RU2020494C1 - Device for measuring phase shift of two sinusoidal signals - Google Patents

Device for measuring phase shift of two sinusoidal signals Download PDF

Info

Publication number
RU2020494C1
RU2020494C1 RU92005868A RU92005868A RU2020494C1 RU 2020494 C1 RU2020494 C1 RU 2020494C1 RU 92005868 A RU92005868 A RU 92005868A RU 92005868 A RU92005868 A RU 92005868A RU 2020494 C1 RU2020494 C1 RU 2020494C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
phase
unit
inputs
Prior art date
Application number
RU92005868A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU92005868A (en
Inventor
Борис Георгиевич Келехсаев
Original Assignee
Борис Георгиевич 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 Борис Георгиевич Келехсаев filed Critical Борис Георгиевич Келехсаев
Priority to RU92005868A priority Critical patent/RU2020494C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2020494C1 publication Critical patent/RU2020494C1/en
Publication of RU92005868A publication Critical patent/RU92005868A/en

Links

Images

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: device has selection and storage block, amplitude detector, control signal shaper, block for determination of equiphase condition, block for determination of phase difference sign, trigonometric transducer, registration control unit. EFFECT: higher efficiency. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения фазовых сдвигов синусоидальных электрических сигналов, и может быть использовано при определении фазочастотных характеристик преимущественно в инфранизкочастотном диапазоне при калибровке измерительных каналов и обработке регистрируемых сигналов. The invention relates to measuring technique, in particular to a device for measuring phase shifts of sinusoidal electrical signals, and can be used to determine the phase-frequency characteristics mainly in the infra-low frequency range when calibrating the measuring channels and processing the recorded signals.

К устройству предъявляются требования обеспечения высокой точности измерения фазовых сдвигов, допускающие изменения амплитуд сигналов в широком динамическом диапазоне. The device is required to ensure high accuracy of the measurement of phase shifts, allowing changes in signal amplitudes in a wide dynamic range.

Известно простое устройство определения сдвига фаз, содержащее перемножитель исследуемых сигналов и устройство, выделяющее постоянную составляющую полученного от перемножения сигналов. Величина напряжения постоянной составляющей пропорциональна абсолютному значению фазового сдвига. A simple device for determining the phase shift containing a multiplier of the studied signals and a device that emits a constant component obtained from the multiplication of signals is known. The magnitude of the DC voltage is proportional to the absolute value of the phase shift.

Устройство характеризуется незначительной точностью определения, особенно в инфранизкочастотной области, из-за необходимости выделения постоянной составляющей с высокой точностью, полученной от перемножения сигналов. The device is characterized by insignificant accuracy of determination, especially in the infra-low-frequency region, due to the need to isolate the DC component with high accuracy obtained from the multiplication of signals.

Более сложные устройства позволяют повысить точность. More sophisticated devices can improve accuracy.

Рассмотрено устройство для измерения фазового сдвига между двумя напряжениями, содержащее два ключевых детектора и общий вспомогательный гетеродин-генератор синуса с частотой, близкой к частоте в кратное число раз большей частоты измеряемых колебаний, а также преобразователи синуса в остроконечные импульсы, и фильтры низких частот, выделяющие огибающую, а измеряют фазометром разность фаз между огибающими, которая равна искомой разности фаз, умноженной на коэффициент кратности между частотой генератора и частотой исследуемого сигнала. A device for measuring the phase shift between two voltages is considered. It contains two key detectors and a common auxiliary sine heterodyne generator with a frequency close to that of a factor many times higher than the frequency of the measured oscillations, as well as sine to spiky pulse converters and low-pass filters the envelope, and a phase meter measures the phase difference between the envelopes, which is equal to the desired phase difference times the multiplicity coefficient between the generator frequency and the frequency of the signal under study .

Такое устройство измеряет вместо искомого значения разности фаз другие значения разности фаз, при этом измеряют также и отношение частот, поэтому точность такого устройства весьма невысока. Instead of the desired value of the phase difference, such a device measures other values of the phase difference, while the frequency ratio is also measured, therefore the accuracy of such a device is very low.

Предложено устройство для измерения фазового сдвига двух синусоидальных сигналов, содержащее модулятор, генератор несущей частоты, фильтр низкой частоты, регистратор, демодулятор, множительное устройство, которое имеет преимущество перед [2], однако оно является невысоким по точности, так как используется много промежуточных действий - модуляция, демодуляция, перемножение. Точность измерений существенно снижается при уменьшении амплитуды исследуемых сигналов. A device for measuring the phase shift of two sinusoidal signals is proposed, which contains a modulator, a carrier frequency generator, a low-pass filter, a registrar, a demodulator, a multiplier device that has an advantage over [2], but it is low in accuracy, since many intermediate steps are used - modulation, demodulation, multiplication. The measurement accuracy decreases significantly with decreasing amplitude of the studied signals.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому по большему количеству сходных технических признаков является устройство, содержащее фильтрующие устройства, отделяющие синусоидальные сигналы от постоянной составляющей, фазосдвигающие блоки, которые сдвигают оба сигнала на угол π/2 в сторону опережения, и аналоговый запоминающий блок с устройствами выборки и хранения, который измеряет и запоминает четыре мгновенных сигнала в одно и то же время (два после фильтра и два после фазосдвигающих блоков), а разность фаз определяют с помощью управляемого блока регистрации, который реализует математическую зависимость
φ = sign U

