Способ измерения фазового сдвига (его варианты)

Способ измерения фазового сдвига (его варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. Способ измерения фазового :сдвига с компрессией частотного диапазона преобразованием частоты и определением разности фаз преобразованных сигналов о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерений, первый из измеряемых сигналов перемножают с первым и вторым сигналами, задержанными на равномерно изменяющуюся во времени величину, и вьщеляют сигналы разностных частот, между которыми определяют фазовый сдвиг. 2. Способ измерения фазового сдв1|га с компрессией частотного диапазона преобразованием частоты и определением разности фаз преобразованных сигналов, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повьшения точности измерений, первый и второй измеряем -е сигналы перемножают с первым и вторыь задержанными на равномерно изменяющуюся во времени величину сигналами, вьщеленный после перемножения вторых (Л сигналов сигнал суммарной частоты перемножают с второй гармоникой neiJBOro сигнала, и вьщеляют сигналы разностных частот, между ;которыми определяют, фазовый сдвир. ..

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ае au . зЮ С 01 К 25/00

OllHGAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

3иЙЙЙО 1 6й4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3519995/18-21 (22) 08.12.82 (46) 07..07.84. Бюл. И 25 .(72) С.П.: Седельников (71) Омский политехнический институт (53) 621.317.77 (088.8):(Se) 1. Галахова О.П. и др. Основы фазометрии.h.",Ýíåðãèÿ", 1976, с. 47.

2. Вишенчук И.M. u др. Электромеханические и .электронные фазометры. И.-Л., Госэиергоиздат, 1962 .с. 195-201 (прототип). (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВОГО СДВИГА (ЕГО ВАРИАНТЫ)., (57) 1., Способ измерения фазового сдвига с компрессией частотного диапазона преобразованием частоты и определением разности фаэ преобразованных сигналов, о т л .и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьппения точности измерений, первый из измеряемых сигналов перемножают с первым и вторым сигналами, задержанными на равномерно изменяющуюся вс, времени величину, и выделяют сигналы разностных частот, между которыми определяют фазовый сдвиг.

2. Способ измерения фазового сдвига с компрессией частотного диапазона преобразованием частоты и определением разности фаз преобразованных сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, первый и второй измеряеьп е сигналы перемножают с первым и вторьп задержанными на равномерно изменяющуюся во времени величину сигналами, Е

O выделенный после перемножения вторых сигналов сигнал суммарной частоты перемножают с второй гармоникой первого сигнала, и выделяют сигналы разностных частот, между которыми определяют фазовый сдвиг..

1101754 . 2

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для определения разности фаз гармонических сигналов.

Известен способ измерения фа- 5 зового сдвига с трансформацией частоты, заключающийся в умножении частоты измеряемых сигналов в и раз, последующем выделении и усиленик h --й гармоники, сигналов и определении 10 увеличенного в П раз, по сравнению с измеряемым, сдвига фаз .f1) .

Однако данный способ имеет слож-, нук систему индикации для устранения неоднозначности отсчета, малый час- 15 тотный и динамический диапазон входных сигналов, а также предусматривает весьма высокие требования к стабильности и идентичности умножения частоты измеряемых сигналов, что вызывает технические трудности при реализации устройств.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ измерения разности .фаз с преобразованием частоты, заключающийся в первоначальном смещении спектров измеряемых сигналов на величину частоты первого гетеродина и получения, таким образом, спектров,зо первой промежуточной частоты,пов-. торном смещении одного иэ спектров первой промежуточной частоты на величину. частоты опорного генератора, смешивании полученного спектра

35 второй промежуточной частоты одного сигнала со спектром первой промежу.— точной частоты другого сигнала, выделении преобразованного спектра сигнала на частоте опорного генератора и определении фазового сдвига полученного преобразованного сигна ла .относительно текущей фазы опорного генератора. При этом производится перенос измерения фазового угла .на фиксированную частоту опорного генератора, чем обеспечивается ком"прессия рабочего диапазона частот f2) .

Однако наличие многократных пре50 образований частоты, необходимых для компрессии частотного диапазона, обусловливает флуктуационные фазовые, нестабильности, временные фазовые ошибки, нелинейные погрешности преобразования. Кроме того, наличие генераторных напряжений, обусловленных гетеродиннь1м способом преобразования частоты, приводит к паразитному прохождению на входы устройств, реализующих данный способ,. напряжений частот гетеродинов, чем объясняются возникающие. при работе вредные излучения. Плохие параметры электромагнитной совместимости затрудняют использование известного способа при построении устройств, работающих в составе сложных высокочастотных измерительных систем и комплексов.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения фазового сдвига с компрессией час- тотного диапазона преобразованием частоты и определением разности фаз преобразованных сигналов, первйй.из измеряемых сигналов перемножают с первым и вторым сигналами, предварительно задержанными на равномерно изменяющуюся во времени величину, и выделяют сигналы разностных частот, между которыми определяют. фазовый сдвиг.

