RU1831687C - Method for measurement of phase shift of two sinusoidal signals - Google Patents

Method for measurement of phase shift of two sinusoidal signals

Info

Publication number
RU1831687C
RU1831687C SU925048233A SU5048233A RU1831687C RU 1831687 C RU1831687 C RU 1831687C SU 925048233 A SU925048233 A SU 925048233A SU 5048233 A SU5048233 A SU 5048233A RU 1831687 C RU1831687 C RU 1831687C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signals
phase shift
values
signal
sinusoidal signals
Prior art date
Application number
SU925048233A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Георгиевич Келехсаев
Original Assignee
Б.Г.Келехсаев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Б.Г.Келехсаев filed Critical Б.Г.Келехсаев
Priority to SU925048233A priority Critical patent/RU1831687C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1831687C publication Critical patent/RU1831687C/en

Links

Landscapes

  • Measuring Frequencies, Analyzing Spectra (AREA)

Abstract

Использование: измерительна  техника , определение фазовых сдвигов 90° между колебани ми одной частоты. Сущность изобретени : совершив простейшее действие над исследуемыми сигналами, деление их величин друг на друга, однозначно определ ют фазовый сдвиг 90° между этими сигналами по отсутствию различи  между модул ми выбранных разнопол рных значений сигнала-частного в моменты времени ti и t2 внутри полупериода сигнала-делител , равноотсто щие по времени от середины рассматриваемого полупериода. 3 ил.Usage: measurement technique, phase shift detection 90 ° between oscillations of the same frequency. Summary of the invention: having performed the simplest action on the signals under study, dividing their values by each other, the phase shift of 90 ° is uniquely determined between these signals, by the absence of a difference between the modules of the selected bipolar signal-private values at times ti and t2 within the half-period of the divider signal, equally spaced in time from the middle of the half-period under consideration. 3 ill.

Description

Изобретение относитс  к области измерительной техники, а именно к способам определени  соотношений фаз двух синусоидальных сигналов, в частности к способам Определени  фазового сдвига 90 градусов сигналов напр жени  или тока одной частоты и предназначено дл  преимущественного использовани  в прецизионных устройствах инфранизкочастотного диапазона , когда амплитуды сигналов могут значительно различатьс  между собой и мен тьс  в широких пределах.The invention relates to the field of measurement technology, and in particular to methods for determining the phase ratios of two sinusoidal signals, in particular to methods for determining a phase shift of 90 degrees of voltage or current signals of the same frequency and is intended for predominant use in precision devices of the low-frequency range, when the signal amplitudes can significantly vary and vary widely.

Цель изобретени  - повышение точности определени  фазового сдвига 90° двух синусоидальных сигналов.The purpose of the invention is to improve the accuracy of determining the 90 ° phase shift of two sinusoidal signals.

При делении двух синусоидальных сигналов одной частоты сигнал-частное представл ет собой функцию времени: - ffrHAsK#t + F,)(wt + F2}} (1} где К - A/BvBsln(w t + Рг)гМ): Fi и Fa - фазы двух исследуемых сигналов, а А и В - амплитуды исследуемых колебаний. Функци  f(t) будет периодически прерывной функцией , а по виду напоминать функцию тангенсов или контангенсов.When dividing two sinusoidal signals of the same frequency, the signal-to-frequency is a function of time: - ffrHAsK # t + F,) (wt + F2}} (1} where K is A / BvBsln (wt + Pr) gM): Fi and Fa are the phases of the two studied signals, and A and B are the amplitudes of the studied vibrations.The function f (t) will be a periodically discontinuous function, and in appearance it will resemble the function of tangents or contangents.

В случае Fi F2, выражение (1) можно записать аналогично с (6) следующим образом дл  , Я/2 и . « ПIn the case of Fi F2, expression (1) can be written similarly to (6) as follows for,, / 2 and. " P

f(t) K cosF0 + sinFoCtg(2m/T), (2) f (t) K cosF0 + sinFoCtg (2m / T), (2)

где л/ w FO - разность фаз между исследуемыми сигналами. А в случае , Fi 0. можно вписать дл  ,- лУ2Ј Fo 0 и .-лг. Р0$.-л/2 (6):where l / w FO is the phase difference between the studied signals. And in the case, Fi 0. can be entered for, - ЛУ2Ј Fo 0 и.-Лг. P0 $ .- l / 2 (6):

f(t) К(t/fcosFo + sin Foctg(2лг/Т)} (3)f (t) K (t / fcosFo + sin Foctg (2lg / T)} (3)

