Способ измерения сдвига фаз

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ лЫ%

<01767663

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

: (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 010877 (21) 2513944/18-21 (51)М. Кл з

G013 25/00 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

ССС Р но делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 3009.80. Бюллетень ¹ 36 (53) УДК 621. 317 (038.8) Дата опубликования описания 300980 (72) Авторы изобретения

В.Я. Зенки и Л.Я. Фабрикант

Институт технической кибернетики AH Белорусской ССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИП ФУВ

1 t

Изобретение относится к приборо.- строению и электро.-радиоизмерениям и может использоваться для точного определения разнсзсти фаз двух переменных напряжений.

Известей способ измерения сдви-. га фаз между двумя напряжениями путем предварительного понижения их частоты с помощью двух ключевых детекторов и общего вспомогательного гетеродина.

В одном из устройств, реализующем этот способ, в качестве общего гетеродина применен генератор синусоидальных колебаний с.частотой, в,целое, число раз большей частоты

"измеряемых колебаний,. а в каналах обработки этих напряжений перед ключевыми детекторами включены преобразователи синусоидальных колебаний в остроконечные импульсы.

Этот способ характеризуется низкой точностью измерений.

Наиболее близким к предлагаемому 25 по технической сущности .является способ измерения сдвига фаз, по которому измеряют сдвиг между двумя сигналами, умножают Нх частоту и измеряют фазовый сдвиг между сигналами умноженной частоты, после чего угол фазового сдвига определяют по формуле

1 И

2%1(т т1 11 где Ч - фазовый сдвиг до умноже- ния частоты, Ч - фазовый сдвиг на умноженной частоте, 11 и " коэффициент умножения частоты, - целое число периодов умноженной частоты в фазовом двиге измеряемой частоты.

Устранение многозначности отсчета после умножения частоты в этом способе связано с определением вели-. чины Ъ . Для этого измеряют Ч и ти определяют k иэ соотношения (1).

Так как Ч s системе грубого отсчета измеряется с погрешностью

А Е 2-3о, то в реальных устройст"(A-9g "9 и

2 тс те Б

Для однозначного определения фазового сдвига величина -"ф— пач дол- " жна быть меньше 1. Это накладывает ограничения на выбор коэффициента ум767663 ножения И, который в реальном устройстве равен 36.

Однако точность измерения данным способом Определяется коэффициентом умножения и,. который тесно связан е точностью измерительной системы грубого отсчета. Это является недос татком рассмотренного способа изме(>ения фазы.

1

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Это достигается тем, что по способу; "осйованному на последойагельйом удвоении частоты двух периодических

Сигналов, сравнивают разности фаз до

И после удвоения частоты и сдвиг фаэ определяют как сумму фазовых сдвигов, йропорциональных периодам удвоенных частот, причем фазовый сдвиг, пропорци он ал ьный периоду соотв етс тв ующей удвоенной частоты, суммируют только в том случае, если при сравнении разность фаэ после очередного удвоения меньше, чем до удвоения частоты.

По данному способу измерение сдвига фаэ осуществляется путем сравнения фазовых сдвигов. Точность же операции сравнения определяется чувствительностью измерительных схем к разности фаз. Это гарантирует высокую . точность измерений сдвига фаз по предлагаемому способу.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для осуществления предлагаеМого способа, на фиг. 2, а-е временные диаграммы, поясняющие сущ-. ность способа.

Устройство, реализующее способ, содержит удвоители 1-8 частоты, коммутатор 9, блок сравнения сдвигов фаэ, блок 11 формирования результата измерений и блок 12 управления.

На фиг. 2 показаны: а — опорное напряжение до удвоения частоты Ооп = .

=U»,SiN Mt. б = измеряемое напряжение Uq=U»>sl<(UU4+ Ч ), где Ч (Wi в измеряемое напряжение 0г = 0„„gin (sot >9Д, где Ч г n t, г — опорное напряжение

Uîï после удвоения частоты Uon=Uvnsan

I чщ, я — напряжение Uq после удвоения частоты 0„ =0„„,51и (чА+ Р1)j е — напряжение 0г после удвоения частоты U<=U sin (> + Р z синусоидаль1 !

Ные сигналы изображены схематично:.Ч му на фиг. 2, е обозначает измеренный фазовый сдвиг.

Временные диаграммы а, б, r, д иллюстрируют случай, когда фазовый сдвиг пОсле удвоения большей, чем фазовый сдвиг Ч до удвоения частоты. При этом фазовый сдвиг, пропорциональный периоду удвоенной частоты, не участвует в формировании результата измерения. Временные диаграммы, а, в, r, е иллкстрируют случай, когда фазовый сдвиг Ч после удвоения меньше, чем фазовый сдвиг дб удвоения частоты. В этом случае фазовый сдвиг, пропорциональный периоду удвоенной частоты, используется при формировании результата измерения.

Сущность способа состоит в следующем.

При удзоении частоты опорного и измеряемого периодических сигналов сдвиг фаз между сигналами удвоенной частоты также удваивается. При этом возможйы два случая. Если сдвиг фаз. до удвоения частоты меньше 1г радиан, то после удвоения частоты он по абсолютной величине больше чем до удвоения. действительно, сдвиг фаз между напряжениями (диаграммы а и б), равный, после удвоения частоты равен (диаграммы г, д).