По второму варианту первый н второй измеряемые сигналы перемножают с первым и вторым задержанными на равномерно изменяющуюся во времени величину сигналами,. вьделенный после перемножения вторых сигналов сигнал суммарной частоты перемножают с второй гармоникой первого сигнала, и выделяют сигналы разностных частот, между. которыми определяют фазовый сдвиг.

Исключение внутренних гетеродинов позволяет снизить уровень паразитных излучений во внешние цепи, а.в паузах между измерениями практически исключить. Снижение вносимых при преобразовании частоты искажений позволяет повысить точность измерений при большом (до 1(Г ) коэффициенте сжатия исследуемого диапазона частот.

Во втором варианте способа измеряется удвоенное значение разности фаз, что повышает, по сравнению с первым вариантом, точность измерений. Второй вариант обладает также большой помехоустойчивостью.

Сущность первого варианта способа поясняется следующим образом.

Измеряемые входные сигналы

3 1101754 4 где Ос И,), Uс Я) — амплитуды измеряемых сигналов, Ис †.частота сигналов, ц)„(г — фазы.сигналов, задерживают .Во времени на величину 5

g =C(4) например, путем пропускания через перестраиваемые линии задержки.

Сигналы примут вид вых л ъ Ясоб(ИсИ+,ИЧ»Ч1+ Н» ь 1О где U q (+ ), 0 х Ct ) — амплитуды задержанных сигналов, ф — дополнительные 15 фазовые сдвиги, вносимые линиями задержки.

После перемножения первого сиг, нала с соответствующим ему задержан- 20

-ным сигналом ()в )х д и с задержанным вторым сигналом 1» Вых,g.2. на выходах соответствующих перемножителей получают

9e,)x „„= „"ebs „, О,„= —, к„О,(ци,(ц. х(соо(сосЦхt(t))-иссхцххц -ц,) +

»совпис(1.»2(t)lj» сас1» (ф,» Я » Щ„ 1 (ф ((1 ) х) р х (»с) 30.

+ Mt»9qj р, ) ) 4

"выхпер ="и "вх "вь)х д.) = «2 "и "с() "y(t)" х)соо1и хсхс)с)-ххххх)хц,хц)-цх)х 35 .-Stl»,H)."(С)х »сt W, Þ, Цх1))=0„() (COG (uС Ь (1) Ф Q I) < х» 1- Ц) 2)»

+Соь(2охс1хи t(t)iq) tq,хц ))

После выделения сигналов разностных частот)UZ Ор(М cow(Ыс с(t)» q>);

- ц =0<(t)coo(uсi(t)»ц »q„-ц)г), 45. определяют фазовый сдвиг напряже- .

1 ния Од относительно Од соответственно равный измеряемой разности фаз входных сигналов дч - 5 -ср»

40 ц» "U»(Ц с05 (Я <+ Ц) ) ) (11 (х ) со Ь А» Ч21 .

По второму варианту способа, после перемножения второго сигна)2а 0.В> с соответствУюЩим емУ за-! ержанным U вых n ) выделяют напряхение суммарной частоты

Ц =ц Ясов(lect»(Act,(t)a 2g2i g ) которое перемножают со второй гар.-. моникой первого сигнала 0 в„

0 „= Uc (фсоь(Ясдс +2щ,).

После выделения из результата перемножения сигнала разностной частоты

)) (t) Ох (ЯС (1) (Ц)2-Ц),)» Ц эпределяют фазовый сдвиг напряжений

ll 9д и Ьд > учитывая, что он в два раза больше измеряемой разности фаз д Я . Благодаря умножению фазо-. вого сдвига-повышается точность измерений. При линейном законе изменения задержки сигнала 7(tj= ? где v = const, происходит сжатие исследуемого диапазона частот (от с п) п Po Mc t)tax ) a (3 Раз

1! поскольку фазовый сдвиг сигналов раэностной частоты определяется л в диапазоне частот ь д Яс = g(u „ус;и а может достигать

На фиг.1.и 2 приведены схемы возможных устройств, реализующих предлагаемый способ.

Устройство (фиг.1) содержит перестраиваемые линии задержки 1, к управляющим входам которых подключены выходы элемента управления 2, а выходы перестраиваемых линий за-. держки 1 соединены с первыми входами перемножителей 3, вторые входы которых связаны с первым входом устройства, а выходы — с фильтрами низкой частоты 4, которые подключены к входам фазового детектора 5, соединенного с индикатором 6.

Устройство, приведенное на фиг.1, работает следующим образом.

