RU2039360C1 - Method for determining phase shift between two sine-wave signals - Google Patents

Method for determining phase shift between two sine-wave signals Download PDF

Info

Publication number
RU2039360C1
RU2039360C1 RU93033308A RU93033308A RU2039360C1 RU 2039360 C1 RU2039360 C1 RU 2039360C1 RU 93033308 A RU93033308 A RU 93033308A RU 93033308 A RU93033308 A RU 93033308A RU 2039360 C1 RU2039360 C1 RU 2039360C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signals
signal
phase shift
phase
measuring
Prior art date
Application number
RU93033308A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU93033308A (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 RU93033308A priority Critical patent/RU2039360C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2039360C1 publication Critical patent/RU2039360C1/en
Publication of RU93033308A publication Critical patent/RU93033308A/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Phase Differences (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: phase shift F0 between two signals x(t) and y(t) filtered off d.c. component is determined by means of two instant values of one of signals assumed as measuring signal at time moments t01 and t1; first signal is selected when reference signal y(t) equals zero and second one, at half-wave center of signal y(t); then phase shift F0 between signals is found from equation given in description of invention. EFFECT: reduced phase-shift measurement error at phase shifts approaching 0 or 180 deg even at infralow frequencies; permitted d c component in one of signals when measuring phase shift of value approaching 45 or 135 deg. 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам измерения сдвига фаз двух периодических электрических сигналов, и может быть использовано при калибровке измерительных каналов, а также при различных видах фазовой обработки сигналов, преимущественно на инфранизких частотах. The invention relates to measuring equipment, in particular to methods for measuring the phase shift of two periodic electrical signals, and can be used for calibration of measuring channels, as well as for various types of phase processing of signals, mainly at infra-low frequencies.

К способу предъявляются требования высокой точности измерений при малых фазовых сдвигах между сигналами, амплитуды которых изменяются в большом динамическом диапазоне. The method requires high precision measurements at small phase shifts between signals whose amplitudes vary in a large dynamic range.

Известен простой способ определения сдвига фаз [1] в соответствии с которым перемножают два исследуемых сигнала, выделяют постоянную составляющую полученного от перемножения сигнала и измеряют величину напряжения этой постоянной составляющей, которая пропорциональна абсолютному значению фазового сдвига. There is a simple method for determining the phase shift [1] in accordance with which the two studied signals are multiplied, the constant component of the signal obtained from the multiplication is isolated, and the voltage value of this constant component is measured, which is proportional to the absolute value of the phase shift.

Способ характеризуется незначительной точностью измерений при выделении постоянной составляющей, полученной от перемножения малых сигналов, особенно на инфранизких частотах и малых фазовых сдвигах. The method is characterized by insignificant measurement accuracy when isolating a constant component obtained from the multiplication of small signals, especially at infralow frequencies and small phase shifts.

Более сложные способы позволяют повысить точность измерений. Известен способ [2] в соответствии с которыми амплитуды синусоидальных сигналов сравнивают с величиной порога ограничения, при этом из первого сигнала формируют прямоугольные импульсы с длительностями, равными интервалам между точками пересечения полуволн сигнала с порогом ограничения, из второго сигнала выделяют две составляющие, преобразуют их в разнополярные импульсы, определяют коэффициенты корреляции между сформи- рованными последовательностями импульсов из первого и второго сигналов, а искомый сдвиг фаз определяют из сложного математического выражения, с учетом коэффициентов корреляции. More sophisticated methods can improve measurement accuracy. The known method [2] in accordance with which the amplitudes of the sinusoidal signals are compared with the limit threshold value, while rectangular pulses are formed from the first signal with durations equal to the intervals between the intersection points of the signal half-waves with the limit threshold, two components are extracted from the second signal, and converted into bipolar pulses, determine the correlation coefficients between the generated pulse sequences from the first and second signals, and the desired phase shift is determined from the complex mathematical expression, taking into account the correlation coefficients.

В способе большое количество операций, что снижает точность измерений, особенно на инфранизких частотах при малых фазовых сдвигах между сигналами с малыми амплитудами. The method has a large number of operations, which reduces the accuracy of measurements, especially at infra-low frequencies with small phase shifts between signals with small amplitudes.