Figure 00000001
arccosU /
Figure 00000002
Figure 00000003
-signU
Figure 00000004
arccosU /
Figure 00000005
Figure 00000006

Как видно из этого выражения, управляемый блок регистрации содержит блоки деления, формирователь импульсов, функциональные преобразователи-устройства извлечения корня квадратного из суммы квадратов двух величин, триго- нометрические преобразователи, сумматоры с блоками управления знаком (управляемыми усилителями).The closest technical solution to the claimed one for a larger number of similar technical features is a device containing filtering devices that separate sinusoidal signals from a constant component, phase-shifting units that shift both signals by an angle π / 2 in the advance direction, and an analog storage unit with sampling devices and storage, which measures and remembers four instantaneous signals at the same time (two after the filter and two after the phase-shifting units), and the phase difference is determined using managed registration unit that implements the mathematical relationship
φ = sign U
Figure 00000001
arccosU /
Figure 00000002
Figure 00000003
-signU
Figure 00000004
arccosU /
Figure 00000005
Figure 00000006

As can be seen from this expression, the controlled recording unit contains division blocks, a pulse shaper, functional converters-devices for extracting the square root of the sum of squares of two quantities, trigonometric converters, adders with sign control units (controlled by amplifiers).

В результате погрешность измерения фазового сдвига по-прежнему велика, особенно в области инфранизких частот, из-за наличия четырех составляющих погрешностей от измерений четырех мгновенных значений и необходимости измерений значений корня квадратного из суммы квадратов двух величин. As a result, the error in measuring the phase shift is still large, especially in the area of infralow frequencies, due to the presence of four component errors from the measurements of four instantaneous values and the need to measure the values of the square root of the sum of the squares of two quantities.

Целью изобретения является повышение точности измерения фазового сдвига двух синусоидальных сигналов. The aim of the invention is to improve the accuracy of measuring the phase shift of two sinusoidal signals.

Цель и устройстве для измерения фазового сдвига двух синусоидальных сигналов, содержащем устройство выборки и хранения, вход которого соединен с первым входом устройства, тригонометрический преобразователь, управляемый блок регистрации и формирователь управляющих импульсов, вход которого подключен к второму входу устройства, а выход подключен к управляющему входу устройства выборки и хранения, выход последнего подключен к первому входу тригонометрического преобразователя, первый и второй выходы которого подключены к первому и второму входам управляемого блока регистрации соответственно, достигается тем, что оно дополнительно содержит амплитудный детектор, блок определения знака разности фаз и блок определения синфазности, причем первый вход устройства через амплитудный детектор подключен к второму входу тригонометрического преобразователя, первый и второй входы устройства подключены к попарно соединенным первым и вторым входам блока определения синфазности и блока определения знака разности фаз соответственно, выходы последних двух подключены к третьему и четвертому (управляющим) входам управляемого блока регистрации соответственно: блок определения синфазности содержит последовательно соединенные умножитель, устройство выборки и хранения, компаратор и формирователь, причем первый и второй входы умножителя подключены к соответствующим входам блока определения синфазности, второй вход которого соединен с входом формирователя, выход которого подключен к управляющему входу устройства выборки и хранения, а выход блока определения синфазности подключен к выходу компаратора; управляемый блок регистрации содержит логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, ключ и управляемый инвертор, причем первый вход управляемого блока регистрации подключен к первым входам логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и ключа, второй вход которого подключен к выходу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход последнего соединен с вторым входом управляемого блока регистрации, третий (управляющий) вход которого подключен к управляющему входу ключа, выход которого соединен с входом управляемого инвертора, управляющий вход которого подключен к четвертому входу управляемого блока регистрации, выход последнего соединен с выходом управляемого инвертора. The purpose and device for measuring the phase shift of two sinusoidal signals, comprising a sampling and storage device, the input of which is connected to the first input of the device, a trigonometric converter, a controlled recording unit and a control pulse generator, the input of which is connected to the second input of the device, and the output is connected to the control input sampling and storage devices, the output of the latter is connected to the first input of the trigonometric converter, the first and second outputs of which are connected to the first and second mu inputs of the controlled recording unit, respectively, is achieved by the fact that it additionally contains an amplitude detector, a phase difference sign determination unit, and a phase detection unit, the first input of the device through an amplitude detector connected to the second input of the trigonometric converter, the first and second inputs of the device connected to pairwise connected the first and second inputs of the phase detection unit and the phase difference sign determination unit, respectively, the outputs of the last two are connected to the third and to the fourth (control) inputs of the controlled recording unit, respectively: the in-phase detection unit contains a series-connected multiplier, a sampling and storage device, a comparator and a former, and the first and second inputs of the multiplier are connected to the corresponding inputs of the in-phase detection unit, the second input of which is connected to the input of the former, the output which is connected to the control input of the sampling and storage device, and the output of the in-phase detection unit is connected to the output of the comparator; the controlled registration unit contains an EXCLUSIVE OR logic element, a key and a controlled inverter, the first input of a controlled registration unit connected to the first inputs of the EXCLUSIVE OR logic element, the second input of which is connected to the output of the EXCLUSIVE OR element, the second input of the last connected to the second input of the managed block registration, the third (control) input of which is connected to the control input of the key, the output of which is connected to the input of the controlled inverter, the control input of which is connected to the fourth input of a controlled recording unit, the output of the latter is connected to the output of a controlled inverter.

