Способ одновременного измерения фазовых сдвигов при наложении двух гармонических сигналов с неизвестными частотами и устройство для его осуществления

Способ одновременного измерения фазовых сдвигов при наложении двух гармонических сигналов с неизвестными частотами и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. Способ одновременного измерения фазовых сдвигов при наложении двух гармонических сигналов с неизвестными частотами путем формирования суммарного и разностного сигналов, сдвига суммарного сигнала Hall-/2, отличаю щ .и и с я тем, что, G целью повышения точное ти и автоматизации процесса измерения , выделяют огибающие разностного и сдвинутого суммарного сигналов, . , находят экстремумы огибающей разностного сигнала, определяют по- . лярность разностного сигнала, а также полярность сдвинутого суммарного сигнала и значения огибающей сдвинутого суммарного и разностного сигналов в моменты времени, при которых огибающая разностного сигнала имеет экстремумы, и измеряемые фазовые сдвиги находят из соотношения о .piib in upU).-i :upHT . Ulei ntUccUl W)l измеряемые фазовые f где i,i сдвиги; II III ) - моменты времени, прИ которых огибающая раз-i rr ,,,., ностного сигнала имеет максимум и минимум соответственно Vp(t)V(.(.W- огибающие разностного и сднинутого суммарного сигнала соответственно; UpUVUccW- разностный И сдвинутый суммарный сигналы соответственно . ,2. Устройство для одновременного измерения фазовых сдвигов при на ложении двух гармонических сигналов с неизвестными частотами, содержащее сумматор, вычитатель, входы которьох соединены с входными клеммгили % устройства, и фазовращатель, вход ко-i торого соединен с выходом сумматора, отличающееся тем, что ,в не.го введены два амплитудных детекjTopa , Два блока определения прлярности , блок, определения экстремумов, S блок выборки - хранения и блок обработки информации, причем вход первогЬ амплитудного детектора соединен с О 4 выходом вычитателя и входом первого блока определения полярн ьсти, вход второго амплитудного детектора соединен с выходом фазовращателя и :о ел входом второго блока определения полярности , выход первого амплитудного детектора соединен .. -с входом блока определения экстремумов, а выход второго - с входом блока выборки хранения , задающий выход блока определения экстремумов соединен с управляющими входами блоков определения полярности и блока выборки хранения , выходы которых и выход блока определения экстремумов соединены -с входами блока обработки информации , два выхода которого соединены с выходными клеммами устройства .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН („> SU („>

Э(И).G.01 R 25/00

П/5

1" где

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

-(21) 3432597/18-21 (22) 30.04.82 (46) 15.09.83. Бюл. Р 34 (72) В.А.Киржбаум-, И.Д.Золотарев, С.И.Журавлев и С.П.Седельников (71) Омский политехнический институт (53) 621.317.77(088.8) (56) 1. Зюко А.Г. и др. Теория пере-дачи, сигналов. М., Связь, 1980..

2. Белавин О.В..Основы радионави-. гации, М., Сов. радио, 1977. (54)СПОСОБ ОДНОВРЕМЕННОГО ИЗМЕРЕНИЯ

ФАЗОВЫХ СДВИГОВ ПРИ НАЛОЖЕНИИ ДВУХ

ГАРМОНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ.С НЕИЗВЕСТНЫ- .

МИ ЧАСТОТАМИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГС) ОСУ)1(ЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ одновременного измерения фазовых сдвигов при наложении двух гармонических сигналов .с неизвестными частотами путем форми- рования суммарного и разностного сигналов, сдвига суммарного сигнала: на к /2, отличающийся тем, что, с целью повышения точнос". ти и автоматизации процесса измерения, выделяют огибающие разностного и сдвинутого суммарного сигналов, находят экстремумы огибающей разностного сигнала, определяют полярность раэностного сигнала, а также полярность сдвинутого суммарного сигнала и значения огибающей сдвинутого суммарного и раэностного сигналов в моменты времени, при ко-: торых огибающая разностного сигнала": имеет экстремумы, и измеряемые фазовые сдвиги находят из соотношения

Чф, ) lU,ф).Ч,((, ),(„ru,it )»

Q, *2агс(ф с ЮМфfllUcclt) 4 (1")e, g PU :Óß

<, — измеряемые фаэовые сдвигн — моменты времени, прИ которых огибающая раэI ностного сигнала имеет максимум и минимум соответственно;

V (Ц Ц (t)- огибающие раэностного

Р сс и сдвинутого суммарного сигнала соответственно; () pit),U (t)- разностный и сдвинутый суммарный сигналы соответственно.