Известен способ [3] в соответствии с которым к двум исследуемым сигналам формируют три дополнительных сигнала: один из исследуемых сигналов является опорным, первый дополнительный сигнал сдвинут относительно первого исследуемого сигнала по фазе с фиксированным значением, два других дополнительных сигнала сдвинуты по фазе с фиксированными значениями относительно опорного исследуемого сигнала, значения сдвигов дополнительных сигналов кратны между собой: значение фазового сдвига между исследуемыми сигналами определяют из математического выражения, в которое входят нормированные значения фазовых сдвигов, выбранных по определенным законам. The known method [3] in accordance with which three additional signals are formed to two studied signals: one of the studied signals is a reference signal, the first additional signal is phase-shifted with respect to the first signal under study, the other two additional signals are phase-shifted with fixed values with respect to reference signal under study, the values of the shifts of the additional signals are multiples of each other: the value of the phase shift between the signals under study is determined from the mathematical th expression, which includes the normalized values of the phase shifts chosen according to certain laws.

Способ сложен при его реализации и имеет невысокую точность определения малого фазового сдвига между сигналами с малыми амплитудами, особенно на инфранизких частотах. The method is complicated in its implementation and has a low accuracy of determining the small phase shift between signals with small amplitudes, especially at infralow frequencies.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому по большему количеству сходных признаков является способ [4] в соответствии с которым отфильтровывают синусоидальные сигналы от постоянной составляющей, сдвигают оба сигнала на угол Π/2 в сторону опережения и измеряют в один и тот же момент времени мгновенное значение первого сигнала U11, мгновенное значение сдвинутого на Π/2 первого дополнительного сигнала U12, мгновенное значение второго сигнала U21 и мгновенное значение сдвинутого на Π/2 второго дополнительного сигнала U22, после чего разность фаз между исходными сигналами определяют по формуле
Fo= signU11[arccosU12/

Figure 00000001
] signU21[arccosU22/
Figure 00000002
]
В соответствии с этим способом ведут измерение мгновенного значения фактически четырех сигналов, что при реализации измерений потребует четырех измерительных каналов. В результате погрешность измерения фазового сдвига будет велика из-за наличия четырех составляющих погрешностей от измерений четырех мгновенных значений, величины которых при различных значений разности фаз Fo будут изменяться, будут дополнительные погрешности от квадратурных сдвигов фаз на инфранизких частотах. Дополнительные погрешности появляются при измерении малых сдвигов фаз.The closest technical solution to the proposed one for a larger number of similar features is the method [4] according to which the sinusoidal signals from the DC component are filtered out, both signals are shifted by an angle of Π / 2 in the direction of advance and the instantaneous value of the first is measured at the same time signal U11, the instantaneous value of the first additional signal U12 shifted by Π / 2, the instantaneous value of the second signal U21 and the instantaneous value of the second additional signal U22 shifted by Π / 2, after which the phase value between the source signals is determined by the formula
F o = signU11 [arccosU12 /
Figure 00000001
] signU21 [arccosU22 /
Figure 00000002
]
In accordance with this method, the instantaneous value of virtually four signals is measured, which, when implementing measurements, will require four measuring channels. As a result, the error in the measurement of the phase shift will be large due to the presence of four component errors from the measurements of four instantaneous values, the values of which for different values of the phase difference F o will change, there will be additional errors from the quadrature phase shifts at infralow frequencies. Additional errors appear when measuring small phase shifts.

Целью изобретения является повышение точности измерения. The aim of the invention is to improve the accuracy of measurement.

