Способ измерения сдвига фаз

Способ измерения сдвига фаз

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике.Цель изобретения - повьшение точности измерения , расширение функциональных возможностей способа. Данный способ реализуется следующим образом.Из исследуемых сигналов формируются последовательности импульсов, которые сравниваются во времени с опорной Пуск F-UfSin F UgSin(t fyt-Kf) г последовательностью импульсов.Затем осуществляется вьщеление центральных импульсов пакетов совпадений путем определения моментов взаимного перехода передних фронтов импульсов исследуемых сигналов относительно передних фронтов импульсов опор- - ной последовательности и моментов взаимного перехода задних фронтов импульсов этих последовательностей. Временные интервалы, которые характеризуют сдвиг фаз, формируют путем подсчета импульсов опорной частоты от начала первого центрального импульса совпадений до начаЛа второго центрального импульса в первой трансформированной последовательности и в промежутке между началом первых центральных импульсов первой и второй трансформированных последовательностей соответственно, 5 стройство, реализующее данный способ, содержит К5 сю gi 00 Фиг. 2

СО1ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 G 01 R 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3897339/24-21 (22) 20.05,85 (46) 23.01.87,Бюл. № 3 ,(71) Харьковский автомобильно-дорож— ный институт им. Комсомола Украины (72) О.В.Денисенко и В.Е.Тырса (53) 621.317.373 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР . № 748273, кл. G 01 R 25/00, 1977.

Авторское свидетельство СССР № 1187097, кл. G О1 R 25/00, 10.05.84, (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИ 1 СДВИГА ФАЗ (57) Изобретение относится к информационно-измерительной технике. Цель изобретения — повышение точности измерения, расширение функциональных воэможностей способа. Данный способ реализуется следующим образом.Из исследуемых сигналов формируются последовательности импульсов, которые сравниваются во времени с опорной

Пуск

ÄÄSUÄÄ 1285397 А1 последовательностью импульсов. Затем осуществляется выделение центральных импульсов пакетов совпадений путем определения моментов взаимного перехода передних фронтов импульсов исследуемых сигналов относительно передних фронтов импульсов опор-ной последовательности и моментов взаимного перехода задних фронтов импульсов этих последовательностей.

Временные интервалы, которые характеризуют сдвиг фаз, формируют путем подсчета импульсов опорной частоты от начала первого центрального импульса совпадений до начапа второго центрального импульса в первой трансформированной последовательности и в промежутке между началом первых центральных импульсов первой и второй трансформированных последовательностей соответственно, Устройство, реализующее данный способ, содержит 1285397 формирователи 1,2 импульсов, формй- 10-13, 24, 30; 17,18,14,15,24 — со рователи 3-6, 8,9,20,21,25,26 остро счетным входом, 22 пуска; элементы конечных импульсов, генератор 7 им- 16,19,23,28,31 совпадений; счетчипульсов опорной частоты, триггеры ки 29,32, микропроцессор 33. 3 ил.!

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к фаэовым измерениям, и может быть использовано для измерения сдвига фаз между двумя периодическими сигналами с получением результата в виде цифрового кода,пригодного для ввода в ЭЦВМ.

Цель изобретения — повышение точности измерения и Расширение функ- 10 цианальных возможностей способа.

На фиг.l представлены диаграммы формирования временньм интервалов для определения сдвига фаз; на фиг.

2 - блок-схема устройства для реали- 5 зации предлагаемого способа; на фиг. 3 — временные диаграммы выделения моментов периодов передних и эад— них фронтов импульсов для случая непрерывного совпадения импульсов. 20

Устройство (фиг. 2) содержит формирователи 1 и 2 импульсов, формирователи 3-6 остроконечных импульсов,генератор 7 импульсов опорной частоты, формирователи 8 и 9 остроконечных импульсов, триггеры 10-13, триггеры

14 и 15 со счетным входом, элемент

16 совпадений, триггеры 17 и 18 со счетным входом, элемент 19 сов адений, формирователи 20 и 21 остроко- -30 нечиых импульсов, триггер 22 пуска, элемент 23 совпадений, триггер 24 со счетным входом, формирователи 25 и

26 остроконечных импульсов, триггер

27, элемент 28 совпадений, счетчик . 29, триггер 30, элемент 31 совпадений, счетчик 32 и микропроцессор 33.

Выход формирователя I соединен с входами формирователей 3 и 4 остроконечных импульсов, входом Т триг- 40 гера 10 и входом Т триггера 11.