2 Устройство для одновременного измерения фазовых сдвигов при наложении двух гармонических сигналов с неизвестными частотами, содержащее сумматор, вычитатель, входы.которых соединены с входными клеммами Я устройства, и фазовращатель, вход которого соединен с выходом сумматора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что ,в него введены два амплитудных детек1тора, два блока определения полярнос ти, блок определения экстремумов, .Я блок выборки — храйения и блок обработки информации, причем вход первог амплитудного детектора соединен с выходом вычитателя и входом первого блока определения полярнОсти, вход второго амплитудного детектора соединен с выходом фазовращателя и входом второго блока определения полярности, выход первого амплитудного детектора соединен ...с входом блока определения экстремумов, а выход второго — с входом блока выборки хранения, задающий выход блока определения экстремумов соединен с управляющими входами блоков определения полярности и блока выборки хранения, выходы которых и выход блока определения экстремумов соединены .с входами блока обработки информации, два выхода которого соединены с выходными клеммами устройства.

1041956

Изобретение относится к фазоиз-мерительной технике и может быть использовано для одновременного измерения фазовых сдвигов при наложении двух гармонических сигналов., с неизвестными частотами. 5

Известен способ измерения фазовых сдвигов при наложении сигналов, включающий предварительную фильтрацию и последующее измерение фазовых сдвигов между соответствую- )0

Шими парами сигналов (1) .

Известно также устройство для осуществления данного способа, содержащее четыре фильтрующих элемента, входы которых попарно соединены с входами устройства, и два фазометра, входы которых соединены с выходами фильтрующих элементов t1J .

Недостатком известного способа и устройства является низкая точность О измерения при, наличии широкой полосы возможных частот сигналов.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности является способ одновременного измерения фазовых сдвигов при наложении двух гармонических сигналов с неизвестными частотами путем формирования суммарного и разностного сигналов, л сдвига суммарного сигнала на (i/2, подачи сдвинутого суммарного и разностного сигналов на отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), измерения углов наклона соответствующих сторон параллелограмма, полученного на экране ЭЛТ (2). 35

Наиболее близким к предложенному по технической сущности является устройство для одновременного измерения фазовых сдвигов при наложении двух гармонических сигналов с неиз- 4р вестными частотами, содержащее сумматор, вычитатель, входы которых соединены с вхбдными клеммами устройства, фазовращатель на к/2, вход которого соединен с выходом суммато- 45 ра, два .усилителя, причем вход одного усилителя соединен с выходом вычитателя, а вход другого — с выходом фазовращателя, и ЭЛТ, отклоняющие пластины которой соединены с выходами усилителей )2J

Недостатком известного способа и устройства является низкая точность измерения и невозможность автоматизации.

Цель изобретения — повышение точности и автоматизация процесса измерения. ными клеммами устройства. г

На фиг.1 приведены временные диаграммы; на фиг.2 — структурная схема устройства.

Устройство содержит вычитатель 1, сумматор 2, фаэовращатель 3, амплитудные детекторы 4-1 и 4-2, блоки 5-1 и 5-2 определения полярности.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу одновременного 60 измерения фазовых сдвигов при наложении двух гармонических сигналов с неизвестными частотами путем формирования суммарного и разностного сигналов, сдвига суммарного сигнала 65 на и /2 выделяют. огибающие разностного и сдвинутого суммарного сигналов, находят экстремумы огибающей разностного сигнала, определяют полярность разностного сигнала, а " также полярность сдвинутого суммарного сигнала и значения огибающей сдвинутого суммарного и разностного сигналов в моменты времени, при которых огибающая раэностного сигнала имеет экстремумы„ и измеряемые фазовые сдвиги находят из соотношения

1Чр(Цэ бв ()р(1 ) + Vp(tp)sign(Up(tp

"1 г " @„М Sign Utc(t }t icc() 4 ((сс(Ь")1 сс где (» — измеряемые фазовые сдвиги — моменты времени, при и которых огибающая разностного сигнала имеет максимум и минимум соответственно;

Ч (t),× (t)- огибающие разностного и сдвинутого суммарного сигналов соответственно; (J),(t)Jjcc® — разностный и сдвинутый суммарный сигналы соответственно.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство содержащее сумматор, вычитатель, входы которых соединены с входными клеммами устройства, и фазовращатель, вход которого соединен с выходом сумматора, введены два амплитудных детектора, два блока определения полярности, блок определения экстремумов, блок выборки-хранения и блок обработки информации, причем вход первого ампли тудного детектора соединен с выходом вычитателя и входом первого блока определения полярности, вход второго амплитудного детектора соединен с выходом фазовращателя и входом второго блока определения полярности, выход первого амплитудного детектора соединен с входом блока. определения экстремумов, а выход второго - с входом блока выборки-хра- нения, задающий выход блока определения экстремумов соединен с управляющими входами блоков определения полярности и блока выборки-хранения, выходы которых и выходы блока определения экстремумов соединены с входами блока обработки информации, два выхода которого соединены с выход1041956 блок 6 определения. экстремумов, блох 7 выборки-хранения, блок 8 обработки информации. . На фиг.l а показан один из наложенных сигналов, на фиг.l б — другой.