Цель в способе определения сдвига фаз двух синусоидальных сигналов, в соответствии с которым измеряют мгновенное значение одного из отфильтрованных от постоянной составляющей сигналов X(t) и Y(t), достигается тем, что измеряют второе мгновенное значение этого же сигнала X(t), принятого за измерительный, причем первый момент времени t01 выбирают, когда другой сигнал V(t), принятый за опорный, равняется нулю, второй момент времени t1 выбирают на середине полуволны опорного сигнала, а значение сдвига фаз Fo сигнала X(t) относительно Y(t) определяют по формуле
Fo= m (g + П n), где g=arctg[X(t01)/X(t1)] для случая, когда измеряемый сигнал Х(t) опережает по фазе опорный сигнал Y(t);
g= arctg[X(t01)/X(t1)] для случая, когда измеряемый сигнал Х(t) отстает по фазе от опорного сигнала Y(t);
n=0, m= 1 для синфазных сигналов,Fo| ≅ Π/2;
m=-1; n=-1 при g > 0 или n=1 при g < 0 для противофазных сигналов, Π/2 < Fo| ≅Π.
The purpose of the method for determining the phase shift of two sinusoidal signals, according to which measure the instantaneous value of one of the signals X (t) and Y (t) filtered from the constant component, is achieved by measuring the second instantaneous value of the same signal X (t), taken as a measurement, and the first time t01 is selected when the other signal V (t), taken as the reference, is zero, the second time t1 is selected in the middle of the half-wave of the reference signal, and the phase shift value F o of the signal X (t) relative to Y (t) is determined by mule
F o = m (g + P n ), where g = arctan [X (t01) / X (t1)] for the case when the measured signal X (t) outstrips the reference signal Y (t);
g = arctan [X (t01) / X (t1)] for the case when the measured signal X (t) is out of phase with the reference signal Y (t);
n = 0, m = 1 for common-mode signals, F o | ≅ Π / 2;
m is -1; n = -1 for g> 0 or n = 1 for g <0 for antiphase signals, Π / 2 <F o | ≅Π.

Определение сдвига фаз производят между двумя синусоидальными сигналами, которые можно записать в виде:
X(t)= A1sin (wt + F1) (1)
Y(t) A2 sin (wt + F2). (2) где А1 и А2 амплитуды исследуемых сигналов;
F1 и F2 начальные фазы сигналов.
The phase shift is determined between two sinusoidal signals, which can be written as:
X (t) = A1sin (wt + F1) (1)
Y (t) A2 sin (wt + F2). (2) where A1 and A2 are the amplitudes of the studied signals;
F1 and F2 are the initial phases of the signals.

