Устройство для измерения фазового сдвига сигналов

Устройство для измерения фазового сдвига сигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

»oIo3 Соввтсиии

Соцнапистичесиие

Ресяубл

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Занвлено 1 01. 80 (21) 2867842/ 8-2 с присоединением заявки !/е1 (23)Приоритет

{51) М. Кл.

G О1 R 25/00

ЕввУАаРЕтЕЕКЕй1! КЕНИтат

CCCP ав делен вэееретенк!! и етермтк!!

Опубликовано 23.09.81. Бюллетень М 35

Дата опубликования описания 25. 09. 8!

{5З) ЛК621.317. . 77 (088.8) 1

В. К. Алексеева, В. Н. Гомзин, А. А. Елисеев,! Э. Л. Катаев;-«-,:

Л. С. Турнецкий и В. Л. Драгунов е / (72) Авторы изобретения е

Ленинградский институт авиационного приборос роенйсно .,„

Иинистерстне ниснего и среднего ббрееоеенин РСФСР ----- ) (71) Заявитель . (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВОГО СДВИГА СИГНАЛОВ

Изобретение относится к устройствам для измерения фазового угла между напряжениями или токами.

Известны устройства для измерения фазового сдвига сигналов осциллографическим способом. Измерение фазового сдвига в этих устройствах осуществляется по положению изображений светящихся меток на экране электроннолучевой трубки Г1).

Однако эти устройства обладают

10 низкой точностью измерения ° ввиду . влияния на результаты измерения параметров трубки и субъективности исследователя.

Известен также векторомерный ба1% лансный фазовый детектор, содержащий блоки сложения и вычитания, два детектора и второй блок вычитания, первый и второй входы которого соответственно соединены с выходамн первого и второго детекторов, входы которых соединены с выходамн блока сложения и вычитания соответственно, первый

2 вход блока сложения соединен с первой входной клеммой устройства и со вторым входом блока вычитания, первый вход которого соединен со второй входной клеммой устройства и со вторым входом блока. сложения (2).

Основным недостатком векторомер" ного фазового детектора является узкая область функциональных возможностей, обусловленная. тем, что он однозначно измеряет фазовый сдвиг сигналов только в узком .диапазоне от 0 дО 180ое

Цель изобретения — расщкрение функциональных воэможностей путем расюирения диапазона однозначного измерения фазового сдвига сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения фазового сдвига сигналов, содержащее блок сложения, блок вычитания, два ампли-, тудных детектора, входы которых соединены соответственно с выходами блока сложения и блока вычитания, 866500

Устройство для измерения фазового сдвига сигналов работает следующим образом.

На первую и вторую входные клеммы устройства подаются соответственно сигналы U<(t) и Uq(t), имеющие одинаковые амплитуды, фазовый сдвиг 4 между которыми надо измерить. На выходе блока J сложения образуется сигнал 0 а равный векторной сумме входных сигналов (фиг. 2), который подается одновременно на вход первого амплитудного детектора 3 и на первый вход фазового детектора 7.

На выходе блока 2 вьлитания образупервый вход блока сложения соединен с первой входной клеммой устройства и со вторым входом блока вычитания, первый вход которого соединен со второй входной клеммой устройства и со вторым входом блока вычитания, первый вход которого соединен со второй входной клеммой устройства,и со вторым входом блока сложения, введены два регулируемых усилителя, сглаживающий фильтр, фазовый детектор н блок формирования оценки, причем выходы амплитудных детекторов соединены с первыми входами первого и второго регулируемых усилителей соответственно,вторые входы которых соединены между собой и с выходом сглаживающего его фильтра, вход которого соединен с выходом первого регулируемого усилителя, выход второго регулируемого усилителя соединен с первым входом блока формирования оценки, второй вход которого соединен с выходом фазового детектора, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами блоков сложения и вычитания, выход блока формирования оценки соединен с выходной клеммой устройства.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства для измерения фазово-о сдвига сигналов; на фиг. 2 — векторные диаграю ы, пояснякяцие процессы, происходящие s устройстве; на фиг. 3 — характеристика устройства..

Устройство содержит блок 1 сложения, блок 2 вычитания, первый амплитудный детектор 3,второй амплитудный детектор 4,первый регулируемый усилитель 5,второй регулируемый усилитель б,фазовый детектор 7, сглажнвакяций фильтр 8, блок 9 формирования оценки. I 5

55 ется сигнал U>, равный векторной разности входных сигналов (фиг. 2), который подается одновременно на вход второго амплитудного детектора 4 и на второй вход фазового детектора 7.

Рассмотрим взаимоотношения между суммарными 0 и разностными Од сигналами (фиг. 21 при различных фазовых сдвигах йЧ входных сигналов. Сначала рассмотрим фазовые соотношения между ними. Общим для всех случаев является то, что сигналы U и 0 ортогональны и фазовый сдвиг между ними!Ч . 1-=. 90

2i д . t так как они являются диагоналями ромба, образованного входными сигналами

U„(t) н U<(t). Если 0 <ь < 180 то во всех этих случаях М = + 90

8 о

ЯЛ

Если 180<4 < 360,то в этих слУчаЯх Я-90.