Если же сдвиг фаз до удвоения частоты больше или равен >с, то после удвоения частоты он по абсолютной величине меньше,чем до удвоения. Так сдвиг фаз между напряжениями

2О (диаграммы a, a), равный Ю, после удвоения частоты равен Л на удвоенной частоте (диаграммы г и е).

Это происходит потому, что если после удвоения частоты фазовый сдвиг больше фазового сдвига М до уд1 воения, то измеряемый фазовый сдвиг равен некоторой части целого периода удвоенной частоты напряжения на ди-, аграммах б и д, где видно, что 9„"- -1- у! а если фазовый сдвиг ф после удвоI г ения частоты меньше фазового сдвига 9 до удвоения частоты, то измеряемый фазовый сдвиг равен сумме целого периода удвоенной частоты и некоторой части целого периода (напряжения на диаграммах в и e), где видно, что Ч = 21ь + 9г.

Отсюда следует, что если сигналы последовательно удваивать по частоте и всякий раз сравнивать разности фаэ

4р до и после удвоения частоты, то по результатам сравнения можно определить, превышает ли фазовый сдвиг до удвоения целый период удвоенной частоты, и в случае превышения к резуль4 тату измерения прибавить фазовый сдвиг, пропорциональный периоду соответствующей удвоенной частоты.

Окончательный результат измерения, таким образом, будет представлен в виде суммы фазовых сдвигов, пропорциональных периодам удвоенных частот, на которых в результате сравнения фазовый сдвиг оказался меньше, чем до удвоения частот.

В устройстве для измерения сдвига фаз (фиг.1) в удвоители 1-8 частоты образуют две цепочки умножения, 1,2, 3,4 — опорного сигнала и 5,6,7,8 измеряемого сигнала. Удвоитейи частоты в каждой цепочке соединены последовательно (выход предыдущего с входом последующего), причем выходы и входы всех удвоителей частоты соединены с входами коммутатора 9, выходы которого через блок 10 сравнения сдвигов фаэ связаны с входом лока

767663

11 формирования результата измерений, второй вход которого соединен с выходом блока 12 управления и с входом коммутатора 9. устройств о работает следующим образом. 5

По управляющим сигналам из блока

12 коммутатор 9 подает на вход блок а 10 срав нения периодичес кие сиг налы (опорный и измеряемый) с входов и выходов соответствующих удвоителей частоты двух цепочек. На первом такте эти сигналы поступают с входов удвоителей 1 и 5 частоты и с выходов этих же удвоителей частоты.

Блок 10 вырабатывает сигнал коррекции 15

+1, поступающий в блок 11 формирования результата измерений в том случае, если 9< (9<<, т.е. если сдвиг фаз после удвоения частоты меньше, чем до удвоения частоты. После прибавления единицы в блок 11 формиро- 20 вания результата, содержимое блока

11 умножается на два по сигналу из . блок а управления. Если же М„)IЧ„, то в блоке 10 сигнал +1 не вырабатывается и не поступает в блок 11, но 25 содержимое блока 11 также умножается на два по сигналу. их блока 12.

Следующим тактом по сигналу из блока управления коммутатор 9 подает на входы блока 10 сигналы с вхо- 30 дом и выходов удвоителей 2 и 6 частоты, затем очередным тактом с удвоителей 3,7 и далее 4,8. В каждом такте содержимое блока 11 увеличивает-. ся на 1, если 9< (g „, и всякий раэ умножается на два. На последнем такте работы устройства в блоке 11 формирования результата измерений будет записана полная величина фазового сдвига.

По данному способу, в отличие от известных способов измерения сдвига фаз с помощью умножения частоты периодических сигналов, определение сдвига фаз осуществляется qo результатам сравнения фазовых сдвигов до удвоения и после удвоения частоты периодических сигналов.

Достоверность сравнения определяется чувствйтельностью схемы сравнения сдвигов фаз, а так как чуствительность по фазе в известных фазовых системах достаточно высока, то способ и устройство для его осуществления позволяют определять угол фазового . сдвига с большей точностью, чем в известных фазометрах с умножением частоты сигналов, при использовании сравнительно простой аппаратуры.

Повышение точности измерения угла фазового сдвига и упрощение устройства для измерения фазового сдвига позволяют повысить точность и упростить оборудование измерительных систем в автоматике и вычислительной технике, использующих фаэовые методы при измерении линейных и угловых величин.

Формула изобретения

Способ измерения сдвига фаэ, основанньФ на последовательном удвоении частоты двух периодических сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности сравнивают разности фаз до и после удвоения частоты и сдвиг фаэ определяют как сумму фазовых сдвигов, пропорциональных периодам удвоенных частот, причем фазовый сдвиг, пропорциональный периоду соответствующей удвоенной частоты, суммируют только в том случае, если при сравненйи разность фаз после очередного удвоения меньше, чем до удвоения частоты.

767663

Рие, к

Со"тавитель В.Еремеев

Редактор E. Караулова ТЕхред Е, Гаврилешко Корректор Г. Рейетнин

Заказ 7186/41 Тираж 1019 Подписное

ВИИИПИ ГОсударственного коювтета СССР по делам изобретений и открытий

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

ne iii, 4

° Ф ° В 4Ю ° М ю

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