Положив Fo -270° или Fo 90° (первый вариант фазового сдвига 90 градусов между двум  синусоидальными сигналами), будем иметь следующие значени : sin F0 0;Putting Fo -270 ° or Fo 90 ° (the first variant of a phase shift of 90 degrees between two sinusoidal signals), we will have the following values: sin F0 0;

00 Сл00 Сл

ON 00ON 00

XIXi

соwith

cos Fo 1. Подставл   эти значени  в выражении (2) и (3), получим, соответственно:cos Fo 1. Substituted these values in the expression (2) and (3), we obtain, respectively:

f(t)(27rt/T) f(t)(2jrt/T)f (t) (27rt / T) f (t) (2jrt / T)

(4) (5)(4) (5)

Положив Fo 270° или F0 -90° (второй возможный вариант фазового сдвига 90 градусов между двум  синусоидальными сигналами ) будем иметь следующие значени : sinF0 -1, cosFo 0. Подставл   их в выражени  (2) и (3), получим, соответственно:Putting Fo 270 ° or F0 -90 ° (the second possible phase shift of 90 degrees between two sinusoidal signals) we will have the following values: sinF0 -1, cosFo 0. Substituting them in expressions (2) and (3), we obtain, respectively:

f(t)(27rt/T) f(t) (27rt/T)f (t) (27rt / T) f (t) (27rt / T)

Следовательно, в случае фазового сдвига 90 градусов, получим функцию f(t) в виде функции тангенса или контангенса. умноженных на коэффициенты К или -К, то есть будем иметь функцию f(t), симметричную относительно момента времени t(0), соответствующего середине рассматриваемого полупериода. Коэффициент -± К будет определ ть лишь наклон функции f(t).Therefore, in the case of a phase shift of 90 degrees, we obtain the function f (t) in the form of a tangent or contangent function. multiplied by the coefficients K or -K, that is, we will have a function f (t) symmetric with respect to the time t (0) corresponding to the middle of the half-period under consideration. The coefficient - ± K will only determine the slope of the function f (t).

Определим величину q, показывающую относительное приращение в процентах функций выражений (4), (6), при малых отклонени х от фазовых сдвигов 90 градусов между исследуемыми сигналами, какWe define a quantity q showing the relative increment in percent of the functions of expressions (4), (6), for small deviations from the phase shifts of 90 degrees between the signals under study, as

/q/(a1/a2)100%./ q / (a1 / a2) 100%.

где ai К cosFo+K sinF0 ctg(2 л: ctg x x(2   t/T);where ai K cosFo + K sinF0 ctg (2 L: ctg x x (2 t / T);

32 Kctg(2 jrt/t)32 Kctg (2 jrt / t)

После упрощени  выражени  (8) принимает вид:After simplification of the expression (8) takes the form:

/q/ { cosF0/ctg(2 лt/T) +/ q / {cosF0 / ctg (2 lt / T) +

+ sinF0-1}100%(9)+ sinF0-1} 100% (9)

Как видно из (9) величина q не зависит от коэффициента ±К, а зависит лишь от значени  отклонений фазовых сдвигов от 90 градусов и зависит от значени  ctg(2 л t/T), то есть от значени  момента времени ti. Величина (sinFo-1) ПРИ малых отклонени х от 90 градусов стремитс  к нулю, (к примеру, sin 89,9° 0,9999985). Поэтому приращение функции f(t), будет определ тьс  значением первого слагаемого, заключенного в квадратные скобки в выражении (9), увеличива сь при увеличении значени  отклонени  фазового сдвига от 90 градусов. Оценим вли ние выбора моментов времени tt. Котангенс определен на интервале Ж, модуль его достигает значений в несколько дес тков и более при значени х t близких кAs can be seen from (9), the quantity q does not depend on the coefficient ± K, but depends only on the value of the deviations of the phase shifts from 90 degrees and depends on the value of ctg (2 l t / T), i.e., on the value of the time ti. The value (sinFo-1) tends to zero for small deviations from 90 degrees (e.g. sin 89.9 ° 0.9999985). Therefore, the increment of the function f (t) will be determined by the value of the first term enclosed in square brackets in expression (9), increasing with increasing value of the phase shift deviation from 90 degrees. Let us estimate the influence of the choice of time instants tt. The cotangent is defined on the interval G; its modulus reaches values of several tens or more at t close to

нулю или П, то есть на кра х рассматриваемого интервала сигнала-делител , поэтому значение q в этих област х стремитс  к нулю . При значении lctg(2   t/T)| 1, чтоzero or P, i.e., at the edges x of the considered divider signal interval, therefore, the q value in these regions tends to zero. With the value of lctg (2 t / T) | 1 that

5 будет при значени х ti Т/8 и t2 ЗТ/8, величина I q I cos F0. К примеру, при малых отклонени х в 0,1 градус от фазового сдвига 90 градусов имеем следующие значени : cos 89.9 0,001745, и Iql 0,1745%.5 will be at ti T / 8 and t2 3T / 8, I q I cos F0. For example, for small deviations of 0.1 degrees from a phase shift of 90 degrees, we have the following values: cos 89.9 0.001745, and Iql 0.1745%.