Запишем отношение этих сигналов через функцию f(t):
f(t) A1 sin (wt + F1)/A2 sin(wt + F2)
Преобразовав это выражение и, обозначив К=A1/A2, запишем сигнал-частное f(t) в виде
f(t)=K (sin wt cos F1 + sin F1 cos wt)/(sinх
х wt cos F2 + sin F2 cos wt) (3)
Поделив числитель и знаменатель (3) на coswt ≠0, получают
f(t) K (tg wt cos F1 + sin F1)/(tg wt cosx
xF2 + sin F2) (4)
Для определения разности фаз Fo между сигналами Х(t) и Y(t) принимают значение начального фазового сдвига F2=0 при F1> F2, тогда выражение (4) переписывают в виде
f(t) K [cos Fo + (sin Fo/tg wt)] (5)
Разделив числитель и знаменатель в (5) на К, получают:
f(t)/K cos Fo + (sin Fo/tg wt) (6)
Рассмотрим выражение (6) в момент времени t1, когда значение wt1 соответствует моменту времени, соответствующему середине полуволны сигнала-делителя, т. е. t1=T/4, где Т/4= Π/2. В этом случае знаменатель второго слагаемого обращается в ноль, так как tg Π/2 стремится к бесконечности, следовательно:
f(t1)/K cos Fo (7)
Если представить функцию f(t) через значения сигналов, т.е. f(t)= X(t1)/Y(t1), тогда выражение (7) записывается так
[X (t1)/Y (t1)]/[X (t2)/Y (t1)] cosFo (8)
Поcле упрощения
cos Fo X (t1)/X (t2) (9)
В момент времени t01, соответствующий моменту времени, когда опорный сигнал Y(t) равняется нулю (фиг. 1) можно записать следующее выражение:
X (t01) X (t2) sin Fo (10)
Выражение (10) переписывают в виде
sin Fo X (t01)/X (t2) (11)
Поделив соответственно левые и правые части уравнений (11) и (9), получают
tg Fo X (t01)/X (t1) (12)
Следовательно, значение разности фаз Fo будет
Fo arctg [X (t01)/X (t1)] (13)
Формула (13) справедлива для первого квадранта, т.е. при сдвигах фаз 0 ≅ Fo ≅Π/2. Для сдвигов фаз Π/2 ≅Fo≅ 0 справедливо выражение Fo=-arctg[X(t01)/X(t1)]
Для сдвигов фаз, удовлетворяющих выражению Π ≅ Fo < Π /2 справедливо выражение:
Fo Π + arctg [X (t01)/X (t1)]
Для cдвигов фаз Π/2<Fo≅Π cправедливо выражение
Fo Π arctg [X (t01)/X (t1)]
Следовательно, для Π≅Fo≅Π можно записать
Fo m (g + Πn), (14) где g= arctg [X(t01)/X(t1)] для случая, когда измеряемый сигнал X(t) опережает по фазе опорный сигнал Y(t);
g= -arctg[X(t01)/X(t1)] для случая, когда измеряемый сигнал X(t) отстает по фазе от опорного сигнала Y(t);
n=0, m=1 для синфазных сигналов,Fo| ≅Π/2;
m=-1, n=-1 при g > 0 или n=1 при g < 0 для противофазных сигналов, Π/2 < Fo| ≅ Π
Из (9) можно определять сдвиг фаз Fo, используя формулу
Fo аrccos [X (t1)/X (t2)] (15)
Однако при использовании обычных технических средств измерений, когда величины измеряются с помощью шестнадцати разрядных чисел, то при малых значениях фазовых сдвигов разрешающая возможность при измерениях значений арккосинуса ограничена, поэтому погрешность измерений несколько ухудшается.
We write the ratio of these signals through the function f (t):
f (t) A1 sin (wt + F1) / A2 sin (wt + F2)
Transforming this expression and designating K = A1 / A2, we write the signal-quotient f (t) in the form
f (t) = K (sin wt cos F1 + sin F1 cos wt) / (sinx
x wt cos F2 + sin F2 cos wt) (3)
Dividing the numerator and denominator (3) by coswt ≠ 0, we obtain
f (t) K (tg wt cos F1 + sin F1) / (tg wt cosx
xF2 + sin F2) (4)
To determine the phase difference F o between the signals X (t) and Y (t), the value of the initial phase shift F2 = 0 for F1> F2 is taken, then expression (4) is rewritten as
f (t) K [cos F o + (sin F o / tg wt)] (5)
Dividing the numerator and denominator in (5) by K, we get:
f (t) / K cos F o + (sin F o / tg wt) (6)
We consider expression (6) at time t1, when the value wt1 corresponds to the time corresponding to the middle of the half-wave of the divider signal, i.e., t1 = T / 4, where T / 4 = Π / 2. In this case, the denominator of the second term vanishes, since tg Π / 2 tends to infinity, therefore:
f (t1) / K cos F o (7)
If we represent the function f (t) in terms of signal values, i.e. f (t) = X (t1) / Y (t1), then expression (7) is written as
[X (t1) / Y (t1)] / [X (t2) / Y (t1)] cosF o (8)
After simplification
cos F o X (t1) / X (t2) (9)
At time t01, corresponding to the point in time when the reference signal Y (t) is zero (Fig. 1), we can write the following expression:
X (t01) X (t2) sin F o (10)
Expression (10) is rewritten as
sin F o X (t01) / X (t2) (11)
Having divided the left and right sides of equations (11) and (9), respectively, we obtain
tg F o X (t01) / X (t1) (12)
Therefore, the phase difference value F o will be
F o arctg [X (t01) / X (t1)] (13)
Formula (13) is valid for the first quadrant, i.e. with phase shifts 0 ≅ F o ≅Π / 2. For phase shifts Π / 2 ≅F o ≅ 0, the expression F o = -arctg [X (t01) / X (t1)]
For phase shifts satisfying the expression Π ≅ F o <Π / 2, the expression
F o Π + arctg [X (t01) / X (t1)]
For phase shifts Π / 2 <F o ≅Π, the expression
F o Π arctan [X (t01) / X (t1)]
Therefore, for Π≅F o ≅Π we can write
F o m (g + Π n ), (14) where g = arctan [X (t01) / X (t1)] for the case when the measured signal X (t) outpaces the reference signal Y (t);
g = -arctg [X (t01) / X (t1)] for the case when the measured signal X (t) is out of phase with the reference signal Y (t);
n = 0, m = 1 for common-mode signals, F o | ≅Π / 2;
m = -1, n = -1 for g> 0 or n = 1 for g <0 for antiphase signals, Π / 2 <F o | ≅ Π
From (9) it is possible to determine the phase shift F o using the formula
F o arccos [X (t1) / X (t2)] (15)
However, when using conventional technical means of measurement, when the values are measured using sixteen bit numbers, then for small values of phase shifts, the resolving ability for measuring the values of the arc cosine is limited, therefore, the measurement error is somewhat worsened.