Выход формирователя 2 соединен с входами формирователей 5 и 6 остроконечных импульсов, входом Т> триггера 12 и входом Т триггера 13. Генератор 7 импульсов опорной частоты

2 соединен с входами формирователей

8 и 9 остроко. ечных импульсов, входами Т триггеров 10 и 12, входами элементов 28 и 31 совпадений и входами Т триггеров 11 и 13, Выход формирователя 3 остроконечных импульсов соединен с S-входом триггера 10, R-вход которого соединен с выходом формирователя 8 остроконечных импульсов и R-входом триггера 12, S-вход которого соединен с выходом формирователя 5 остроконечных импульсов.Выход формирователя 4 остроконечным импульсов соединен с R-входом триггера 11, S-вход которого соединен с выходом формирователя 9 остроконечных импульсов и S-входом триггера 13, R-вход которого соединен с выходом формирователя 6 остроконечных импульсов. Выход триггера 10 через триггер 14 соединен с входом элемента 16 совпадений, второй вход которого через триггер 15 соединен с выходом триггера 11, а выход через формирователь

20 остроконечных импульсов соединен с входом элемента 23 совпадений, второй вход которого соединен с выходом

RS-триггера 22, а выход через триггер 24 — с входами формирователей

25 и 26 остроконечных импульсов, при этом выход первого из них соединен с S-входами RS-триггеров 27 и 30, а выход второго — с R-входами RSтриггеров 22 и 27 и входом микропроцессора 33. Выход RS-триггера 27 через элемент 28 совпадений и счетчик

29 соединен с вторым входом микропроцессора 33, третий вход которого через последовательно соединенные счетчик 32, элемент 31 совпадений, RSтриггер 30 и формирователь 21 остроконечных импульсов соединен с выходом элемента 19 совпадений, один вход которого через триггер 17 соединен с выходом тригера12, а другой че— реэ тригер 18 — с выходом тригера 13 .

1285397

Сущность способа заключается в следующем.

Из исследуемых периодических сигналов формируются последовательности импульсов длительностей, и, син- 5 фазных с исследуемыми сигналами,искомый угол сдвига фаз между которыми соответствует временному сдвигу (фиг.1а,б). Если необходимо определить фазовый сдвиг у регулярных импульсных последовательностей, то в качестве исходных сигналов используют импульсы этих последовательностей.

Далее из каждой последовательности импульсов формируют отдельно последовательности остроконечных импульсов, соответствующих передним (фиг, 1,е, ж) и задним (фиг.1,з,и) фронтам импульсов исследуемых сигналов. Такие же последовательности остроконечных импульсов, соответствующие передним и задним фронтам импульсов, формируются из импульсов длительностью 1 опорной частоты f .

Затем формируют передний фронт центрального импульса (или серии центральных импульсов) пакета совпадений в первом и во втором измерительных каналах. Для этого на логи- 30 ческие элементы первого канала, пред— назначенные для формирования переднего фронта центрального импульса, подают последоватеЛьность остроконечных импульсов, соответствующих перед- З ним фронтам первой последовательности исследуемых импульсов (фиг.!,е), и импульсы опорной частоты, а момент формирования фронта определяется моментом взаимного перехода остроко- 40 нечного импульса относительно переднего фронта импульсов опорной частоты (фиг.1,м). Формирование переднего фронта центрального импульса во втором канале осуществляется идентично 45 путем определения момента взаимного перехода остроконечных импульсов, полученных из второй последовательности исследуемых сигналов, и переднего фронта импульса опорной частоты 5р (фиг.1,о).

Для формирования задних фронтов центральных импульсов в первом измерительном канале на логические элементы этого канала соответственно 55 подаются остроконечные импульсы задних фронтов первой последовательности исследуемых импульсов (фиг.1,з) и импульсы опорной частоты. При этом

Т вЂ” i = Т

2 1 2 3 2: где Ф = T-i 1

С . з

В этом случае даже при непрерывном совпадении импульсов (фиг. 3) возможно выделить моменты переходов как передних, так и задних фронтов импульсов исследуемых последовательностей и опорной частоты относительно друг друга.

Для предлагаемого способа наиболее благоприятным условием формирования центрального импульса пакетов совпадений является случай, когда g А lg f д . Из временныа диаграмм момент образования фронта соответствуетт моменту вз аимно го перехода один относительно другого остроконечных импульсов и задних фронтов импульсов опорной частоты (фиг,1,н). Таким же образом формируется задний фронт центрального импульса и во втором канале (фиг,1,п), для чего используются последовательности импульсов (фиг.1, в,б) и (фиг.1, и,л). Центральные импульсы первого и второго каналов формируют по импульсам переднего и заднего фронтов соответствующих каналов (фиг.1, р,с).

