SU1051449A1 - Способ измерени сдвига фаз - Google Patents

Abstract

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА ФАЗ, включающий сравнение во времени опорной и фазовой послеаовательностей импульсов, сформированных из опорного и исслецуемрго периодических сигналов, с эталонной последовательностью импульсов , формирование опорной и фазовой последов а тельное те и пакетов совпадений импульсов эталонной последовательности соответственно с импульсами опорной и фазовой последовательностей, формирование опорной и фазовой последовательностей выделенных, одинаковых по пор дку еле- ; довани  импульсов из соответствующих последовательностей пакетов совпадений, подсчет числа периодов эталонной последовательности в каиадом из опорных интервалов, образованных ближайшими импульсами опорной последовательности выделенных импульсов, а также подсчет числа периодов эталонной последовательности в каждом из фазовых интервалов , началыюй границей которых  в л ютс  импульсы опорной последовательности выделенных импульсов, а конечной - ближайшие, следующие за ними, импульсы фазовой последователь- . ности выцеленных импульсов, и расчет искомого сдвига фаз, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений, дополнительно циклами формируют мерные последовательности , сравнива  поочередно длительности соседних временных и тервалов, границы которых образованы ближайшими импульсами исходной последовательности, а мерную последовательность составл ют из тех импульсов исходной последовательности , которые образуют конечнью (или начальные) границы интервалов, длительность которых больше (или меньI ше) предшествующих им интервалов, (Л причем в первом цикле в качестве исходной примен етс  опорна  послецовьтельность выделенных, одинаковьгх по пор дку следовани  импульсов из опорной последовательности пакетов совпадений , а в каждом последующем цикле исходной  вл етс  мерна  последовательность импульсов, сформированна  в пред:л шествующем ему цикле, при этом процессформировани  мерных последовательностей прекращают на том , в котором ин4 ;О тервал между соседними импульсами мереной последовательности превысит заданное значение, формируют мерный интервал между блилсайшими импульсами мерной последовательности, сформированной в последнем цикле, и в этом мерном интервале определ ют суммарное число периодов эталонной последовательности, подсчитываемых в опорных интервалах, и суммарное число периодов эталонной последовательности, подсчитываемых в фазовых интервалах.

Description

Изобретение отнсх:итх:  к измеритель- ной технике и прецназначено, в частности , пл  измерени  величины угла сцви- га фаз между двум  периодическими снг налами.

Известно устройство, реализующее способ измерени  савига фаз, основакньй на сравнении во времени коротких импульсов , сформированных из исследуемого и опорного сигналов, с короткими импульсами эталонного генератора, частота которого близка к частоте исслецуемого (опорного) сигнала, и выделении временного интервала между выходными импульсами схем совпадений, равного интерва;ту времени, пропорциональному углу сдвига фаз, умноженному на целое число jjL .

Недостатком известного способа  в л етс  возмо «1ость нефиксаций моменто совпадений коротких импульсов эталон, ного генератора с короткими импульсами , сформированными из исследуемого (опорного) сигнала, в случае их малого перекрыти . В св зи с этим диапазон частот исследуемого и опорного сигналов сужаетс , так как не обеспечивает с  достоверность отсчетов при больших расстройках частоты эталонного генератора и частоты исследуемого и опорного сигналов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  способ измерени  сдвига фаз, основанный на сравнении во времени последовательностей импульсов, сформированных из опорного и исследуемого периодических сигналов, с последоватепьно стью импульсов эталонного сигнала, формировании опорной и фазовой последовательностей пакетов совпацений импульсов эталонного сигнала с импульсми соответственного опорного и исследуемого сигналов, выделении одинаковых по пор дку следовани  импульсов каждого пакета совпадений опорной и фазовой последо тельностей. При этом искомый фазовый сдвиг определ ют по подсчитанному числу периодов эталонного сигнала между ближайшими выделенными импульсами опорной последовательности, а также числу периодов эталонно1х сигнала , подсчитываемых в фазовом интервале ограниченном выделенным импульсом опорной последовательности и ближайшим следующим за ним выделенным импульсо фазовой последовательности.