Из (10) можно определять сдвиг фаз Fo, используя формулу
Fo arcsin [X (t01)/ X(t2)] (16)
Выражение (16) позволяет повысить точность измерений малых фазовых сдвигов. Однако при анализе сигналов с малой величиной амплитуд большое значение имеет наличие постоянной составляющей в погрешности измерений при 0 ≅| Fo|≅ Π/4.
From (10) it is possible to determine the phase shift F o using the formula
F o arcsin [X (t01) / X (t2)] (16)
Expression (16) allows to increase the accuracy of measurements of small phase shifts. However, in the analysis of signals with a small magnitude of amplitudes, the presence of a constant component in the measurement error at 0 ≅ | F o | ≅ Π / 4.

Использование для измерения значений arctg из предлагаемого способа позволяет улучшить способ с использованием значений arccos при измерениях малых величин Fo и улучшить способ с использованием значений arcsin при анализе сигналов с малыми амплитудами. Ниже приведены примеры реализации способа.Using for measuring arctg values from the proposed method allows to improve the method using arccos values when measuring small values of F o and to improve the method using arcsin values when analyzing signals with small amplitudes. The following are examples of the implementation of the method.

П р и м е р 1. На фиг. 1 представлено простое устройство для реализации способа. Устройство содержит два фильтра верхних частот 1 и 2 соответственно и двухлучевой осциллограф 3. Фильтры 1 и 2 подключены к источникам первого U1(t)+U1 и второго U2(t)+U2 сигналов соответственно. Выходы фильтров 1 и 2 подключены к первому и второму входам двухлучевого осциллографа 3 соответственно. Фильтры 1 и 2 отфильтровывают постоянные составляющие сигналов (фильтры нужны, если сигналы имеют постоянные составляющие), с их выходов отфильтрованные сигналы U1(t) и U2(t) поступают на первый и второй входы двухлучевого осциллографа 3, и оператор видит на его экране два синусоидальных сигнала (см. фиг. 1). PRI me R 1. In FIG. 1 shows a simple device for implementing the method. The device contains two high-pass filters 1 and 2, respectively, and a two-beam oscilloscope 3. Filters 1 and 2 are connected to the sources of the first U1 (t) + U1 and second U2 (t) + U2 signals, respectively. The outputs of the filters 1 and 2 are connected to the first and second inputs of the two-beam oscilloscope 3, respectively. Filters 1 and 2 filter out the constant components of the signals (filters are needed if the signals have constant components), from their outputs the filtered signals U1 (t) and U2 (t) are fed to the first and second inputs of the two-beam oscilloscope 3, and the operator sees two sinusoidal signal (see Fig. 1).

В соответствии с формулой изобретения определяют их взаимное положение синфазность или противофазность и измеряют два значения одного из сигналов в точках t01 и t1, соответствующих моменту времени, когда опорный сигнал равен нулю, и моменту времени, соответствующему середине полуволны опорного сигнала. В зависимости от выбора измеряемого сигнала с учетом синфазности или противофазности сигналов определяют значение и знак разности фаз исследуемых сигналов. In accordance with the claims, their mutual position is out of phase or out of phase, and two values of one of the signals are measured at points t01 and t1, corresponding to the point in time when the reference signal is zero, and the point in time corresponding to the middle of the reference signal half-wave. Depending on the choice of the measured signal, taking into account the in-phase or out-of-phase signals, the value and sign of the phase difference of the studied signals are determined.