10 Следовательно, если вз ть значени  сигналов-частного, имеющие различные знаки в эти моменты времени, то их модули будут различатьс  почти на 0,35%, а если выбирать моменты времени ti и t2 ближе к10 Therefore, if we take the values of the signals-quotient having different signs at these time instants, their modules will differ by almost 0.35%, and if we choose the instants of time ti and t2 closer to

15 середине рассматриваемого интервала, то приращени  Iql будут увеличиватьс  дл  фиксированного значени  F0.15 in the middle of the interval under consideration, the increments Iql will increase for a fixed value of F0.

Аналогично определ етс  приращение дл  функции тангенса из выражени  (5) и (7)Similarly, the increment for the tangent function is determined from expressions (5) and (7)

20 по формуле:20 according to the formula:

Iq (аз-а4) 100%,Iq (az-a4) 100%,

(Ю)(YU)

где аз K{1/ cosF0 + sinF0 ctg(2 л t/T)} 25a4 Ktg(2jrt/T)where az K {1 / cosF0 + sinF0 ctg (2 L t / T)} 25a4 Ktg (2jrt / T)

Выражение аз можно представить в следующем виде:The expression az can be represented as follows:

аз К tg(2 л t/T)(2 л t/t) cos F0 + 30 + sin F0azK tg (2 L t / T) (2 L t / t) cos F0 + 30 + sin F0

Тогда выражение (10) после преобразований будет иметь следующий вид:Then expression (10) after transformations will have the following form:

3535

lql {cos Fo + + ctg(27Tt/T)}100%lql {cos Fo + + ctg (27Tt / T)} 100%

(11)(eleven)

При значении I ctg(2 vt IT)/ 1 при малых отклонени х от 90 градусов будет вылолн тьс  условие cos F0 1. Поэтому из выра- жени  {11) получим iqj cos F0, аналогичное полученному ранее. А если брать моменты времени ц и t2 ближе к середине полупериода сигнала-делител , тоIf I ctg (2 vt IT) / 1 for small deviations from 90 degrees, the condition cos F0 1 will be satisfied. Therefore, from expression {11) we obtain iqj cos F0 similar to that obtained previously. And if we take the time instants q and t2 closer to the middle of the half-period of the divider signal, then

приращени /q/будут также увеличиватьс  дл  фиксированного значени  Fo.increments (q) will also increase for a fixed value of Fo.

Таким образом, при малых отклонени х от фазовых сдвигов 90° двух синусоидальных сигналов значени  функции f(t)cHmanaчастного будут подниматьс  или опускатьс  относительно оси абсцисс, то есть будет нарушатьс  симметри  функции f(t) относительно середины рассматриваемого пол у периода сигнала-делител , а абсолютныеThus, for small deviations from the phase shifts of 90 ° of two sinusoidal signals, the values of the function f (t) cHmana of the individual will rise or fall relative to the abscissa axis, i.e., the symmetries of the function f (t) will be broken relative to the middle of the field under consideration at the period of the divider signal, and absolute

Значени  сигнала - частного в выбранные моменты времени ti и 1г. ровноотсто щие от середины рассматриваемого полупериода будут различатьс  между собой на величину более ошибки метода сравнени .The signal values are the quotient at selected times ti and 1d. evenly spaced from the middle of the half-period under consideration will differ by an amount greater than the error of the comparison method.