Способ позвол ет повысить достоверность результата измерений за счет

ТОГО, что длительности импульсов могут выбиратьс  доста точно большими, вследствие чего фиксаци  совпадений обеспечиваетс  в более широком диапазоне расстроек частот сравниваемых последовательностей .

Однако при этом погрешность квантовани  в области больших расстроек частот сравниваемых последовательностей остаетс  большой.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  сдвига фаз в области больших расстроек частот эталонного и опорного (исследуемого) сигналов.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу измерени  сдвига фаз, включающему сравнение во времени опорной и фазовой последовательностей импульсов, сформированных из опорного и исследуемого периодических сигналов , с эталонной последовательностью импульсов, формирование опорной и фазовой последовательностей пакетов совпа цений импульсов эталонной последовательности соответственно с импульсами опорной и фазовой последовательностей, формирон1ание опорной и фазовой последовательностей выделенных, одинаковых по пор дку следовани  импульсов из соответствующих последовательностей пакетов совпадений, подсчет числа периодов эталонной последовательности в каждом из опорных интервалов, образованных ближайшими импульсами опорной последовательности выделенных импульсов, а также подсчет числа периодов эталонной последоштельности в каждом из фазовых интервалов, начальной границей которых  вл ютс  импульсы опорной последовательности вьщеленных импульсов, а конечной - ближайшие, следуюшие за ними, импульсы фазовой последовательности . выделенных импульсов, и расчет искомого савига фаз, дополнительно циклами формируют мерные последовательности, сравнива  поочередно длительности соседних временных интервалов, границы которых образованы ближайшими импульсами исходной последовательности, а мерную последовательность со :тавл ют из тех импульсов исходной последовательности, которые образуют конечные (или начальные ) границы интервалов, цлительность которых больше (или меньше) предшествукэших им интервалов, причем в первом цикле в качестве исходной примен етс  опорна  последовательность выделенных, одинаковых по пор дку следовани  импульсов из опорной последовательности паке- тов совпааений, а в каждом послеауюшем цикле исходной  вл етс  мерна  после .довательность импульсов, сформированна  в пр цшествуюшем ему цикле, при этом процесс формировани  мерных последова- тельиостей прекращают на том цикле, в котором интервал между соседними импульсами мерной последовательности превысит заданное значение, формируют мерный интервал между ближайшими импульсами мерной последовательности , сформированной в последнем цикле, и в этом мерном интервале определ ют суммарное число периодов эталонной последовательности , посчитываемых в опорBbix интервалах, и суммарное число пери одов эталонной последовательности, подсчитываемых в фазовых интервалах. -Измерение сдвига фаз осуществл етс  следующим образом, На начальном этапе опорный и фазовый сигналы с периодом Тц преобразуют в последовательности импульсов с сохра нением фазового сдвига и периоца и . сравнивают во времени с эталонной по- следовате-льностью импульсов, имеющей период Тд, При сравнении опорной последовательности импульсов с эталонной формируют последовательность пакетов совпадений, а при сравнении фазовой последовательности импульсов с эталонной формируют фазовую последовательность пакетов совпадений. Далее провод т формирование последовательностей выделенных импульсов. Дл  этого из каждого пакета совпадений опорной последовательности пакетов совпадений выдел ют | -е, одинаковые по пор дку следовани  (например, первые ) импульсы и, такий образом, получают опорную последовательность выделенных импульсов. Параллельно,аналогичным образом, выдел ют одинаковые по пор дку следовани  импульсы из каж дого пакета совпадений фазовой последо вательности пакетов совпадений и тем . самым формируют фазовую последовател ность выделенных импульсов. Провод т подсчет числа периодов эталонной последовательности в каждом опорном интервале, образованном соседними импульсами опорной последовательности выделенных импульсов (i -номер опорного интервала по пор дку следовани ). Подсчитывают также число N(| периодов эталонной последовательности в фазовых интервалах, начальной границе которых  вл ютс  импульсы опорной последовательности выделенных импульсов, а конечной - ближайшие следующие за ними импульсы фазовой последовательно сги выделенных импульсов. В указанной последовательности действий начального этапа