На входы 1 и 2 поступают сигналы

50 JhI здерй . 1. которые когут быть выполнены, например, на коммутируемых отрезках волноводов или на устройствах с поверхностными акустическими волнами, перестраиваются по закону c (tj задаваемому элементом управления 2. Вид этого закона определяется, исходя из конкретной. технической реализации линий задержки 1. Однако наиболее предпоч1101754

Ц =0 ®coe(u,(t,+7 (tQ+y +ц>

02= 02®Coo(V,(t, + (tY}+ y,» q ) 10 которые перемножаются с сигналом,О» в перемножителях 3. Из полученных в результате перемножения сигналов

1 5

U,==-",,К„О,ЩОФ1(соЫ4 (i Ю

+ц)» ц) )-я, 4 СОЬ(И4 (г»(. ®+ $t . 1 Чф "1 Я7

g — k„U ®0 {, )(сов(ы,(» Щ- «+

2 и» 1

+q,»ц) -(у,,)»сов(Я„(04 » Ф+92 Ч +М °

Таким образом, на выходе фазового

35 детектора формируется напряжение, пропорциональное удвоенному значению измеряемого фазового сдвига

5 2@ ) " (tl »п a(q -(,).

С учетом удвоения индикатором 6 индицируются результаты измерений.

В предлагаемом способе наиболее предпочтительной является линейно изменяющаяся задержка сигналов пе45 ред умножением. Однако при конкретной реализации устройств по заданному способу в зависимости от технического задания возможно использова1 ние пилообразного, ступенчатого, (нарастающих или спадающих) и других

50 законов перестройки задержки. Основным требованием при этом является выбор такой функции, описывающей используемый закон изменения задержки, при которой искажения измеряемых сигналов не приводят к погрешностям, превышающим уровень, заданный техни« ческим заданием. В соответствии тителен, с точки зрения минимума вносимых искажений, линейный закон перестройки g () = ь > где скорость изменения задержки. На выходах линий задержки 1 формируются сигналы фильтрации низкой частоты 4 выделяются сигналы разностных частот

В случае линейного закона перестройки линий задержки 1 измерение фазового сдвига производится на частоте 63» . На выходе фазового детектора 5 формируется напряжение, пропорциональное измеряемому фазовому

I сдвигу входных сигналов 0, и 0„

ЬЯ С 2- (, которое в случае фазового детектора, например, с синусоидальной характеристикой будет иметь вид

4= 2 4() "4® (йг Ч "У.а.э » ь о

Индикатором 6, как обычно, проградуированным в значениях фазового угла, индицируется измеряемый фазовый сдвиг.

Устройство, реализующее второй вариант предлагаемого способа, содержит перестраиваемые линии задержки 1, элемент управления 2, перемножители 3, фильтры 4 низкой частоты, фазовый детектор 5 с индикатором 6, умножитель частоты на два 7, вход которого соединен с первым входом устройства, а выход — с первым входом дополнительного перемножителя 8., второй вход которого через фильтр высокой частоты 9 связан с выходом перемножителя 3 второго канала. Выход допплнительного перемножителя,8 подключен к входу фильтра 4 низкой частоты, а второй вход перемножителя второго канала 3 соединен с вторым входом устройства. В этом устройстве, в отличие от устройства, приведенного на фиг.1, во втором канале из результата перемножения в умножителе 3 сигналов U, и 02 а Ц ® з01(co5(H»(t »- (111-43» t ».

+Я + Щ -ЯД»соь(и»(t »» (h))» Q ta tp ig +(фф фильтром высокой частоты 9 выделяет° ся колебание суммарной частоты

0< ™q(M c»(< t»M <(<)»<9z > gy) > которое перемножается в дополнительном перемножителе 8 со второй гармоникой сигнала, поступающего на: первый вход устройства

LI =О. ®со (2и,1»2q ) фильтрамн низкой частоты выделяются колебания разностных частот

0< "- U4(t)COS(u Ù Ф q>);

04 = О 4Ф) с05 (И, М Ф Я » 2 (-Щд, 1101754

Составитель В..Шубин

Редактор Н. Данкулич Техред Л.Микеш Корректор С. Йекмар

Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам. изобретений и открытий

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

«Р

Заказ 4758/29

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

7 с этим требованием необходимо, например, стремиться обеспечить мини-: мальное время обратного хода при пи- . лообразном или максимум ступеней при ступенчатом законе. Использование перемножения одного из измеряемых сигналов с первым и вторым сигналами, предварительно задержанными на равномерно изменяющуюся во времени в установленных пределах величи- 10 ну, выделения сигналов раэностных частот, между которыми определяется фазовый сдвйг, позволяет осуществить . компрессию частотного диапазона, снизить паразитное излучение мощ- . 15 ности на входы (а-120 дБ) устройство (а в паузах между измерениями исключить), существенно снизить,по сравнению с синхронным гетеродииированием, вносимые искажения, повысить тем самым точность измерений фазовых сдвигов.

Изобретение благодаря высокому коэффициенту сжатия (до 10 ) имеет более широкий частотный и динамический диапазоны, позволяет проводить безынерционные измерения, имеет лучшие показатели электромагнитной совместимости, высокую устойчивость и надежность в работе.