Способ измерения сдвига фаз

Способ измерения сдвига фаз

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области электроизмерений. Может применяться для точных измерений фазовых сдвигов между двумя сигналами. Цель изобретения - повышение точности измерений - достигается за счет частичного исключения систематических ошибок, вносимых элементами измерительных цепей. Согласно данному способу суммируют опорный и измеряемый сигналы, сдвигают измеряемый сигнал на 90, вновь суммируют эти сигналы, измеряют квадратуры амплитуд первого и второго суммированных сигналов, затем проводят ряд дополнительных измерений амплитуд первого и второго суммированных сигналов, сохраняя при этом амплитуду опорного сигнала постоянной. Измеряемый фазовый сдвиг определяется по формулам. Вывод формул приводится в описании изобретения. Устройство , реализукйцее способ, содержит входные блоки 1 и 2, усилители 3 и 4, делители мощности 5 и 6, аттенюатор 7, дополнительный фазовращатель 8, сумматоры 9 и 10, квадраторы 11-14, измерители 15-18, фазорасщепитель 19, оконечный усилитель 20, входные зажимы 21 и 22, блок сопряжения 23, миниЭВМ 24 и переключатель 25. 1 ил. о Ф (Л

СОНИ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (ll) А1 (50 4 G 01 R 25 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСВ ВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3772543/24-21 (22) 16.07.84 (46) 30.04.86 Бюл. ¹ 16 (72) С.Ю.Лапунов и А.Г.Скородумов (53) 621.317.77(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР № 360622, кл. G 01 R 25/00, 1972.

Соловов В.Я. Фазовые измерения.—

M. Энергия, 1973, с. 63-67. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА ФАЗ (57) Изобретение относится к области электроизмерепий. Может применяться для точных измерений фазовых сдвигов между двумя сигналами. Цель изобретения — повышение точности измерений— достигается за счет частичного исключения систематических ошибок, вносимых элементами измерительных цепей.

Согласно данному способу суммируют опорный и измеряемый сигналы, сдвигают измеряемый сигнал на 90, вновь суммируют эти сигналы, измеряют квадратуры амплитуд первого и второго суммированных сигналов, затем проводят ряд дополнительных измерений амплитуд первого и второго суммированных сигналов, сохраняя при этом амплитуду опорного сигнала постоянной.

Измеряемый фазовый сдвиг определяется по формулам. Вывод формул приводится в описании изобретения. Устройство, реализующее способ, содержит входные блоки 1 и 2, усилители 3 и 4, делители мощности 5 и 6, аттенюатор

7, дополнительный фазовращатель 8, сумматоры 9 и 10, квадраторы 11-14, измерители 15-18, фазорасщепитель

19, оконечный усилитель 20, входные зажимы 21 и 22, блок сопряжения 23, миниЭВИ 24 и переключатель 25. 1 ил.

1228038

Изобретение относится к способам электроизмерений и может применяться для точных измерений фазовых сдвигов между двумя сигналами.

Цель изобретения — повышение точности измерений путем частичного исключения систематических ошибок, вносимых элементами. измерительных цепей.

На чертеже представлена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит входные блоки

1 и 2, усилители 3 и 4, делители 5 и

6 мощности, аттенюатор 7, дополнительный фазовращатель 8, сумматоры

9 и 10, квадраторы 11-14, измерители 15-18, фазорасщепитель 19, оконечный усилитель 20, входные зажимы 21 и 22, блок 23 сопряжения, миниЭВМ 24 и переключатель 25, причем входной ! зажим 21 через входной блок 1 связан с усилителем 3 и вторым входом переключателя 25, входной зажим 22 через входной блок 2 связан с первым входом переключателя 25, вход которого через последовательно соединенные аттенюатор 7, фазовращатель 8 и усилитель 4 связан с входом делителя

6, выход усилителя 3 соединен с входом делителя 5, первый выход которого через квадратор 11 соединен с измерителем 15, первый выход делителя

6 через квадратор 13 связан с измерителем 17, а второй выход делителя

6 через последовательно соединенные фазорасщепитель 19 и усилитель 20 соединен с вторым входом сумматора

10, первые входы сумматоров 9 и 10 подключены к выходу делителя 5, выход сумматора 9 через квадратор 12 соединен с измерителем 16, а выход сумматора 10 через квадратор 14 — с измерителем 18, блок сопряжения 23 связан с переключателем 25, аттенюатором 7, фазовращателем 8, измерителями 15-18 è миниЭВМ 24.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.

Опорный синусоидальный сигнал частотой И и амплитудой U поступает на входной зажим 21, а измеряемый сигнал — на входной зажим 22 ° В первом положении переключателя 25 измеряемый сигнал амплитудой U>q поступает на вход аттенюатора 7, затухание которого миниЭВМ 24 устанавливает равным нулю. Фазовращатель 8 устанавливается в нулевое положение. B этом случае на входах квадраторов 11-14 имеются напряжения, соответствующие опорному, измеряемому, суммарному и второму суммарному сигналам. На выходах квадраторов 11-14 находится постоянная составляющая, пропорциональная квадрату амплитуды опорного, Ю измеряемого, суммарного и второго суммарного сигналов, измеряемых измерителями 15-18, в качестве которых используются цифровые вольтметы постоянного тока. Показания измерителей

15 15-18 имеют следующий вид: (f) г

" =CiK i "on i

«2 2

Uz Czk2.0щ„„, Ц =С 1к Ц „+к4 U„ „+2KqK4U „ )д cc5(cg4dg<)j

04-С (К Upn+ KgU 3 +Z К К& Оод0 иэм co5 (g+bcpq+Q ) где С4, С, С> С4 — коэффициенты передачи квадраторов 11-14 и измерителей 15-18;

К,,..., К вЂ” коэффициенты, учитывающие неидеальность коэффициентов передачи йлоков 1 и 2, усилителей 3 и 4, усилителя 20, фазорасщепителя

19,сумматоров 9и10 идеталей 5и 6;; g, и

Ч, — фазовый сдвиг фазовращателя 8;

Ч вЂ” измеряемый фазовый сдвиг.