Функциональная схема устройства представлена на фиг 1. Functional diagram of the device shown in Fig 1.

Устройство для измерения фазового сдвига двух синусоидальных сигналов содержит устройство 1 выборки и хранения, амплитудный детектор 2, формирователь 3 управляющих импульсов, блок 4 определения синфазности, блок 5 определения знака разности фаз, тригонометрический преобразователь 6, управляемый блок 7 регистрации. A device for measuring the phase shift of two sinusoidal signals includes a sampling and storage device 1, an amplitude detector 2, a control pulse generator 3, a phase detection unit 4, a phase difference sign determination unit 5, a trigonometric converter 6, a controlled recording unit 7.

Блоки в устройстве соединены между собой следующим образом. Первый вход устройства соединен с входом амплитудного детектора 2, а также с первыми входами устройства 1 выборки и хранения, блока 4 определения синфазности и блока 5 определения знака разности фаз. Второй вход устройства соединен с входом формирователя 3 управляющих импульсов и вторыми входами блока 4 определения синфазности и блока 5 определения знака разности фаз. Выход формирователя 3 управляющих импульсов подключен к второму (управляющему) входу устройства 1 выборки и хранения. Выходы УВХ 1 и амплитудного детектора 2 подключены соответственно к первому и второму входам тригонометрического преобразователя 6. Первый и второй выходы тригонометрического преобразователя 6 подключены к первому и второму входам управляемого блока 7 регистрации, соответственно. Третий и четвертый (управляющие) входы управляемого блока 7 регистрации подключены к выходам блока определения синфазности и блока 5 определения знака разности фаз соответственно. The blocks in the device are interconnected as follows. The first input of the device is connected to the input of the amplitude detector 2, as well as to the first inputs of the device 1 of sampling and storage, block 4 for determining the in-phase and block 5 for determining the sign of the phase difference. The second input of the device is connected to the input of the driver 3 of the control pulses and the second inputs of the block 4 determine the in-phase and block 5 determine the sign of the phase difference. The output of the shaper 3 of the control pulses is connected to the second (control) input of the device 1 sampling and storage. The outputs of the I / O 1 and the amplitude detector 2 are connected respectively to the first and second inputs of the trigonometric converter 6. The first and second outputs of the trigonometric converter 6 are connected to the first and second inputs of the controlled recording unit 7, respectively. The third and fourth (control) inputs of the controlled recording unit 7 are connected to the outputs of the in-phase detection unit and the phase difference sign determination unit 5, respectively.

Структурная схема блока 4 определения синфазности представлена на фиг. 2. Блок 4 определения синфазности содержит последовательно соединенные умножитель 8, устройство 9 выборки и хранения, компаратор 10 и формирователь 11. Первый и второй входы блока 4 определения синфазности соединены с соответствующими входами умножителя 8. Второй вход блока 4 определения синфазности подключен к входу формирователя 11, выход которого соединен с вторым (управляющим) входом УВХ 9. Выход компаратора 10 подключен к выходу блока 4 определения синфазности. The block diagram of the in-phase detection unit 4 is shown in FIG. 2. The in-phase determination unit 4 comprises a series-connected multiplier 8, a sampling and storage device 9, a comparator 10 and a shaper 11. The first and second inputs of the in-phase determination unit 4 are connected to the corresponding inputs of the multiplier 8. The second input of the in-phase determination unit 4 is connected to the input of the shaper 11 the output of which is connected to the second (control) input of the I / O 9. The output of the comparator 10 is connected to the output of the in-phase detection unit 4.

Структурная схема управляемого блока 7 регистрации представлена на фиг. 3. Управляемый блок 7 регистрации содержит логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12, ключ 13 и управляемы инвертор 14. Первый вход управляемого блока 7 регистрации подключен к первым входам логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12 и ключа 13. Второй вход управляемого блока 7 регистрации подключен к второму входу логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12, выход которого подключен к второму входу ключа 13, выход которого соединен с входом управляемого инвертора 14. Второй (управляющий) вход ключа 13 подключен к третьему (управляющему) входу управляемого блока 7 регистрации. Второй (управляющий) вход управляемого инвертора 14 подключен к четвертому (управляющему) входу управляемого блока 7 регистрации, выход которого подключен к выходу управляемого инвертора 14. The block diagram of the controlled registration unit 7 is shown in FIG. 3. The controlled registration unit 7 contains an EXCLUSIVE OR 12 logic element, a key 13, and the inverter 14 is controlled. The first input of the registered registration unit 7 is connected to the first inputs of the EXCLUSIVE OR 12 logic and a key 13. The second input of the controlled registration unit 7 is connected to the second input of the logical element EXCLUSIVE OR 12, the output of which is connected to the second input of the key 13, the output of which is connected to the input of the controlled inverter 14. The second (control) input of the key 13 is connected to the third (control) input of the controlled unit ka 7 registration. The second (control) input of the controlled inverter 14 is connected to the fourth (control) input of the controlled recording unit 7, the output of which is connected to the output of the controlled inverter 14.