осушествлетс  пр ма  трансформаци  искомого сдвига фаз на более низкую частоту следовани  пакетов совпадений путем сравнени  последовательностей импульсов исследуемых сигналов с импульсами эталонной последовательности. При этом осуществл етс  квантование периода Тц опорной и фазовой последовательностей импульсами эталонной последовательности с шагом лТд t.T,-T,-T, Подсчитав число1Т1 М периодов эталонной последовательности в опорном интервале и число п - Mq) в фазовом интервале, попавшем в i -и опорный инч тервал, можно вычислить искомый угол сдвига фаз по формуле В первом цикле сравнивают поочередно соседние опорные интервалы (imTepвалы , границами которых  вл ютс  блих айшие импульсы опорной последовательнести выделенных импульсов) и выдел ютс  те интервалы, длительность которь1х больше (или меньше) длительности предшествующих им интервалов. Дл  формировани  мерной последовательности исполь зуют импульсы, образующие начальные (или сонечные) границы выделенных интервалов . Определ ют суммарное значение числа периодовТ эталонной последовательности в 1штервале, образованном соседними импульсами мерной последовательности Ъ, где 6 число опорных интервалов, попавших в указанный интервал мерной ; последовательности. Если оказываетс , что ., где - наперед заданное число, о обеспечивающее требуемую точность из$ мерени  сдвига фаз, то провод т второй цшсл формировани  мертой последовател нести. Во втором цикле сравнивают поочередно сосеание интервалы мерной после- повательноети, полученной в первом цик ле, и выдел ют те интервалы, цлительность которых больше (или меньше) апительности преашествующих им интервалов . Из импульсов, образующих начальные (или конечнью) границы выделе ных интервалов, формируют мерную последовательность второго цикла, котора  вл етс  исходной цл  третьего цикла. При выполнении услови  Я ал  К1ерной послецовательности второго цикла аналогичным образом провод т трети и: последующие циклы формировани  мер последовательностей. Прекращают процесс формировани  мерных последсоательностей на том Ч;-м цикле (, 2 ...), в котором сум марное число периодов эталонной последовательности Мз удовлетвор ет ус ловию MgS ,.B качестве мерного ин™ тервала выбирают любой интервал межд шижайшими импульсами полученной мер ной последовательности и в этом ин 1:ервале определ ют суммарное число периодов эталонной послецовательности (обозначим его N ), а также суммарно число периодов эталонной последова;гельности , попавших в фазовые интервалы (обозначим его W(. ) по IP f- 44 Полученные значени  М иНш исполь зуют дл  расчета искомого угла сдвига фаз На чертеже показана структурна  сх ма оцного из вариантов устройства, реа лизующего способ. Устройство содержит генератор 1 эталонной частоты, формирователи 2 и 3, элементы 4 и 5 совпадени , триг1П9ры 6 и 7 мерного и фазового интерва лов, ключи 8 и 9, счетчики 10 и 11 импульсов попавших в мерапый и фазовы 1штервал, элемент 12 ИЛИ, hi каналов, Jsaждый из которых входат счетчик 13 )санала, регистр 14-t, блок iS-icpaeиени  кодов, цешифратор 16-i, вспомогательные ключи 17- и 18-1, допол- 496 нительные счетчик 19, регистр 20, блок 21 сравнени  кодов и ключ 22, Внутри кажаого канала выход счетчика 13- 1 соединен с коцовьы входом ре гистра 1.4- и первым входом блока 15- 4 сравнени  кодов. Второй вход блока 15- соедин етс  с входом дешифратора 16- 1 и выходом регистра 1.4-1. Выход блока 15 1 сравнени  кодов оое« цин етс  с управл ющим входом ключа 17-, Вькод дешифратора 16- соедин етс  с управл ющим входом ключа 18-ь Управл ющие входы счетчика 13- регистра 14- внутри каждого канала, начррш  с второго, соединены между собой и с импульсными входами ключей 17 и 18, а затем соецин ютс  С выходом ключа 17-(1-l) прэдыпушего канала. Входы счетчика 13-1, регистра 14-1, ключей 17-1, 18-1 первого канала соединены между собой и с выходом элемента 4 совпадени . Выхо-- ды ключей 18- каждого канала, а также выход ключа 17-П7 послецнего канала соедин ютс  с соответствующими входами элемента 12 ИЛИ. Выход генератора 1 эталонной частоты соедин етс  с импульсными вхоцами счетчиков 13- -i всех каналов, с первы ми входами элементов 4 и 5 соБпаценк , импульсными входами ключей 8 и 9 и импульсным входом дополнительного счетчика 19. Выходы формирова1елей 2 и 3 соединены с вторыми входами элементов 4 и 5 совпадени . На входы формирователей 2 и 3 поступают опор ный и исследуемый сигналы. Въжод элемента 5 совпадений соединен с ут1 равл ющими входами дополнительного счетчика 19, регистра 20 и импульсным входом ключа 22. Выход дополнительно. го