СДВИГА

Изобретение относится к области фазоизмерительной техники.

Известен способ измерения фазового сдвига путем перемножения и интегрирования входных сигналов, определения синхронно мгновенных значений входных сигналов через равные промежутки времени, возведения их в квадрат, суммирования результата в течение периода, дополнительного перемножения суммы квадратов мгновенных значений, получаемых после окончания периода, извлечения из этого произведения квадратного корня, деления на этот корень суммы произведения мгновенных значений входных сигналов и определения по результату последней операции значения искомой величины.

Недостатком известного способа является низкая точность и помехоустойчивость измерений фазовых соотношений регулярных сигналов в присутствии шумовых помех. Это объясняется тем, что известный способ не обеспечивает подавления случайных шумовых составляющих, т. е. не повышает отношения сигнал-шум на входе прибора.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности и помехоустойчивости при измерении фазового сдвига регулярных сигналов в присутствии шумовых помех.

Это достигается тем, что входной сигнал по одному из каналов сдвигают относительно сигнала по другому каналу на целое числа периодов одного пз входных сигналов, определяемое величиной отношения сигнал — шум на входе прибора и видом энергетического

5 спектра помехи.

На фиг. 1 представлена блок-схема фазометра, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 — корреляционная функция помехи и корреляционная функция спнусопдального

10 сигнала; на фиг. 3 — зависимость дополнительной (приборной) задержки T„в функции от отношения шум — сигнал на выходе фазометра для различных значений параметра а, определяемого отношением сигнал — шум на

15 входе прибора.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит нормирующие блоки 1 и 1, блок 2 задержки, блок 8 управления, измеритель 4 корреляционного момента и индика20 тор 5.

Выход блока 1 подключен через последовательно включенный блок 2 к одному из входов измерителя 4, выход блока 8 подключен ко второму входу блока 2, а второй выход блока

25 3 подсоединен к третьему входу измерителя 4, выход которого подключен ко входу индикатора 5. Входные сигналы поступают на нормирующие устройства 1 и 1 . Предварительная нормализация входных напряжений па

З0 амплитуде, которая может быть достаточно просто осуществлена, позволяет избежать определения действующих значений сигналов, так как при этом обеспечивается постоянство действующего значения шумовой помехи оху.

С выхода блока 1 входной сигнал поступасг 5 на вход блока 2, который обсспечиваст создаHIIQ HcoDxo H3:o:I пр1!бориа!! задержки т„одного из сравниваемых синусоида Ibnblx сигналов относительно другого. С выхода блока 2 задержанный па т сигнал поста пает Н2 адин l0 из входов измерителя 4, на второй Bxoä которого iIocTK пает Втарои из сравниВаемых сигналов с выхода блока 1 . И:.ìåðèòåëü 4 выполняет операции умножения, возведения в квадрат, суммирования, извлечеш1я квадрат- 15 ного корпя и деления. Сигнал с выхода измерителя 4 поступает на вход индикатора а, который может быть проградуирован непосредственно в градусах, шкала при этом нелинейная (косинусоидальная), пределы измерения 20 фазометра Π— 180 . Синхронизация работы устройства осуществляется блоком 3 управления.

Фазовый сдвиг двух сипусоидальnblx сигпа- 25 лов x(t) =AmlsiII(IBt+I1II) и g(tj =Ат sin (131+ 3 ) определяется путем измерения их взаимокорреляционной функции:

cos »,— (1) 30

Ат1 Ат где созч3,„— = cos (q;2 — yi) — значение искомого сдвига фаз, R„,(т) — значение карреляционнОЙ функции я5 при данном сдвиге а а фаа (=-,. )

С у!етом известного свойства автокорреля- 40 ционпой функции, согласно которому ее значение при т=О есть дисперсля, выражение (1) можно записать следующим образом:

=, = 2rC COS (2) 4

45 где П„=Ап1,, — дисперсия сигнала х(!), D,==Am,, — дисперсия сигнала y(tj.

Таким образом, фазовый сдвиг двух синусоидальных сигналов может быть измерен пу- 50 тем вычисления арккосииуса отношения Нх взаимокорреляциончого момента, соответстВу10ц!его данному сдвигу, к кори!0 к13адратному из произведений их дисперсий.

При Aml — — Ат =А Выражение (2) уира- 55 щается, = агс cos ху Аа

В случае измерения фазового сдвига спиу- 60 солдальных сигналов (х(t)) и g(1+т) при наличии случайных шумовых помех взаимокорреляционная функция сигналов (x (t) --r (tj j и (у (/+ т) + r (t i r) ) будет иметь 1етыре составляющие: 65 где R,Ä (r) — взаимокоррсляциопная функция сииусондальных сигналов, R,.-,(ò), R,„(T) — взаимокоррсляционные функции сигнала и помехи, Й» (т) — авто oppe,IÿöèoHH2ÿ функция помехи.

Объектом измерения является взаимокоррсляционная функция сигналов R.,- (т). При этом вози:,!кает погрешносгь, обусловленная действием на отсчетное устройсгво взаимокорреляциоииых функции сигнала и помехи и автокорреляциопной функции помехи: (5)

В случае, когда верхняя граничная частота полосы шумовых помех высока по сравнению с частотой cHBH2ë2, справедливо утверждение, что длительность корреляции помехи значительно меньше длительности корреляции полезного периодического сигнала. Таким образом, с возрастанием т автокорреляцлонная функция помехи R» (т) стремится к нулю, тогда как взаимокорреляциоппая функция сигна".а R,-„(T) пр:i любой задержке т имеет вид периодической незатухающей косинусолдальиой функции.

Выбирая соответству1ощим образом дополнительную (приборную) задержку c, в зависимости от спектра шумовой помехи можно существенна повысить точность измерения корреляционной функции периодического сигнала и, следовательно, точность измерения фазового сдвига сравниваемых сигиа IQB, Предмет изооретепля

Способ измерения фазового сдвига путем перемножения и интегрирования входных cHI палов, определения синхронно мгновенных значений входных с1ьгпалов через равные промежутки времени, возведения их в квадрат, суммирования результата в течение периода, дополнительного перемно!кения суммы квадратов мгновсн:Iblx значений, полученных после ooii iai периода, извлечения из этого произведения квадратного корня, деления на этот корень суммы произведения мгновенных з:!ачений входных сигналов и определения по результату последней операции значения искомой вел!1 плпы, отлича1ощийся тем, что, с целью повьпнения точности и помехоустойчивости при измерении фазового сдвига регулярных сигналов в присутствии помех, входной сигнал го одному из каналов сдвигают относ;!тельно сигнала по другому каналу на целое число периодов одного из входиblx сигналов, которос определяют по величине отношения сигнал — шум на входе прибора и виду энергетического спектра помехи.

316030 д у» gq(1 ь =Г: —.

„,и0Рн, ЯТ)е! 7)

rri ()

4Z

0Z0 0Л 0,30

4Г

Ри8. J

Составитель Г. Кучеренко

Редактор С. И. Хейфиц Техред А. А. Камышникова Корректор Е. Н. Зимина

Заказ 3091)15 Изд. № 1281 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий прп Совете Министров СССР

Москва, Ж,-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2