Временные диаграммы работы устройства представлены на фиг. 4. Timing diagrams of the operation of the device are shown in FIG. 4.

Устройство работает следующим образом. Исследуемый сигнал синусоидальной формы, например Ux (t) , является измерительным, а сигнал Uy(t) является опорным (см. фиг. 4а). Тогда входной сигнал Ux(t) с первого входа устройства поступает одновременно на вход амплитудного детектора 2 и первые входы устройства 1 выборки и хранения, блока 4 определения синфазности и блока 5 определения знака разности фаз. Входной сигнал Uy(t) с второго входа устройства поступает одновременно на вход формирователя 3 управляющих импульсов и вторые входы блока 4 определения синфазности и блока 5 определения знака разности фаз.The device operates as follows. The studied sinusoidal signal, for example, U x (t), is a measuring one, and the signal U y (t) is a reference (see Fig. 4a). Then the input signal U x (t) from the first input of the device is supplied simultaneously to the input of the amplitude detector 2 and the first inputs of the sampling and storage device 1, the in-phase detection unit 4, and the phase difference sign determination unit 5. The input signal U y (t) from the second input of the device is supplied simultaneously to the input of the shaper 3 of the control pulses and the second inputs of the inphase determination unit 4 and the phase difference sign determination unit 5.

Формирователь 3 управляющих импульсов формирует цифровые логические сигналы напряжения U3, которые являются сигналами выборки-хранения для УВХ 1 и поступают на второй (управляющий) вход УВХ 1. Формирование выходных импульсов U3 поясняется диаграммой фиг. 4б: логическая единица напряжения U3 является сигналом "Хранение", а логический ноль - "Выборка" для УВХ 1.Shaper 3 of the control pulses generates digital logic signals of voltage U 3 , which are sampling and storage signals for the I / O 1 and are fed to the second (control) input of I / O 1. The formation of the output pulses U 3 is illustrated by the diagram of FIG. 4b: the logical unit of voltage U 3 is the signal "Storage", and the logical zero is "Sample" for the I / O 1.

На выходе амплитудного детектора 2 выделяется сигнал напряжения U2, пропорциональный амплитуде исследуемого сигнала (см. фиг. 4а).At the output of the amplitude detector 2, a voltage signal U 2 is proportional to the amplitude of the signal under study (see Fig. 4a).

Таким образом, на соответствующие входы тригонометрического преобразователя 6 в период времени "Хранение", соответствующий интервалу времени от t1 до t3, поступает напряжения U2 с выхода амплитудного детектора 2, равное амплитуде сигнала Ux(t2), и напряжение U1 с выхода УВХ 1, равное напряжению Ux(t) в момент времени t1, когда опорное напряжение Uy(t) достигает своего экстремума (фиг. 4а).Thus, the corresponding inputs of the trigonometric transducer 6 during the storage period corresponding to the time interval from t 1 to t 3 receives voltage U 2 from the output of the amplitude detector 2, equal to the signal amplitude U x (t 2 ), and voltage U 1 from the output of UVX 1, equal to the voltage U x (t) at time t 1 , when the reference voltage U y (t) reaches its extremum (Fig. 4a).

Тригонометрический преобразователь 6 времяимпульсного действия имеет в своем составе опорный генератор сигналов синусоидальной формы, частота генерации которого выбирается из требуемого быстродействия (см. фиг. 4в), и два выхода, на одном из которых формируются импульсы напряжения U6-1 (фиг. 4г), а на другом формируются опорные импульсы напряжения U6-2 (фиг. 4д).The trigonometric transducer 6 of the time-pulse action includes a reference signal generator of a sinusoidal shape, the generation frequency of which is selected from the required speed (see Fig. 4c), and two outputs, on one of which voltage pulses U 6-1 are formed (Fig. 4d) , and on the other, reference voltage pulses U 6-2 are formed (Fig. 4e).

Фиг. 4в-е показывает, как формируются выходные импульсы в интервале времени, соответствующем режиму "Хранение", начинающемуся с момента времени t1 и стремящемуся к моменту времени t3.FIG. 4c-e shows how the output pulses are formed in the time interval corresponding to the "Storage" mode, starting from time t 1 and tending to time t 3 .