Граничные условия, определяющие функциональные возможности способа формирования центральных импульсов пакетов совпадений для измерения сдвига фаз, вытекают из следующих соображений. Если длительности исследуемых сигналов и сигнала опорной частоты Lie L2, а их периоды

Т, — 1/f и Т вЂ” 1/fq то для того 9 чтобы в процессе совпадений можно было выделить моменты перехода остро-конечных импульсов фронтов через соответственно передний и задний фронты импульса опорной частоты, достаточно обеспечить выполнение условия

+iç о 2 /Т -Т2; 2+,)2 /Т

При этом (в крайнем случае) образуются всего два импульса совпадений, а практически, когда реализуемая длительность формируемых импульсов намного превышает значение hT

/Т -T /, образуется не одна пара

2 совпавших импульсов, а пакет импульсов. Однако для .реализации предлагаемого способа необходимо также, чтобы

Х1+ Ь ) 2 /Т1 Т2 /1 (2) 12853 (фиг. 1) видйо, что в этом случае можно выделить всего лишь один цент- ральный импульс.

Eсли же 11 + 2 w i>, то се совпадений образуется ряд цент- 5 ральных,импульсов, длительность которых соответствует длительности более короткого из участвующих в совпадении, а их количество определяется следующими выражениями:

1 4- < I 14i- 4 1 f f

Ъ 2 °

hT

1 2 - 1 1 1 2 - з1Еу Е . 15 (3), т /f,--f / где ЬТ /Т -T2,/ = И,-f / Г Ю

N< и . N<<. - количество центральных импульсов в пакетах первого и второ- 20 го каналов.

Процесс измерения сдвига фаз заключается в формировании двух временных интервалов (фиг. l р,с) и определении искомого значения согласно 25 следующему выражению: Р = — — 360 = — — 360

te о ТФ о

Т, Т, = — — 360 (4) 30

Ш

Э где n m — цифровые эквиваленты

Т и Т> определяемые как количество периодов Т> опорной частоты между центральными импульсами первого пакета в первом канале и первого пакета во втором канале и между центральными импульсами первого и второго пакетов в первом канапе соответственно.

Таким образом, в качестве границ получаемых временных интервалов ис40 пользуют центральные импульсы пакетов совпадений, которые выделяют не по начальным и конечным импульсам пакетов, а формируют непосредственно. в моменты полного .совпадения импульсов исследуемых последовательностей и импульсов опорной частоты (для 1 =Ф = i ), т.е. в моменты взаимного перехода относительно друг друга соответствующих фронтов импульсов указанных последовательностей,Эти временные интервалы (Т, и Т ) заполняют опорной частотой и по числу периодов Т2 определяют значение фазово. го сдвига. 55

В соответствии с (1) и (2) граничные частотные возможности извест—

97 6 ного и предлагаемого способов опреде ляются минимальными значениями (М 9 аз. Однако для известного способа максимально возможная частота f 1 определяется из выражения

Т = l/f ) 2, а для предлагаемого способа Т >% + DT. Поскольку иэ

1 (1) следует, что i,)> AT, то частотные возможности предлагаемого способа шире, чем у известного. Кроме того предлагаемый способ может быть реализован и при 1, << и <>) Т /2 .и T2/2, что также расширяет его функциойальные во зможности.

Устройство работает следующим образом.

Исследуемые периодические сигналы с частотой f формирователями 1 и 2 преобразуются в последовательности импульсов длительностей г Я (фиг. 1, а,б) . Так как импульсы входных последовательностей синфазны с исследуемыми сигналами, то между ними сохраняется искомый сдвиг фаз 4 с соответствующим ему временныМ сдви-. гом t>. Далее входные последовательности импульсов поступают на формирователии 3 — 6 о стро конечных импуль сов передних и задних фронтов (в простейшем случае — это цепочки, дифференцирующие исходные импульсы) . Генератор 7 вырабатывает импульсы, длительнОсть KoTopblx = = д а частО та их следования f (опорная частота) близка частоте f входных исследуемых сигналов. Импульсы опорной частоты подаются на формирователи

8 и 9 остроконечных импульсов переднего и заднего фронтов.

С выходов формирователей 1,3,4, 8 и 9 и генератора 7 последовательности импульсов поступают на информационные и тактовые входы триггеров

10 и 11 первого измерительного канала (триггеры 10 и 11, как и триггеры 12 и 13, представляют собой тактируемые RS-триггеры, которые переходят в состояние "1" при одновременном поступлении импульсов по входам

S и Т и устанавливаются в состояние "0 при одновременном поступлении импульсов.по входам R и Т, при комбинации сигналов R " "Т - S Т1 = 1 триггер принимает единичное состояние, а во всех других случаях он своего состояния не меняет).