В общем случае сигналы имеют разные . амплитуды, частоты и начальные фа-, зы. На фиг.lв изображена смесь LI. ф этих сигналов, поступающая на один.. из входов фазоизмерительного устройства, реализующего предложенный

Способ. На фиг.lг и lд показаны наложенные сигналы, имеющие .фазовые сдвиги (p< и ((1 соответственно от- . носительйо наложенных сигналов на фиг.1а и lб. На. фиг.le изображена сумма Uq((,) сдвинутых по фазе сигналов, поступающая на другой вход фазоиэмерительного устройства. Сфор- мированный суммарный сигнал Uc(t) приведен на фиг.lж. чрев= ()4191п(< 1< 2)) > (ЯА э<<1(Чг!2)1 «8А,Аг < я (<11,/2) s

Определяют моменты появления и значения экстремумов огибающей разностного сигнала, Огибающая разностного сигнала принимает экстремальные значения

84 А г&< << Ь < 2 (.ю <- Q g) s «I (. (

Ч 2 (7А, II(vл (2)) (2426<<г(((1) 1Яф«М«A2s II(<1 (2)э«< (<<<г/2) cos((e i-(гг)с e®,- с(Л

В момент времени, когда огибающая разностного сигнала имеет максимум (с ), раэностный сигнал имеет положительную полярность, сдвинутый. суммарный — положительную полярность, а em огибающая — минимум. В момент времени .когда огибающая разностно<

<<

< го сигнала имеет минимум (t ), раз60 ностный сигнал имеет положительную полярность, сдвинутый суммарный,положительную, а его огибающая — максимум.

Измеряемые фазовые сдвиги посред65 <ством специализированного вычисли1 откуда

Пусть входные сигналы описываются выражениями:

1 ()1@=4<% <г (() <(1с <1 <<<<??)1-??????<??((1??. ???? ??- <<1 ?? >

° 4„4г,4),,<)г,Ч,,Чг д„«<,; соответственно амплитуды, частоты, начальные фазы и измеряемые фаэовые сдвиги первого и второго сигналов.

I<<< Ч< < Чз

?., и =0,l,, о 2 .«< — моменты времени, при которых огибающая разностного сигнала имеет экстремумы (фиг.lж, з).

Определяют полярность разностно го сигнала, а также полярность сдвинутого суммарного сигнала и значения его огибающей в моменты времени, при.которых огибающая разностного сигнала имеет экстремумы.

Из входных сигналов формиРуют суммарный и разностный сигналы, аналитические выражения для которых имеют следующий вид:() (Ц 24 э(я(<<1(г)сое(< 1<ьч<)+24гэ<я(<<,1(г) соы

"(< г «Чг)

Ос(() - 2 А,соб(<<<<(g)«YI(4)<(«Ч<) "г cos(

"е<<<(< 2 Чг) ю где Up(t) Ос.(с) — соответственно

10 раэностный и суммарный сигналы.

Сформированный разностный сигнал

U p (t) приведен на фиг. 1з.

Сдвигают суммарный сигнал на 1< /2

15 с помощью широкоплосного фазовращателя, настроенного на постоянный сдвиг 12>

:выражение принимает вид

20 UccIt

"c0s (<ггпу+ щг), где 0 „. (1,) — сдвинутый суммарный сигнал (см.фиг. lж).

Выделяют огибающие раэностного и сдвинутого суммарного сигналов посредством амплитудных детекторов.

Иэображение огибающих приведе30 но на фиг.lж и 1з.

"1 р (с) у 0cc (Ь) — соответственно огибающие разностного и сдвинутого .суммарного сигналов. Аналитическое выражение для огибающих этих сигЗ5 налов имеет следующий вид: в моменты времени, когда первая производная от ее аналитического выражения обращается в ноль:

1041956 тельного блока находят из соотноше ния

9p(t з (Ор() Чр(l„g„(upset, ))

М,ä= а с( „(Ч ((о„() u„{e } ; „pq t q где (» — измеряемые фазовые сдвиги1 > — моменты времени, при которых огибающая разностного сигнала имеет максимум и минимум соответст= венно.