Амплитуда сигналов опорного генератора устанавливается равной напряжению U2. Это напряжение поступает на один вход блока сравнения тригонометрического преобразователя 6, на другой вход поступает пороговое напряжение U1, в результате на первом выходе тригонометрического преобразователя 6 формируется последовательность импульсов напряжения U6-1, длительность которых пропорциональна значению arccos (U1/U2). Схема времяимпульсного тригонометрического преобразователя является стандартной, поэтому она не раскрывается внутри блока 6. На втором выходе тригонометрического преобразователя 6 получают последовательность опорных импульсов, длительность импульса которых соответствует полупериоду колебаний опорного генератора. Они получаются стандартными способами и имеют вид, показанный на фиг. 4д. Формирование этих опорных импульсов производят внутри времяимпульсного тригонометрического преобразователя 6.The amplitude of the signals of the reference generator is set equal to the voltage U 2 . This voltage is supplied to one input of the comparison unit of the trigonometric transducer 6, a threshold voltage U 1 is supplied to the other input, as a result, at the first output of the trigonometric transducer 6 a sequence of voltage pulses U 6-1 is formed , the duration of which is proportional to the value of arccos (U 1 / U 2 ) . The time-pulse trigonometric converter circuit is standard, therefore, it does not open inside block 6. At the second output of the trigonometric converter 6, a sequence of reference pulses is obtained, the pulse duration of which corresponds to a half-period of oscillations of the reference generator. They are obtained by standard methods and have the form shown in FIG. 4d The formation of these reference pulses is produced inside the time-pulse trigonometric transducer 6.

Последовательность импульсов напряжений U6-1 и U6-2 с первого и второго выходов тригонометрического преобразователя 6 поступает на первый и второй входы управляемого блока 7 регистрации (см. фиг. 3), то есть U6-1 поступает на первые входы логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12 и ключа 13, а на второй вход логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12 поступает последовательность импульсов напряжений U6-2 с второго выхода тригонометрического преобразователя 6, длительность которых соответствует 1/2 периода гармонических колебаний опорного генератора, используемого в тригонометрическом преобразователе 6.The sequence of voltage pulses U 6-1 and U 6-2 from the first and second outputs of the trigonometric converter 6 is supplied to the first and second inputs of the controlled recording unit 7 (see Fig. 3), that is, U 6-1 is supplied to the first inputs of the logic element The EXCLUSIVE OR 12 and the key 13, and the second input of the EXCLUSIVE OR 12 logic element receives a sequence of voltage pulses U 6-2 from the second output of the trigonometric transducer 6, the duration of which corresponds to 1/2 the period of harmonic oscillations of the reference oscillator, and used in trigonometric transducer 6.

Последовательность импульсов U6-1 и U6-2 на входе логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12 формирует на его выходе сигнал U12 (фиг. 4е), представляющий собой последовательность импульсов, длительность которых соответствует разности длительностей сигналов U6-2 и U6-1. Так как длительность импульса сигнала U6-2 соответствует интервалу π, а длительность импульса сигнала U6-1 соответствует значению arccos (U1/U2), то длительность импульса сигнала U12 можно записать следующим образом:
π -

Figure 00000007
arccos (U1/U2)
Figure 00000008
.The sequence of pulses U 6-1 and U 6-2 at the input of the EXCLUSIVE OR 12 logic element generates at its output a signal U 12 (Fig. 4e), which is a sequence of pulses whose duration corresponds to the duration difference of the signals U 6-2 and U 6- 1 . Since the pulse duration of the signal U 6-2 corresponds to the interval π, and the pulse width of the signal U 6-1 corresponds to the value of arccos (U 1 / U 2 ), the pulse duration of the signal U 12 can be written as follows:
π -
Figure 00000007
arccos (U 1 / U 2 )
Figure 00000008
.

Сигналы напряжений U6-1 или U12 проходят на выход ключа 13 в соответствии с управляющими логическими сигналами U4 с выхода блока 4 определения синфазности, которые получают на выходе компаратора 10, который в течение времени, соответствующее режиму "Хранение" УВХ 9, по сигналу формирователя 11 формирует логический сигнал управления для ключа 13. В случае, когда на входе умножителя 8 имеются соотношения исследуемых сигналов одного знака в момент времени t1, что соответствует условию синфазности, положительный сигнал на выходе УВХ 9 формирует управляющий сигнал, который подключает на выход ключа 13 сигнал U6-1, длительность импульса которых пропорциональна значению arccos U1/U2) . В случае сигналов противоположного знака на входе умножителя 8 в момент времени t1 выполняется условие противофазности и на выходе компаратора 10 формируется логический сигнал подключающий к выходу ключа 13 сигналы U12 с выхода элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, длительность импульса которых пропорциональна значению π -

Figure 00000009
arccos (U1/U2)
Figure 00000010
.The voltage signals U 6-1 or U 12 pass to the output of the switch 13 in accordance with the control logic signals U 4 from the output of the in-phase detection unit 4, which are received at the output of the comparator 10, which for a time corresponding to the "Storage" mode of the UVX 9, signal generator 11 generates a logical control signal for switch 13. in a case where at the input of the multiplier 8 are ratios investigated at time signals of the same sign t 1, which corresponds in phase condition, a positive signal at the output of SHA 9 generates councils yayuschy signal which connects to the output 13 signal U 6-1 key pulse duration is proportional to the value arccos U 1 / U 2). In the case of signals of the opposite sign at the input of the multiplier 8 at the time t 1 , the antiphase condition is satisfied and a logic signal is generated at the output of the comparator 10 that connects to the output of the key 13 signals U 12 from the output of the EXCLUSIVE OR element, the pulse duration of which is proportional to the value π -
Figure 00000009
arccos (U 1 / U 2 )
Figure 00000010
.