П р и м е р 2. Отфильтрованные от постоянной составляющей сигналы оцифровываются в АЦП и записывают на магнитном носителе. После копирования на дискету запись обрабатывают на персональном компьютере IBM РС/AT, программой, использующей предлагаемый способ. Измерения значений сигнала и вычисление значения сдвига фаз Fo проводят в соответствие с формулой изобретения, с учетом выбора измеряемого сигнала, синфазности или противофазности сигналов. В результате расчета на экране дисплея появляется значение разности фаз между исследуемыми сигналами, лежащими в интервале от минус П до плюс П.PRI me R 2. Filtered from a constant component, the signals are digitized in the ADC and recorded on a magnetic medium. After copying to a floppy disk, the recording is processed on an IBM PC / AT personal computer, a program using the proposed method. The measurement of the signal values and the calculation of the phase shift value F o are carried out in accordance with the claims, taking into account the choice of the measured signal, in-phase or out-of-phase signals. As a result of the calculation, the value of the phase difference between the studied signals lying in the range from minus P to plus P appears on the display screen.

Изобретение позволяет, определять значение сдвига фаз между сигналами с любыми частотами. В частности, проводились измерения фазовых сдвигов между сигналами инфранизкочастотного диапазона. Сигнал с частотой от 0,1 Гц подавался на измерительный канал, с выхода которого снимался сигнал, сдвинутый по фазе относительно входного сигнала. Сдвиг фаз между сигналами определялся в соответствии с предлагаемым способом в зависимости от возможностей вариантов (по примеру 1 или 2). The invention allows to determine the value of the phase shift between signals with any frequency. In particular, phase shifts were measured between signals of the infra-low-frequency range. A signal with a frequency of 0.1 Hz was supplied to the measuring channel, from the output of which a signal shifted in phase relative to the input signal was taken. The phase shift between the signals was determined in accordance with the proposed method depending on the options (according to example 1 or 2).

Точность измерений определяется точностью измерений величин, входящих в формулу (14). Так как никаких вспомогательных и предварительных преобразований (кроме устранения постоянных составляющих из исследуемых сигналов при их наличии) не проводится, то статическая максимальная погрешность измерений определяется суммой погрешностей измерения всего двух параметров мгновенных значений одного из сигналов в момент времени t01 и t1 (целесообразно внутри одного из полупериодов). Следовательно, при обработке исследуемых сигналов с помощью персонального компьютера с обычным представлением чисел (например, шестнадцати разрядный персональный компьютер IBM PC/AT), разрешающая возможность предлагаемого способа повышается. В общем случае можно утверждать, что при величинах главных углов около 45о предлагаемый способ имеет преимущества по сравнению со способами, использующих выражения для sin и cos,особенно при измерениях сигналов с малыми амплитудами (влияние постоянных составляющих в сигнале минимально). В реальных измерениях на инфранизких частотах не удается полностью избавиться от постоянной составляющей, и тогда ее присутствие будет давать дополнительную погрешность измерения, особенно для сигналов с малыми амплитудами. Следует отметить, что при увеличении значений фазовых сдвигов от 0 до Π/4, влияние постоянной составляющей будет уменьшаться до нуля, так как приFo| Π/4 выполняется равенство X(t01)=X(t1), отношение этих значений будет равно "1". Наличие постоянной составляющей в измерительном сигнале в этом случае не будет увеличивать погрешность определения сдвига фаз Fo.The accuracy of measurements is determined by the accuracy of measurements of the quantities included in formula (14). Since no auxiliary and preliminary transformations (except elimination of the constant components from the studied signals, if any) are carried out, the static maximum measurement error is determined by the sum of the measurement errors of only two parameters of the instantaneous values of one of the signals at time t01 and t1 (it is advisable inside one of half periods). Therefore, when processing the studied signals using a personal computer with the usual representation of numbers (for example, sixteen-bit personal computer IBM PC / AT), the resolution of the proposed method is increased. In the general case, it can be argued that with the principal angles of about 45 °, the proposed method has advantages over methods using the expressions for sin and cos, especially when measuring signals with small amplitudes (the influence of constant components in the signal is minimal). In real measurements at infra-low frequencies, it is not possible to completely get rid of the constant component, and then its presence will give an additional measurement error, especially for signals with small amplitudes. It should be noted that with increasing values of phase shifts from 0 to Π / 4, the influence of the constant component will decrease to zero, since when F o | Π / 4 the equality X (t01) = X (t1) holds, the ratio of these values will be equal to "1". The presence of a constant component in the measuring signal in this case will not increase the error in determining the phase shift F o .