Преобразуют систему (1) к следующему виду: (2)

Ц -K U +кгU2+Як,K2.Ã0,0 c06 5)

04 = K О + К Uz+2KbK4 БД own(q © 1

4О гДе К,- С,К,/ Ñ,, Ъ (f =(4 ЬЯ, )

Чо = Щ- 12-Ч1- 10

Из системы (2) измеряемый сдвиг фаз определяется,по формулам:

U4-KbО,-k U (3)

50 g.агеева SeC f 4

2К К440,U2

2 2

И,-К, О,-К, а, 2К,К,4ц,о, 55 г 2 1,-К,,- Kz U2

2К,К24О,И, Однако вследствие неидеальности упомянутых элементов, коэффициенты

1228038

55

К,, К, К, К и фазовый сдвиг P неизвестны. Для их определения миниЭВМ 24 .устанавливает затухание аттенюатора А < и фазовый сдвиг фазовращателя 8 „. Таким образом, к измеряемому фазовому сдвигу (суммируется первый дополнительный фазовый сдвиг, а амплитуда измеряемого сигнала изменяется в К, раз. Показания измерителей 16-18 соответственно равны U,, U, V<,. Эти показания вводятся через блок 23 в память миниЭВМ 24.

Затем миниЭВМ 24 через блок 23 устанавливает затухание аттенюатора

7 А и.фазовый сдвиг фазовращателя

8c5 . Показания измерителей 16-18 равны U27 U52 Ц42 Эти показания вводятся через устройство 23 в память миниЭВМ 24. Аналогичные операции проводятся К раз. При К=4, используя также результаты измерений U 5 Uz получают систему из 10 нелинейных уравнений с 10 неизвестными, имеющую вид:

03 К,u + к U +2К,к БД cosy

О,„-К,U, + к, О„+гк,к,4и,55, egg Q

044 к30,+К„Ц 2К к 1U,U> sin И4,1

Практически для повышения точности используется большее число уравнений. В этом случае для решения системы (4) применяется метод наименьших квадратов. МиниЭВМ 24 решает систему (4) и определяет неизвестные коэффициенты К5 К2 Kэ К4 и сдвиг фаэ Ф, используя хранящиеся в памяти значения квадратов амплитуд опорного U 5, измеряемого U, суммарного

U и второго суммарного U сигналов, а также ЗК дополнительных измерений квадратов амплитуд измеряемого, сум- 4 маркого и второго суммарного сигналов. Затем по формулам (2) определяется измеряемый фазовый сдвиг< . Однако найденное значение фазового сдвига еще содержит постоянную систематическую погрешность hq< . Для устранения этой погрешности миниЭВМ

24 переводит переключатель 25 в положение "2", а фазовращателем 8 устанавливается фазовый сдвиг -щ„

Затем переключатель 25 устанавли»

ВНИИПИ Заказ 2284/46

Произв.-полигр. пр-тие, 4 вается в положение "1". В память миниЭВМ 24 вводятся показания измерителей 15-18, а по формулам (2) определяется искомый сдвиг фаз, свободный от систематических погрешностей.

Как показали экспериментальные исследования, точность измерения сдвига фаэ составляет 0,7 при использовании измерителей 15-18 с погрешностью 0,2Х на частоте 3 ГГц.

Таким образом, предложенный способ позволяет повысить точность измерения в 3 раза.

Формула изобретения

Способ измерения сдвига фаэ, заключающийся в том, что суммируют опорный и измеряемый сигналы, сдвигают измеряемый сигнал на 90, вновь сум-. мируют опорный и сдвинутый измеряемый сигналы, измеряют квадраты амплитуд первого и второго суммированных сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, измеряют квадраты амплитуд опорного и измеряемого сигналов, проводят К /К > 4 дополнительных измерений амплитуд измеряемого, первого суммированного и второго суммированного сигналов, сохраняя при этом амплитуду опорного сигнала постоянной, причем в 1 -м дополнительном измерении суммируют с измеряемым фазовым сдвигом j --й "дополнительный фазовый сдвиг, изменяя также амплитуду измеряемого сигнала в К5 раз, а измеряемый фазовый сдвиг 555 определяют по формулам:

1 "4 "3U1 каем

Ц а С5155(sec 9 +

2кък -40,0, 5 U3= Uñ кто

Я *с5 cCoS

2к,k, Дд где К5, К, К>, К вЂ” коэффициенты;

Ф вЂ” сдвиг фаз, для определения которых используются значения квадратов амплитуд опорного 0,, измеряемого 0, суммарного 0 и второго суммарного V4 сигналов, а также ЗК дополнительных измерений квадратов амплитуд измеряемого, суммарного и второго суммарного сигналов.

Тираж 728 Подписное

r. Ужгород, ул. Проектная, 4