Таким образом, на вход управляемого инвертора 14 для различных соотношений исследуемых сигналов по синфазности и противофазности поступает последовательность импульсов напряжений U13, длительность которых пропорциональна значению arccos (U1/U2) или π -

Figure 00000011
arccos (U1/U2)
Figure 00000012

Напряжение U5 поступает на четвертый вход управляемого блока 7 регистрации и управляет полярностью выходных импульсов напряжения U14. Управляемый инвертор 14 имеет коэффициент передачи +1 или -1 и управляется сигналом U5 с выхода блока 5 определения знака разности фаз. При положительной разности фаз между Ux(t) и Uy(t) - коэффициент передачи равен +1, а при отрицательной разности фаз коэффициент передачи равен -1.Thus, a sequence of voltage pulses U 13 , the duration of which is proportional to the value of arccos (U 1 / U 2 ) or π -, is supplied to the input of the controlled inverter 14 for different ratios of the studied signals in phase and antiphase
Figure 00000011
arccos (U 1 / U 2 )
Figure 00000012

The voltage U 5 is supplied to the fourth input of the controlled recording unit 7 and controls the polarity of the output voltage pulses U 14 . The controlled inverter 14 has a gain of +1 or -1 and is controlled by the signal U 5 from the output of the phase difference sign determination unit 5. With a positive phase difference between U x (t) and U y (t), the transmission coefficient is +1, and with a negative phase difference, the transmission coefficient is -1.

Таким образом, на выходе управляемого инвертора 14 имеется последовательность положительных импульсов напряжения U14, длительность которых пропорциональна значению arccos Ux(t1)/Ux(t2) при положительной разности фаз и последовательность отрицательных импульсов, соответствующих значению arccos Ux(t1)/Ux(t2) при отрицательной разности фаз при условии синфазности между исследуемыми сигналами. При условии противофазности на выходе управляемого инвертора 14 получают последовательность положительных или отрицательных импульсов, длительность которых пропорциональна значению π -

Figure 00000013
arccos Ux(t1)/Ux(t2)
Figure 00000014
.Thus, at the output of the controlled inverter 14 there is a sequence of positive voltage pulses U 14 , the duration of which is proportional to the value of arccos U x (t 1 ) / U x (t 2 ) with a positive phase difference and a sequence of negative pulses corresponding to the value of arccos U x (t 1 ) / U x (t 2 ) with a negative phase difference under the condition of in phase between the studied signals. Under the condition of antiphase, the output of the controlled inverter 14 receives a sequence of positive or negative pulses, the duration of which is proportional to the value π -
Figure 00000013
arccos U x (t 1 ) / U x (t 2 )
Figure 00000014
.

В интервалах времени "Хранение" (сигнал U3) на выходе блока 4 определения синфазности получают напряжение U4, логическая единица которого соответствует, к примеру случаю, когда разность фаз Fo имеет значение

Figure 00000015
F
Figure 00000016
< 90, а логический нуль соответствует значению 90 <
Figure 00000017
F
Figure 00000018
≅180. Напряжение U4 управляет ключом 13 так, что при логической единице (U4) на выход ключа 13 поступает напряжение U6-1, а при логическом нуле (U4) - на выходе ключа 13 напряжение U12.In the time intervals "Storage" (signal U 3 ) at the output of the in-phase determination unit 4, a voltage U 4 is obtained, the logical unit of which corresponds, for example, to the case when the phase difference F o has a value
Figure 00000015
F
Figure 00000016
<90, and a logical zero corresponds to a value of 90 <
Figure 00000017
F
Figure 00000018
≅180. The voltage U 4 controls the key 13 so that, with a logical unit (U 4 ), the voltage U 6-1 is supplied to the output of the key 13, and with a logical zero (U 4 ), the voltage U 12 is output from the key 13.

Таким образом, предлагаемое устройство реализует способ определения сдвига фаз двух синусоидальных сигналов, в соответствии с которым измеряют два мгновенных значения одного из сигналов в моменты времени t2, когда опорный сигнал достигает своего экстремума, и в момент времени t2, когда измеряемы сигнал достигает своего экстремума, а значение сдвига фаз Fo определяют по формуле
Fo = M(n) [g + n π] , где g = arccos [X(t1)/X(t2)] при