Динамическую погрешность измерения, обусловленную погрешностью из-за конечного значения частоты дискретизации, можно определить по отношению значения интервала дискретизации к 1/4 периода исследуемых сигналов. Для достижения динамической погрешности не более 0,001отребуется обеспечить отношение интервала дискретизации к четверти, периода сигналов не менее 1/57295, что соответствует 2 в степени минус 16.The dynamic measurement error due to the error due to the final value of the sampling frequency can be determined by the ratio of the sampling interval to 1/4 of the period of the studied signals. To achieve dynamic error of not more than 0,001 is required to provide the ratio of the sampling interval to a quarter, a signal period of at least 1/57295, which corresponds to 2 to the power of minus 16.

В результате расчетов было получено значение максимальной приведенной погрешности для измерения разности фаз сигналов, измеряющихся в инфранизко- частотном диапазоне около 1 Гц, которая близка к 0,001о при использовании 32-х разрядной ЭВМ (например, IBM PC/RT) и частоте дискретизации около 250 кГц.The calculations was obtained by the maximum reduced error for measuring signal phase difference, measured in infranizko- frequency range about 1 Hz, which is close to about 0.001 when using 32-bit computers (e.g., IBM PC / RT), and the sampling frequency of about 250 kHz

Современный типовой прибор Ф2-34 для измерения фазового сдвига между сигналами характеризуется погрешностью измерения 0,2о, начиная с 1 Гц и выше, что значительно хуже, чем в предлагаемом способе.A modern standard device F2-34 for measuring the phase shift between signals is characterized by a measurement error of 0.2 about , starting from 1 Hz and above, which is much worse than in the proposed method.

Все рассмотренные способы, анализирующие сдвиг фаз отфильтрованных от постоянной составляющей сигналов, имеют методическую погрешность большую, чем предлагаемый способ, так как все другие способы имеют либо вспомогательные преобразования, снижающие погрешность, либо измеряемые параметры их больше по количеству, чем в предлагаемом способе. All the considered methods that analyze the phase shift of the signals filtered from the constant component have a methodological error greater than the proposed method, since all other methods have either auxiliary transformations that reduce the error, or their measured parameters are larger in quantity than in the proposed method.

Предлагаемый способ приемлем в широком диапазоне частот и имеет более высокую чувствительность при измеpениях малых величин разности фаз, чем прототип, а при изменении амплитуды одного из исследуемых сигналов в сторону уменьшения в предлагаемом способе погрешность измерения уменьшена за счет возможности производить измерения мгновенных значений сигнала большей амплитуды. The proposed method is acceptable in a wide frequency range and has a higher sensitivity when measuring small values of the phase difference than the prototype, and when the amplitude of one of the studied signals changes in the direction of decreasing in the proposed method, the measurement error is reduced due to the ability to measure instantaneous values of a larger amplitude signal.

Claims (1)

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СДВИГА ФАЗ ДВУХ СИНУСОИДАЛЬНЫХ СИГНАЛОВ, в соответствии с которым измеряют мгновенное значение одного из отфильтрованных от постоянной составляющей сигналов X(t) и Y(t), отличающийся тем, что измеряют второе мгновенное значение этого же сигнала X(t), принятого за измерительный, причем первый момент времени t0 1 выбирают, когда другой сигнал Y(t), принятый за опорный, равняется нулю, второй момент времени t1 выбирают на середине полуволны опорного сигнала, а значение сдвига фаз F0 сигнала X(t) относительно сигнала Y(t) определяют по формуле
Fo= m(g+πn),
где
Figure 00000003