Входы вычитателя 1 и сумматора 4 соединены и являются входами устройства. Выход сумматора 2 соединен с входом фазовращателя 3. Выходы вычистателя 1 и фазовращателя 3 сое. динены с входами амплитудных детек. торов 4-1 и 4-2 и с входами блоков

5-1 и 5-2 определения полярности.

Выход амплитудного детектора 4-1, соединенного с вычитателем 1, сое динен с блоком 6 определения экс-, тремумов, а выход амплитудного детектора 4-.2 - с входом блока 7 выборки-хранения. Задающий выход блока 6 определения экстремумов соединен..с управляющими входами блоков 5-1 и 5-2 определения полярности и блоком 7 выборки-хранения, выходы которых и выход блока 6 определения экстремумов соединены с входами блока 8 обработки информации. Блок 8 обработки информации имеет два выхода, которые являются выходами всего устройства.

Вычитатель 1, сумматор 2 имеют стандартную аппаратурную реализацию.

Широкополосный фазовращатель 3 для создания двух напряжений с постоянной разностью фаз рассчитывается по общепринятой методике.

Амплитудные детекторы 4-1 и 4-2 представляет собой стандартный двухполупериодный выпрямитель с фильтром нижних частот, имеющим частоту среза между частотой огибающей и частотой самого сигнала, что обеспечивает выделение огибающей сигнала. Блоки 5-1 и 5-2 определения полярности содержат триггер Шмитта, формирующий из входного сигнала напряжения прямоугольной формы, При положительном значении входного сигнала выходное напряжение триггера имеет значение логической единицы, при отрицательном значении †.логического нуля. Иа выходе триггера имеется ключевое устройство, которое в момент прихода разрешающих сигналов из блока 6 определения экстремумов передает сформированное значение знака входного сигнала в блок 8 обработки информации.

Блок 6 определения экстремумов содержит два пиковых детектора и два компаратора. Один пиковый детектор фиксирует максимум огибаю.щей сигнала, другой.- минимум. Компараторы выдают разрешающие сигналы в другие блоки устройства в моменты времени, когда огибающая сигнала принимает экстремальные значения, зафиксированные на пиковых детекторах.

Блок 7 выборки-хранения имеет

10 стандартную аппаратурную реализацию. В момент получения разрешающегося сигнала из блока 6 опре деления экстремума на блоке 7 выборки-хранения запоминается знаl5 чение входного сигнала и выдается в блок 8 обработки информации.

Блок 8 обработки информации реа> лизован на базе специализированного вычислительного устройства,предна значенного для вычисления выражения.

"рймфи(ОрМ+- vp(t Ь4фз jUр t")) .2арс1.

><.Ì g Єit))- „(v) gn(ttÄtt))

Принципиальные ограйичения, накла-. дываемые на параметры сигналов, исключают только когерентность частот сигналов. Соотношение амплитуд, на чальных фаэ, фазовых сдвигов, частот сигналов теоретически могут быть произвольны.

Практически полоса рабочих час- тот и динамический диапазон ограничиваются конкретной аппаратурной реализацией.

Устройство работает следующим образом.

Из входных сигналов посредством вычитателя 1 и сумматора 2 формируют разностный и суммарный.сигна40 лы, затем суммарный сигнал сдвигают фазовращателем 3 на Ф /2. Фазовращатель настроен на постоянный сдвиг во всей полосе частот. Амплитудные детекторы -4-1 и 4-2 выделяют огибаю4j щие разностного и сдвинутого суммарного сигналов, Блок 6 определения экстремумов определяет моменты появления и значения экстремумов огибающей разностного сигнала. В моменты времени, когда огибающая разностного сигнала принимает экстремальное значение, блок 6 определения экстремумов выдает разрешающие сигналы на блоки 5 определения полярности и блок 7 выборки-хранения.

Блоки 5 определения полярности при появлении разрешающего сигнала на управляющих входах определяют знак напряжения входного сигнала, и блок, 7 выборки-хранения фиксирует значеа0 ния огибающей сдвинутого суммарного сигнала. Полученное значение экстремумов огибающей разностного сигнала, значения огибающей сдвинутого суммарного сигнала, знаки разностно

65 го и сдвинутого суммарного сигна1041956

Фиг.1

Фиг.2

ВНИИПИ Заказ 7121/4б Тираж 710

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 лов передаются в блок 8 обработки информации,который вычисляет выражение

2a tg (р(О ьi$ QUр(L ) + V р((") < и QUр (t,")) . « =а ЕН..(и Ч,Ю- а tu„(Ц.

5 и результаты выдает на выходы, являющиеся выходами устройства.

Предложенные способ и устройство позволяют повысить точность измерения и автоматчзировать процесс измерения.

Кроме того, возрастает быстродействие устройства и расширяются возможные соотношения частот исследуемых сигналов.