Figure 00000019
X(t1)
Figure 00000020
Figure 00000021
X(t2)
Figure 00000022
, для случая, когда измеряемый сигнал Х(t) опережает по фазе опорный сигнал:
g = -arccos [
Figure 00000023
Y(t1)/Y(t2)
Figure 00000024
] при
Figure 00000025
Y(t1)
Figure 00000026
Figure 00000027
Y(t2)
Figure 00000028
для случая, когда измеряемый сигнал Y(t) отстает по фазе от другого сигнала, причем
n = 0, M(0) = 1 - для синфазных сигналов,
Figure 00000029
F
Figure 00000030
/2,
n = 1, M(1) = -1 - для противофазных сигналов, π/2 <
Figure 00000031
F
Figure 00000032
≅π.Thus, the proposed device implements a method for determining the phase shift of two sinusoidal signals, in accordance with which two instantaneous values of one of the signals are measured at time t 2 when the reference signal reaches its extremum, and at time t 2 when the measured signal reaches its extremum, and the phase shift value Fo is determined by the formula
F o = M (n) [g + n π], where g = arccos [X (t 1 ) / X (t 2 )] for
Figure 00000019
X (t 1 )
Figure 00000020
Figure 00000021
X (t 2 )
Figure 00000022
, for the case when the measured signal X (t) outpaces the reference signal:
g = -arccos [
Figure 00000023
Y (t 1 ) / Y (t 2 )
Figure 00000024
] at
Figure 00000025
Y (t 1 )
Figure 00000026
Figure 00000027
Y (t 2 )
Figure 00000028
for the case when the measured signal Y (t) lags in phase from another signal, and
n = 0, M (0) = 1 - for common-mode signals,
Figure 00000029
F
Figure 00000030
/ 2,
n = 1, M (1) = -1 - for antiphase signals, π / 2 <
Figure 00000031
F
Figure 00000032
≅π.

Устройство определения сдвига фаз двух синусоидальных сигналов выполнен на стандартных элементах - цифровых микросхемах и операционных усилителях. Формирователь 3 управляющих импульсов построен на стандартных схемах и устройствах. Блок 5 определения знака разности фаз можно использовать, используя аналоговый выход в этом блоке. Блок 4 определения синфазности построен с помощью стандартных звеньев в качестве УВХ 8. В качестве тригонометрического преобразователя 6 можно использовать арккосинусный преобразователь. Управляемый блок 7 регистрации построен по стандартным схемам: элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12 - с использованием МС серии 564, ключ 13 - с использованием МС серии 590КН. The device for determining the phase shift of two sinusoidal signals is made on standard elements - digital microcircuits and operational amplifiers. Shaper 3 control pulses built on standard circuits and devices. The phase difference sign determination unit 5 can be used using the analog output in this unit. Block 4 for determining the common mode is constructed using standard units as a water supply and storage complex 8. As an trigonometric transducer 6, you can use the arccosine transducer. Managed registration unit 7 is built according to standard schemes: the element EXCLUSIVE OR 12 - using the MS 564 series, key 13 - using the MS 590KN series.

Достоинством предлагаемого устройства является то, что использование вышеупомянутого способа измерения фазовых сдвигов позволяет создать устройство определения сдвига фаз двух синусоидальных сигналов, имеющее высокую точность измерений, не снижающую при инфранизкочастотных измерениях в условиях изменения динамического диапазона в широких пределах. The advantage of the proposed device is that the use of the aforementioned method of measuring phase shifts allows you to create a device for determining the phase shift of two sinusoidal signals, which has high measurement accuracy, not reducing during infra-low-frequency measurements under dynamic range changes over a wide range.

Анализ погрешности используемых в устройстве звеньев и блоков показывает, что суммарная погрешность составляет менее 0,1%, что является более высоким показателем по сравнению с погрешностями современных цифровых приборов для измерения фазовых сдвигов. Достоинством предлагаемого устройства является также возможность изготовления малогабаритной, экономичной, но прецизионной измерительной аппаратуры. An analysis of the error of the links and blocks used in the device shows that the total error is less than 0.1%, which is a higher indicator compared to the errors of modern digital devices for measuring phase shifts. The advantage of the proposed device is also the ability to manufacture small-sized, economical, but precision measuring equipment.