для случая, когда измеряемый сигнал X(t) опережает по фазе опорный сигнал Y(t);
Figure 00000004
;
для случая, когда измеряемый сигнал X(t) отстает по фазе от опорного сигнала Y(t);
n=0, m=1 для синфазных сигналов,
Figure 00000005

m= 1, n= -1 при g > 0 или n=1 при g < 0 для противофазных сигналов,
Figure 00000006
METHOD FOR DETERMINING PHASE SHIFT OF TWO SINUSOIDAL SIGNALS, according to which the instantaneous value of one of the signals X (t) and Y (t) filtered from the constant component is measured, characterized in that the second instantaneous value of the same signal X (t), taken as measuring, and the first time t 0 1 is selected when the other signal Y (t), taken as the reference, is zero, the second time t 1 is selected in the middle of the half-wave of the reference signal, and the phase shift value F 0 of the signal X (t) relative to signal Y (t) is determined by the formula
F o = m (g + πn),
Where
Figure 00000003

for the case when the measured signal X (t) outpaces the reference signal Y (t);
Figure 00000004
;
for the case when the measured signal X (t) is out of phase with the reference signal Y (t);
n = 0, m = 1 for common-mode signals,
Figure 00000005

m = 1, n = -1 for g> 0 or n = 1 for g <0 for antiphase signals,
Figure 00000006
RU93033308A 1993-06-28 1993-06-28 Method for determining phase shift between two sine-wave signals RU2039360C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93033308A RU2039360C1 (en) 1993-06-28 1993-06-28 Method for determining phase shift between two sine-wave signals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93033308A RU2039360C1 (en) 1993-06-28 1993-06-28 Method for determining phase shift between two sine-wave signals

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2039360C1 true RU2039360C1 (en) 1995-07-09
RU93033308A RU93033308A (en) 1995-10-27

Family

ID=20143982

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU93033308A RU2039360C1 (en) 1993-06-28 1993-06-28 Method for determining phase shift between two sine-wave signals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2039360C1 (en)

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Кофлин Р., Дрискол Ф. Операционные усилители и линейные интегральные схемы. М.: Мир, 1979, с.207. *
2. Авторское свидетельство СССР N 1138760, кл.G 01R 25/00, 1985. *
3. Авторское свидетельство СССР N 1503026, кл. G 01R 25/00, 1989. *
4. Авторское свидетельство СССР N 1503025, кл. G 01R 25/00, 1989. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4595991A (en) Position measuring method and apparatus
Wabinski et al. Time interval analysis of interferometer signals for measuring amplitude and phase of vibrations
RU2039361C1 (en) Method for determining phase difference between two signals
RU2039360C1 (en) Method for determining phase shift between two sine-wave signals
RU2040002C1 (en) Method for determining phase difference of two signals
RU2037160C1 (en) Method of measuring phase shift of two sinusoidal signals
RU2007735C1 (en) Method of measuring phase shift of two sinusoidal signals
RU2040001C1 (en) Method for determining phase shift between two signals with known amplitude ratio
RU2003990C1 (en) Method of measurement of shift of phases of two sinusoidal signals
RU2003118C1 (en) Method of determining phase shift between two sinusoidal signals
RU2093886C1 (en) Method for detection of amplitude ratio of quasi-sine signals
RU2039362C1 (en) Device for measuring phase shift of signals with known ratio of their amplitudes
US2771581A (en) Wave analyzer
RU2090897C1 (en) Sine-wave signal frequency measurement technique
RU2090882C1 (en) Eddy current detector to test cylindrical articles
RU2010246C1 (en) Method of harmonic analysis of signals
RU2035743C1 (en) Method for determining phase-quadrature sine-wave signals
RU2019846C1 (en) Method for measuring phase position of two sine- shaped signals
RU2086991C1 (en) Method for spectral analysis of signals
SU956966A1 (en) Displacement measuring device
RU2062475C1 (en) Device measuring phase shifts between sinusoidal signals
RU2037831C1 (en) Method of measuring phase relations between two sinusoidal signals
JP2512882B2 (en) Encoder
US20220019641A1 (en) Method and system for processing a signal to extract a useful signal from a disturbed signal
RU2041471C1 (en) Device for determining phase ratio of two sine-wave signals