На выходе триггера 10 формируется последовательность импульсов

1285397 (Фиг,1,м), передний фронт каждого из которых соответствует переднему фронту центрального импульса пакета в первом канале. С выхода триггера

i1 таким же образом получают последовательность импульсов, передний фронт каждого из которых соответствует заднему фронту центрального импульса (фиг.1,н). Триггеры 12 и 13 выполняют такие же функции для формирования переднего и заднего фронтов центральных импульсов пакетов совпадений во втором канале. Счетные триггеры 14 15 и элемент 16 совпадений с одним инверсным входом окончательно формируют центральный импульс пакета в первом канале (фиг.1,р).

Триггеры 17, 18 и элемент 19 совпадений формируют центральные импульсы пакетов совпадений во втором канале.

С выходов элементов 16 и 19 центральные импульсы пакетов поступают на соответствующие формирователи 20 и

21 остроконечных импульсов. !

В соответствии с (4) по команде

1t tt

Пуск триггер 22 опрокидывается,раз.решая прохождение через элемент 28 совпадений импульса, соответствующего переднему фронту центрального импульса с формирователя 20. Первый по счету такой импульс (после команды "Пуск" ) опрокинет триггер 24 со счетным входом в единичное состояние, а второй импульс возвратит его

Г в нулевое. При. этом формирователи

25 и 26 остроконечных импульсов,подключенные к выходу триггера 24, вы;делят первый и второй импульсы с

Г формирователя 20 в виде остроконечных импульсов переднего и заднего фронтов соответственно, Эти импульсы подаются на информационные входы триггера 27, который по приходу импульса с формирователя 25 опрокидывается и разрешает прохождение через элемент 28 совпадений импульсов опорной частоты в счетчик 29 первого канала. Триггер 27 остается в опрокинутом состоянии и запись в счетчик

29 продолжается до тех пор, пока на

R-вход триггера 27 не поступит импульс с формирователя 26. Таким образом, в счетчике 29 будет зафиксировано m импульсов, определяющих период следования пакетов в первом канале.

Подсчет количества импульсов и во втором канале осуществляется следующим образом, После команды "Пуск" и прохождения через элемент 23, триггер 24 и формирователь 25 сигнала формирования переднего фронта первого центрального импульса в первом канале потенциал на выходе триггера

30 разрешает прохождение импульсов опорной частоты через элемент 31

10 совпадений в счетчик 32 второго ка нала. Импульс с формирователя 21, соответствующий переднему фронту первого центрального импульса во втором канале, возвращает триггер

30 в исходное состояние и элемент

31 совпадений закрывается. В счетчик 32 будет зафиксировано и импульсов опорной частоты.

Триггер 22 возвращается в исход20 ное состояние импульсом с формирователя 26 по приходу второго центрального импульса в первом канале.

Этот же импульс поступает на микро- процессор 33, разрешая обработку полученных кОдОВ и и ш В сООТВетст вии с (4) .

В представленной схеме устройства для случая I = = отдельз ные ее блоки (формирователи 4,6,9, триггеры 1 1, 13, 14, 15, 1 7, 18 и элементы 16,19) могли бы быть исключены, однако они являются необходимыми в нем в случае 1 Ф < + t.g.

При использовании предлагаемого способа по сравнению с известным по35 вышается точность результата измерений и расширяются его функциональные возможности.

Повышение точности измерения дос.тигается исключением погрешности определения центрального импульса,связанной с погрешностью определения начала и конца пакета совпадений.Кроме того, при непосредственном выделении центрального импульса пакета работать приходится с наиболее мощными импульсами, у которых наиболее высокий уровень отношения сигнал — шум.

При этом при более точном опреде50 ленин центрального импульса пакета снижаются погрешности квантования измерения временных интервалов Т и Т °

55 ,, Формула изобретения

Способ измерения сдвига фаз, основанный на трансформации фазового сдвига на низкую частоту путем сравнения во времени последовательностей

1285397 импульсов, сформированных иэ исследуемых сигналов, с опорной последовательностью импульсов и последующим выделением центральных импульсов пакетов совпадений для 5

1 время-импульсного преобразования временных интервалов,опреде- .

I ляющих сдвиг фаз, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения функциональных возможностей способа, выделяют центральные импульсы пакетов совпадений непосредственно путем определения моментов взаимного перехода передних фронтов импульсов исследуемых сигналов относительно передних фронтов импульсов опорной последовательности и моментов взаимного перехода задних фронтов импульсов этих последовательностей, а временные интервалы,цля определения сдвига фаэ формируют путем подсчета импульсов опорной частоты от начала первого центрального импульса совпадений до начала второго центрального импульса в первой трансформированной последовательности и от начала первого центрального импульса в первой трансформированной последовательности до начала первого центрального импульса во второй трансформированной последовательности.

285397

Составитель. M. Катанова

Редактор С. Пекарь Техред И.Попович Корректор Л, Пилипенко

Заказ 7639/47 Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

l13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4