Claims (3)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВОГО СДВИГА ДВУХ СИНУСОИДАЛЬНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее блок выборки и хранения, вход которого соединен с первым входом устройства, тригонометрический преобразователь, управляемый блок регистрации и формирователь управляющих импульсов, вход которого подключен к второму входу устройства, а выход - к управляющему входу блока выборки и хранения, выход последнего подключен к первому входу тригонометрического преобразователя, первый и второй выходы которого подключены к первому и второму входам управляемого блока регистрации соответственно, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит амплитудный детектор, блок определения знака разности фаз и блок определения синфазности, причем первый вход устройства через амплитудный детектор подключен к второму входу тригонометрического преобразователя, первые входы блока определения синфазности и блока определения знака разности фаз подключены к первому входу устройства, а вторые входы - к второму входу устройства, выходы блоков определения синфазности и определения знака разности фаз подключены соответственно к третьему и четвертому входам управляемого блока регистрации. 1. DEVICE FOR MEASURING PHASE SHIFT OF TWO SINUSOIDAL SIGNALS, comprising a sampling and storage unit, the input of which is connected to the first input of the device, a trigonometric converter, a controlled recording unit and a control pulse shaper, the input of which is connected to the second input of the device, and the output to the control input sampling and storage unit, the output of the latter is connected to the first input of the trigonometric transducer, the first and second outputs of which are connected to the first and second inputs of the controlled block registration window, respectively, characterized in that it further comprises an amplitude detector, a phase difference sign determination unit and a phase detection unit, the first input of the device through an amplitude detector connected to a second input of the trigonometric transducer, the first inputs of the phase detection unit and the phase difference sign determination unit connected to the first input of the device, and the second inputs to the second input of the device, the outputs of the blocks determine the in-phase and determine the sign of the phase difference s respectively to the third and fourth inputs of the managed registration unit. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок определения синфазности содержит последовательно соединенные умножитель, устройство выборки и хранения, компаратор и формирователь, причем первый и второй входы умножителя подключены к соответствующим входам блока определения синфазности, второй вход которого соединен с входом формирователя, выход которого подключен к управляющему входу устройства выборки и хранения, а выход блока определения синфазности подключен к выходу компаратора. 2. The device according to claim 1, characterized in that the in-phase determination unit comprises a multiplier, a sampling and storage device, a comparator and a shaper, the first and second inputs of the multiplier connected to the corresponding inputs of the in-phase determination unit, the second input of which is connected to the input of the shaper the output of which is connected to the control input of the sampling and storage device, and the output of the in-phase detection unit is connected to the output of the comparator. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что управляемый блок регистрации содержит логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, ключ и управляемый инвертор, причем первый вход управляемого блока регистрации подключен к первым входам логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и ключа, второй вход которого подключен к выходу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход последнего соединен с вторым входом управляемого блока регистрации, третий управляющий вход которого подключен к управляющему входу ключа, выход которого соединен с входом управляемого инвертора, управляющий вход которого подключен к четвертому входу управляемого блока регистрации, выход последнего соединен с выходом управляемого инвертора. 3. The device according to claim 1, characterized in that the managed registration unit contains an EXCLUSIVE OR logic element, a key and a controlled inverter, the first input of a controlled registration unit being connected to the first inputs of an EXCLUSIVE OR logic element and a key, the second input of which is connected to the element output EXCLUSIVE OR, the second input of the latter is connected to the second input of the controlled recording unit, the third control input of which is connected to the control input of the key, the output of which is connected to the input of the controlled inverter , The control input of which is connected to the fourth input register managed unit, an output connected to the output of the last inverter managed.
RU92005868A 1992-11-12 1992-11-12 Device for measuring phase shift of two sinusoidal signals RU2020494C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU92005868A RU2020494C1 (en) 1992-11-12 1992-11-12 Device for measuring phase shift of two sinusoidal signals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU92005868A RU2020494C1 (en) 1992-11-12 1992-11-12 Device for measuring phase shift of two sinusoidal signals

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2020494C1 true RU2020494C1 (en) 1994-09-30
RU92005868A RU92005868A (en) 1997-03-27

Family

ID=20131951

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU92005868A RU2020494C1 (en) 1992-11-12 1992-11-12 Device for measuring phase shift of two sinusoidal signals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2020494C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2691372C1 (en) * 2018-04-28 2019-06-13 Акционерное общество "Центральное конструкторское бюро автоматики" Method for measuring phase difference

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 1195275, кл. G 01R 25/00, 1986. *
Авторское свидетельство СССР N 135968, кл. G 01R 25/00, 1961. *
Авторское свидетельство СССР N 1503025, кл. G 01R 25/00, 1989. *
Авторское свидетельство СССР N 458777, кл. G 01R 25/00, 1975. *
Авторское свидетельство СССР N 506027, кл. G 06G 7/22, 1974. *
Алексеенко А.Г., Колонберт Е.А., Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых ИС. М.: Советское радио, 1980. *
Р.Кофлин, Ф.Дрискол Операционные усилители и линейные интегральные схемы. М.: Мир, 1979, с.208-209. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2691372C1 (en) * 2018-04-28 2019-06-13 Акционерное общество "Центральное конструкторское бюро автоматики" Method for measuring phase difference

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7054778B2 (en) Method and device for processing analogue output signals from capacitive sensors
US4723216A (en) Digital frequency-locked loop for use with staggered sampling systems
US4573037A (en) Analog-to digital converter and method
JPH0327649A (en) Digital demodulator
RU2020494C1 (en) Device for measuring phase shift of two sinusoidal signals
JPS63100381A (en) Phase detector
RU2046360C1 (en) Device for measuring phase shift between two signals
RU2007736C1 (en) Device for determination of phase shift between two sine signals
JP2587970B2 (en) Impedance measuring device
RU2154834C2 (en) Method of measurement of components of impedance and device for its implementation
RU2225012C2 (en) Phase-meter
RU2037833C1 (en) Device for measuring phase shifts of signals with known amplitude relations
RU1817033C (en) Active power meter
RU2039362C1 (en) Device for measuring phase shift of signals with known ratio of their amplitudes
RU2231798C2 (en) Analyzer of characteristic function of signal
RU2374753C2 (en) Method of detecting phase-modulated oscillations
RU2003119C1 (en) Apparatus for measuring phase shift between two sinusoidal signals
SU1282164A1 (en) Sine signal correlator
SU1257557A1 (en) Method of measuring phaze difference of two coherent signals
Aaltonen et al. Noise analysis of comparator performed sine-to-square conversion
RU2261451C1 (en) Signal characteristic function analyzer
SU907462A1 (en) Automatic meter of impedance
RU2053553C1 (en) Device for calculation of square root from difference of known and unknown values
US4973914A (en) Digitized synchronous demodulator
SU920544A1 (en) Device for comparing harmonic signal amplitudes