Количественна  оценка возможностей предлагаемого способа была проведена путем осциллографировани  исследуемых сигналов и с помощью компьютера, В первом варианте устройство дл  реализации способа (фиг.1) содержит блок делени  1 и осциллограф, вход которого подключен к выходу бока делени  1. а на два входа последнего подают синусоидальные сигналы Ux(t) и Uy{t). В качестве блока делени  были использованы цифровой вольтметр В7-23, работающий в режиме делени , и осциллограф типа С1-ВЗ. Сигналы Ux(t) и Uy{t) имели частоту f 0,2 Гц и амплитуду, соответственно , Ux 200 и Uy 20 мВ. Сдвиг фаз между сигналами задавалс  с помощью фазосдви- гающей ВС-цепи, а сами сигналы формировались из синусоидального сигнала с выхода генератора типа ГЗ-110, выходна  амплитуда сигнала U - 2-10 мА делилась в 10 и в 100 раз, соответственно.A quantitative assessment of the capabilities of the proposed method was carried out by oscillographing the signals under investigation and using a computer. In the first embodiment, the device for implementing the method (Fig. 1) comprises a division unit 1 and an oscilloscope, the input of which is connected to the output of the division side 1. and is fed to the two inputs of the latter sinusoidal signals Ux (t) and Uy {t). As a division unit, a digital voltmeter B7-23 operating in the division mode and an oscilloscope of the C1-VZ type were used. The signals Ux (t) and Uy (t) had a frequency f of 0.2 Hz and an amplitude of Ux 200 and Uy of 20 mV, respectively. The phase shift between the signals was set using the phase shifting BC circuit, and the signals themselves were formed from a sinusoidal signal from the output of the GZ-110 type generator, the output amplitude of the U - 2-10 mA signal was divided by 10 and 100 times, respectively.

По второму варианту способ был проверен на компьютере IBM PC/AT. Синусоидальные сигналы с частотой f 0,2 Гц и менее при частоте дискретизации 200 Гц и амплитудами с условными единицами А 2-104 и В 2-103 моделировались с помощью компьютера со значени ми разности фаз, которые задавал оператор. В соответствии с программой компьютер делил сигналы, и на экране диспле  оператор наблюдал характер изменени  функции f(t) на каждом из полупериодов сигнала-делител .In the second embodiment, the method was tested on an IBM PC / AT computer. Sinusoidal signals with a frequency f of 0.2 Hz or less at a sampling frequency of 200 Hz and amplitudes with arbitrary units A 2-104 and B 2-103 were simulated using a computer with phase difference values set by the operator. In accordance with the program, the computer divided the signals, and on the display screen, the operator observed the nature of the change in the function f (t) on each of the half-periods of the divider signal.

Примеры полученных графиков при отклонени х от фазового сдвига 90 градусов на 0,1 представлены на фиг.2,3. Проведенные исследовани  показали, что дл  различных сочетаний параметров исследуемых колебаний по амплитуде и частоте, фазовые сдвиги 90 градусов между сигналами четко определ лись и при малых значени х амплитуд , и при малых значени х частот вплоть до отклонений от искомых сдвигов менее 0,01 « значений частот исследуемых сигналов в сотые доли герца.Examples of the obtained graphs with deviations from the phase shift of 90 degrees by 0.1 are shown in Fig. 2,3. The studies showed that for various combinations of the parameters of the studied oscillations in amplitude and frequency, phase shifts of 90 degrees between the signals were clearly determined at small amplitudes and at low frequencies up to deviations from the desired shifts of less than 0.01 "values frequencies of the studied signals in hundredths of a hertz.

Один из лучших на сегодн  цифровой фазометр Ф2-34 позвол ет определ ть фазовый сдвиг двух синусоидальных сигналов, но гарантирует сохранение точности определени  до значений 0,2 на частотах не ниже 1 Гц, что гораздо хуже предлагаемогоOne of the best digital phase meters F2-34 available today allows determining the phase shift of two sinusoidal signals, but guarantees the accuracy of determination to 0.2 at frequencies not lower than 1 Hz, which is much worse than the proposed

способа.way.

Эффективность определени  фазовых сдвигов 90 градусов между исследуемыми сигналами в области инфранизких частот и при малой величине хот  бы одного из сигналов достигаетс  за счет того, что в способе не используетс , как в других известных способах р д операций,  вл ющихс  источником погрешностей, а именно измерение моментов времени пересечени  сигналамиThe efficiency of determining 90 degree phase shifts between the studied signals in the infra-low frequency region and with a small value of at least one of the signals is achieved due to the fact that the method is not used, as in other known methods, for a number of operations that are the source of errors, namely, measurement signal crossing times

уровн  опорного напр жени , сравнени  длительностей сформированных импульсов и прочие сравнительно сложные с предлагаемым способом операции.the level of the reference voltage, comparing the durations of the generated pulses and other operations that are relatively complicated with the proposed method.

Предлагаемый способ имеет большоеThe proposed method has a large

значение из-за своей простоты и надежности при проведении физических экспериментов .value because of its simplicity and reliability in conducting physical experiments.