счетчика 19 соединен с первым вхо. дом блока 21 сравнени  кодов и с кодовым входом регистра 20, выхоа которого соединен с вторым входом блока 21, сравнени  кодов. Выход блока 21. срав нени  кодов соединен с импульсным входом ключа 22, выход которого соединен с вторым управл ющим входом триггера 7 tljaaoaoro изггервапа. ПервьШ управл ющий вход триггера 7 фазового интервала соединен с выходом ключа 171 первого канала. Выход триггера 7 фа-« зового инг-ервала соединен с вторым управл ющим входом ключа 9, первый управл ющий вход которого соец$-шен с управл ющим входом ключа 8 и выходом триггера 6 мерного интервала,. Выходы ключей 8 и 9 соединены соответствен но с входами счетчиков 10 и 11 импульсов . Выход счетчика Ю импульсов соединен с вторым управл ющим входом триггера 6 мерного интервала, первый управл ющий вход которого соединен с выходом элемента 12 ИЛИ. Устройство работает следующим образом . Счетчик 13-1 непрерывно проводит подсчет поступающих на его вход генера тора 1 эталонной частоты импульсов. Однако, каждый раз по заднему фронту импульса совпадени , поступающего в канал с элемента 4 совпадени , содер жимое счетчика 13-1 переписываетс  в регистр 14-1, а сам счетчик обнул етс . Одновременно блок 15-1 сравнени  кодов проводит непрерывное сравнение поступлени  импульса совпадени  содержимое счетчика больще (или меньше содержимого регистра, на выходе блока 15-1 формируетс  импульс, открывающий ключ 17-1, который пропускает импульс, поступающий в это врем  на его импульсный вход. Блок 15-1 форми рует на выходе импульс, если содержимое счетчика 13-1 больще содержим го регистра 14-1. После .прекращени  действи  импулысов совпадени  первого пакета содержимое счетчика 1.3-1 снова начинает увеличиватьс  к моменту прихода первого импульса второго пакета импульсов сов падений уже превышает содержимое регистра 14-1. И вновь первый импульс второго пакета импульсов совпадений проходит на выход блока 15-1. Таким образом, в первом канале будут выделены первые импульсы пакетов импульсов совпадений, т.е. проведено формирование опорной последовательности выделенных импульсов совпадений. Последовательность выделенных в первом канале импульсов поступает на вход второго канала, где аналогичным образом проводитс  первый цикл формирований мерной пocлeдoвaтeльнocт i выделенных импульсов совпадений. В момент достижени  счетчиком 13- i заданного числа . навыкоде дешифрат ра 16- устанавливаетс  потенциал, открывающий ключ 18- и запирающий счетчик 13-1. С выхода ключа IB-i будут проходить на элемент 12 ИЛИ импульсы, поступающие на его импульсный вход с выхода ключа 17-(f-l). Триггер 6 мерного интервала по одному из импульсов с выхода эле49 8 мента 12 ИЛИ открывает ключ 8 и подготавливает к открытию ключ 9. Импульсы генератоа 1 эталонной частоты через ключ 8 поступают на счетчик 10, который начинает их подсчет. После того, как содержимое счетчика 10 станет достаточно больщим, на второй управл к щий вход триггера 6 мерного интервала поступает потенциал, разрещающий в момент прихода очередного импульса с выхода элемента 12 ИЛИ закрыть ключи 8 и 9. . С помощью дополнительного счерчика 19., регистра 2О, блока 21 сравнени  кодов и ключа 22 из фазовой последовательности также формируетс  фазова  последовательность выделенных импульсов совпадений; которые по фазе относительно импульсов последователь- ности, получаемой па выходе первого канала. Обе эти последовательности с выходов ключей 17-1 и 22 подаютс  на управл ющие входы триггера 7 фазового интервала. После прихода импульса с выхода ключа 17-i на выходе триггера 7 фазового ш.тервала вырабатываетс  пои-еицпал, открываюппт ключ 9, а импульс с выхода ключа 22 вызывает на выходе триггера 7 потенциал, закрывакх щий ключ 9. Если иа обоих управл ющих входах ключа 9 присутствуют потенциал., открывающие его, то ключ 9 открывает ,с  и импульсы с г енератора 1 эталонной. .частоты проход т на счетчик 11. Счет 4IIK 11 подсчитывает суммарное количество импульсов, попавщих в фазовые интервалы, ограниченные одним выделенным мерным интервалом. Деление числа, подсчитанного счетчиком 11, на число, подсчитанное счетчиком 10, и умножение на 360 дает искомый утоп сдвига фаз в градусах. . Шаг квантовани  периода ц и временного интервала в случае но пользовани  мерного интервала, полученного на -м ишше, определ етс  зависимостью о Из этого соотнощени  следует, что шаг квантовани  &1| Б ( бт ) раз меньще шага квантован и . . „ рый присущ известному способу. Таким образом, предлагаемый способ обладает более высокой точностью измерений угла сдвига фаз.