Это свойство позволяет определить. является величина аЧ меньше 180 или о о больше 180 . Для этого суммарный сигнал U> подается на первый вход фазового детектора 7, на второй вход которого подается разностный сигнал О . Фазовый детектор вырабатывает напряжение положительной полярности, если фазовый сдвигМ,5между суммарными U и разностными U напряжениями равен

+90 (фиг. 2 а, б, в) и вырабатывает напряжение отрицательной полярности, если Ч -90 (фиг. 2 д, ж, е) . Теперь рассмотрим амплитудные соотношения между Ug и 0 (фиг. 2) . Из построения векторных диаграмм видно (фиг. 2 а, б, в), что с увеличением

М от О до 180 происходит монотонное увеличение амплитуды разностного сигнала 1UA1 и монотонное уменьшение амплитуды суммарного сигнала I0211, причем при Ч 90 1U@1 = 1051. Дальнейшее увеличение ЬМ приводит к тому, что амплитуда разностного сигнала

1 Од! монотонно уменьшается, а амплитуда суммарного сигнала IU l монотонно увеличивается, Причем, как видно из построения диаграмм, соотношения амплитуд 1Ugl и 1U 1 сохраняются при зеркальном повороте векторов относительно опорного вектора U (t) из нижней полуплоскости в верхнюю и наобоо рот. Это говорит о том, что 10 1и ! Ug1 одинаковы для одинаковых h9 отсчитываемых по часовой стрелке и против часовой стрелки. С увеличением

h V происходит увеличение отношения — в пределах от О до 180

1На1 о о

10 11

Напряжение, пропорциональное огибакяцей суммарного сигнала 10 1с выхо5

Формула изобретения

56

5 86 да первого амплитудного детектора 3 поступает на первый вход первого регулируемого усилителя и далее через сглаживающий фильтр 8 на вторые входы первого и второго регулируемых усилителей 5 и 6. При этом напряжение на выходе первого регулируемого усилителя 5 по сигналам обратной связи с выхода сглаживающего фильтра 8, поддерживается постоянным, а напряжение, пропорциональное огибающей разностного сигнала 1Оа1, поступающее на первый вход второго регулируемого усилителя 6 с выхода второго амплитудного детектора 4, во втором регулируемом усилителе 6 изменяется по величине под действием управляющего напряжения с выхода сглаживающего фильтра 8, поступающего на его второй вход, обратно пропорционально величине огибающей суммарного сигнала (0 1. В результате этого выходное напряжение второго регулируемого усилителя 6 пропорционально отношению огибающей раэностного сигнала и огибающей суммарного сигнала )U l, 0а1 т.е. 10, а следовательно, характе2 ризует величину абсолютного значения сдвига фаз }a М! входных сигналов

Uq(t) и Ug(t) в пределах от 0 до о

180 . Это напряжение поступает далее на первый вход блока 9 формирования оценки, на второй вход которого поступает напряжение положительной или отрицательной полярности с выхода фазового детектора 7. В блок 9 формирования оценки, формируется сигнал, величина которого пропорциональна величине сигнала с выхода второго регу" лируемого усилителя 6, а полярность соответствует полярности сигнала с выхода фазового детектора 7. При этом, если фазовый сдвиг входных сигналов

0 (й) и u (t) находится в пределах от

0 до 180, то вырабатывается сигнал положительной полярности и величиной однозначно определяющей величину ф в этом диапазоне (фиг, 2 г), а если фазовый сдвиг находится в пределах от 0 до †)80, то вырабатывается о сигнал отрицательной полярности и величиной однозначно определяющей величину hV в этом диапазоне (фиг. 2 э) .

Таким образом, выходное напряжение блока 9 формирования оценки, однозначно соответствует фаэовому сдвнгу входных сигналов устройства u„(t) и

0q(t) в диапазоне углов от 0 до

6500 6

360 . Выходное напряжение блока 9 формирования оценки поступает йа выход устройства для измерения фазового сдвига сигналов.

Устройство для измерения фазового сдвига сигналов позволяет осуществлять однозначное измерение фазового сдвига в широком диапазоне с высокой точностью. Устройство обладает существенными преимуществами по сравнению с известными по широте функциональных возможностей, вследствие широкого диапазона однозначного измерения фазового сдвига сигналов, что достигаетсЯ простыми техническими средствами.

Устройство для измерения фазового сдвига сигналов, содержащее блок сложения, блок вычитания, два амплитудных детектора, входы которых соединены соотв< тственно с выходами блока сложения и блока вычитания, первый вход блока сложения соединен с первой входной клеммой устройства и со вторым входом блока вычитания, первый вход которого соединен со входной клеммой устройства и со вторым входом

30 блока вычитания, первый вход которого соединен со второй входной клеммой устройства и со вторым входом блока сложения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей в него введены два регулируемых усилителя,сглаживающий фильтр, фазовый детектор и блок формирования оценки, причем выходы амплитудных детекторов соединены с первыми входами первого и второго регулируемых усилителей соответственно,вторые входы которых соединены между собой и с выходом сглаживающего фильтра, вход которого соединен с выходом первого регу" лируемого усилителя, выход второго регулируемого усилителя соединен с первым входом блока .формирования оценки, второй вход которого соединен с выходом фазового детектора, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами блоков сложения и вычитания, выход блока формирования оценки соединен с выходной клеммой устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

866500

1. Мирский Г. Я. Радиоэлектронные измерения. М., "Энергия", 1975, с. 210, рис. 4.20.

2. Капланов И.P. н Левин В.А. Автоматическая подстройка частоты.

М.-Л.,"Энергия",1967 с.200 рис.7-1, 866500

Составитель Н. Агеева

Редактор Г. Волкова Техреду А.Савка Корректор А Ференц

Заказ 8072/68 Тирах 735 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1)3035. Москвад Ж-35 Раушская наб. д. 4/5

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