Ф о р м улэ изобретени  Способ определени  соотношени  фазField of the invention Method for determining the phase ratio

двух синусоидальных сигналов, в соответствии с которым осуществл ют взаимодействие исследуемых сигналов, а о соотношении фаз суд т по качественной оценке этого взаимодействи , отличающийс  тем, чтоtwo sinusoidal signals, according to which the studied signals interact, and the phase ratio is judged by a qualitative assessment of this interaction, characterized in that

величины одного исследуемого сигнала дел т на величины другого, регистрируют сигнал-частное , выбирают по крайней мере два значени  сигнала-частного на временном интервале, расположенном а пределах половины любого периода сигнала-делител  и не превышающем по длительности этот полупериод , причем значени  сигнала-частного выбирают в моменты.времени ti и t2, равноотсто щие по времени относительно середины рассматриваемого полупериода сигнала-делител , и определ ют фазовый сдвиг 90° между сигналами делимого и делител , когда выбранные значени  сигнала- частного внутри исследуемого полупериодаthe values of one signal under investigation are divided by the values of another, the signal-private is recorded, at least two values of the signal-private are selected over a time interval located within half of any period of the divider signal and not exceeding this half-period in duration, and the values of the signal-private are selected at time instants ti and t2 equidistant in time with respect to the middle of the half-period of the divider signal under consideration, and a 90 ° phase shift between the divider and divider signals is determined when the selected values The signal is private within the studied half-period

сигнала-делител  имеют разные знаки, а модули этих значений сигнала-частного не различаютс  между собой на величину больше ошибки выбранного метода сравнени .the divider signal have different signs, and the moduli of these values of the private signal do not differ by an amount greater than the error of the selected comparison method.

fiv&ffiv & f

фиг. 2FIG. 2

фи& 3fi & 3

SU925048233A 1992-06-16 1992-06-16 Method for measurement of phase shift of two sinusoidal signals RU1831687C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU925048233A RU1831687C (en) 1992-06-16 1992-06-16 Method for measurement of phase shift of two sinusoidal signals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU925048233A RU1831687C (en) 1992-06-16 1992-06-16 Method for measurement of phase shift of two sinusoidal signals

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1831687C true RU1831687C (en) 1993-07-30

Family

ID=21607257

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU925048233A RU1831687C (en) 1992-06-16 1992-06-16 Method for measurement of phase shift of two sinusoidal signals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1831687C (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 1138760. л. G 01 R25/00, 1989. Авторское свидетельство СССР № 1503025, кл. G 01 R 25/00, 1990. Авторское свидетельство СССР N 1503026, кл. G 01 R 25/00, 1990. Физический энциклопедический словарь/Под ред. А.Н.Прохорова, М.: Советска энциклопеди . 1983, с.349. Авторское свидетельство СССР Ms 168796, кл. G 01 R 25/00. 1976. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU1831687C (en) Method for measurement of phase shift of two sinusoidal signals
RU2037831C1 (en) Method of measuring phase relations between two sinusoidal signals
RU2000580C1 (en) Method for determining phase correlation of two sine-wave signals
SU464849A1 (en) Device for measuring phase-frequency characteristics
RU2041471C1 (en) Device for determining phase ratio of two sine-wave signals
RU2040002C1 (en) Method for determining phase difference of two signals
RU2019846C1 (en) Method for measuring phase position of two sine- shaped signals
RU2039359C1 (en) Signal spectral analysis method
SU1219978A1 (en) Amplitude-phase analyser of periodic voltage harmonics
RU2036478C1 (en) Device to determine quadrature phase shifts of sinusoidal signals
RU2096828C1 (en) Method for detection of amplitude ratio of harmonic signals
SU917119A1 (en) Complex spectrum analyzer
RU2035742C1 (en) Method for determining inphase or antiphase state of sine-wave signals
RU2037832C1 (en) Device for measuring phase relations between two sinusoidal signals
RU2070735C1 (en) Meter measuring ratio of amplitude values of quasi-sinusoidal signals
RU2029964C1 (en) Method for determining phase relation between two sine-wave signals
RU2024029C1 (en) Device for determining correlation of two phases of sine-wave signals
RU2024883C1 (en) Signal phase meter
RU2046360C1 (en) Device for measuring phase shift between two signals
RU2037833C1 (en) Device for measuring phase shifts of signals with known amplitude relations
SU1257557A1 (en) Method of measuring phaze difference of two coherent signals
RU2020494C1 (en) Device for measuring phase shift of two sinusoidal signals
SU492201A1 (en) Device for measuring voltage phases and amplitudes
RU2071068C1 (en) Method for comparison of harmonic signals of same frequency by phase and amplitude during transition process
SU685982A1 (en) Method of measuring parameters of shaft rotation