Claims (1)

1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА ФАЗ, включающий сравнение во времени опорной и фазовой последовательностей импульсов, сформированных из опорного и исследуемого периодических сигналов, с эталонной последовательностью импульсов, формирование опорной и фазовой последовательностей пакетов совпадений импульсов эталонной последовательности соответственно с импульсами опорной и фазовой последовательностей, формирование опорной и фазовой последовательностей выделенных, одинаковых по порядку следования импульсов из соответствующих последовательностей пакетов совпадений, подсчет числа периодов эталонной' последовательности в каждом из опорных интервалов, образованных ближайшими импульсами опорной последовательности выделенных импульсов, а также подсчет числа периодов эталонной последовательности в каждом из фазовых интервалов, начальной границей которых являются импульсы опорной последовательности выделенных импульсов, а конечной — ближайшие, следующие за ними, импульсы фазовой последователь— . ности выделенных импульсов, и расчет искомого сдвига фаз, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, дополнительно циклами формируют мерные последовательности, сравнивая поочередно длительности соседних временных интервалов, границы которых образованы ближайшими импульсами исходной последовательности, а мерную последовательность составляют из тех импульсов исходной последовательности, которые образуют конечные (или начальные) границы интервалов, длительность которых больше (или меньше) предшествующих им интервалов, причем в первом цикле в качестве исходной применяется опорная последовательность выделенных, одинаковых по порядку следования импульсов из опорной последовательности пакетов совпадений, а в каждом последующем цикле исходной является мерная последовательность импульсов, сформированная в предшествующем ему цикле, при этом процесс-’ формирования мерных последовательностей прекращают на том ци^ле, в котором интервал между соседними импульсами мерной последовательности превысит заданное значение, формируют мерный ин те рвал между ближайшими импульсами мерной последовательности, сформированной в последнем цикле, и в этом мерном интервале определяют суммарное число периодов эталонной последовательности, подсчитываемых в опорных интервалах, и суммарное число периодов эталонной последовательности, подсчитываемых в фазовых интервалах.

   SU (id ЮД1449..;