SU1101754A1 - Способ измерени фазового сдвига (его варианты) - Google Patents

Abstract

1. Способ измерени  фазового :сдвига с компрессией частотного диапазона преобразованием частоты и определением разности фаз преобразованных сигналов о т л и ч а ю щ и йс   тем, что, с целью повышени  точности измерений, первый из измер емых сигналов перемножают с первым и вторым сигналами, задержанными на равномерно измен ющуюс  во времени величину, и вьщел ют сигналы разностных частот, между которыми определ ют фазовый сдвиг. 2. Способ измерени  фазового сдв1|га с компрессией частотного диапазона преобразованием частоты и определением разности фаз преобразованных сигналов, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью повьшени  точности измерений, первый и второй измер ем -е сигналы перемножают с первым и вторыь задержанными на равномерно измен ющуюс  во времени величину сигналами, вьщеленный после перемножени  вторых (Л сигналов сигнал суммарной частоты перемножают с второй гармоникой neiJBOro сигнала, и вьщел ют сигналы разностных частот, между ;которыми определ ют, фазовый сдвир. ..

Description

Ч|

:л

;:

1

Изобретение относитс  к радиоиэмерительной технике и может быть использовано дл  определени  разности фаз. гармонических сигналов.

Известен способ измерени  фазового сдвига с трансформацией частоты , заключающийс  в умножении частоты измер емых сигналов в п раз последующем вьщелении и усилении tt -и гармоники ,сигналов и определении увеличенного в п раз, по сравнению с измер емым, сдвига фаз tj

Однако данный способ имеет сложнзгю систему индикации дл  устранени  неоднозначности отсчета, .малый частотный и динамический диапазон входных сигналов, а также предусматривае весьма высокие требовани  к стабильности и идентичности умножени  частоты измер емых сигналов, что вызывает тезцнические трудности при реализации устройств.

Наиболее близким по технической сущности к изабретению  вл етс  способ измерений разности фаз с преобразованием частоты, заключающийс  в первоначальном смещении спектров измер емых сигналов на вбличину частоты первого гетеродинаг и получени , таким образом, спектров первой промежуточной частоты ,пов-. торном смещении одного из спектров первой промежуточной частоты на величину частоты опорного генератора, смешивании полученного спектра второй промежуточной частоты одного сигнала со спектром первой промежуточной частоты другого сигнала, выделении преобразованного спектра сигнала на частоте опорного генератора и определении фазового сдвига полученного преобразованного сигнала относительно текущей фазы опорного генератора. При этом производитс  перенос измерени  фазового угла на фиксированную частоту опорного генератора, чем обеспечиваетс  компресси  рабочего диапазона частот 2 .

Однако наличие многократных преобразований частоты, необходимых дп  компрессии частотного диапазона обусловливает флуктуационные фазовы нестабильности, временные фазовые ошибки, нелинейные погрешности преобразовани . Кроме того, наличие генераторных напр жений, обусловленных гетеродинным способом преобра54 .2

зованиЛ частоты, приводитк паразитному прохождению на входы устройств, реализующих данный способ,, .напр жений частот гетеродинов, чем/объ сн ютс  возникающие, при работе вредные излучени . Плохие параметры электромагнитной совместимостизатрудн ют использование известного способа при построении устройств, работающих в составе сложных высокочастотных измерительных систем и комплексов.

Цель изобретени  - повышение точности измерений.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу измерени  фазового сдвига с компрессией частотного диапазона преобразованием частоты и определением разности фаз преобразованных сигналов, первый, из измер емых сигналов перемножают с первым и вторым сигналами, пр.едварительно заде ржанными на равномерно измен ющуюс  во времени величину, и вьщел ют сигналы .разностных частот, между которыми определ ют фазовый сдвиг.

По второму варианту первый и второй измер емые сигналы перемножают с первым и вторым задержанными на равномерно измен ющуюс  во времени: величину сигналами,.вьщеленный после перемножени  вторых сигналов сигнал суммарной частоты перемножают с второй гармоникой первого сигнала , и выдел ют сигналы разностных частот, между которьми определ ют фазовый сдвиг.

Исключение внутренних гетеродинов позвол ет СНИЗИТЬ уровень паразитных излучений во внещнИе цепи, а.в паузах между измерени ми практически исключить. Снижение вносимых при Преобразовании частоты искажений позвол ет повысить точность измерений при большом (до 1СП) коэффициенте сжати  исследуемого диапазона частот. Во втором варианте способа измер етс  удвоенное значение разности фаз, что повышает, по сравнению с первым вариантом, точность измерений.Второй вариант обладает также большой помехоустойчивостью .

Сущность первого варианта способа по сн етс  следующим образом.

Измер емые входные сигналы

(t)cos(uctfaO

)C05(Wcbtf,), где и (Ч (.t, U с (i) - амплитуды измер  емых сигналов, We -.частота сигналов 4f,,Cf.j - фазы.сигналов, задерживают .во времени на величину & €(Я, например,путем пропускани  через перестра 1ваемые линии задержки Сигналы примут вид выv.з- зWco5 wc()iC,, . Г ,,(и г (I л( - Ueb,x.A.4.--U3WcoslWclt cW)ty,iCf, где ), иг() - амплитуды задержа ных сигналов, -q).- дополнительные фазовые сдвиги, вносимые лини ми задержки. После перемножени  первого сигI нала с соответствуюпщм ему задержанным сигналом U... . . и г ЧЯПРТ.ЖЯН вых. л. % I задержан ным вторым сигналом bwx.A.J на выходах соответствующих перемножителей получают. теых пер n ebix.A.i вх 2 n c iW xJcos QcU+ttt),VCp,-( + + co6 Ucli+5:(.t) t,+ f-i+t iV Un(.t |costcOct (tV C V COS(2Q ct Wet (t) 4-2cp,%. ebixnep n ex аыхл.г у costUctt tit)-Wc(tHi,4 ( -Cf,j 4+ (tbt it)+ CJct + Cfi + q,j t (jf{ Un(i)costcOcu(t)4t(,-Cf,y+ fCos(2Qci+Uj tit) + Cf 1- q « Ц)) . После вьщелени  сигналов разностных частотiUjUplDcostWc ltyi-q ) u;-Upltkos(Wcttt c,4,-c,), определ ют фазовьй сдвиг напр же- . ни  Кд относительно U соответственно равный измер емой разнос ти фаз входных сигналов utfsCpo- y По второму варианту способа, после перемножени  второго сигна- x .с соответствующим ему задержанным и Qj,, д,. вьщел ют напр «гсние суммарной частоты l),.U Wcosl2wct + G3cttt)2t,,4 ( которое перемножают со второй гар--: МОНИКОЙ первого-сигнала Ijg exz c2ttlcosC2coc-tf2cf,V После вьщелени  из результата переle вьщелени  из результата nt множени  сигнала разностной частоты (t)cos(wctW+2Ccpj-q),Vq . определ ют фазовый сдвиг напр жений . у ц.. учитыва , что он в два Р измер емой разности фаз &cf. Благодар  умножению фазо ого сдвига повышаетс  точность измерений . При линейном законе изменени  задержки сигнала -Dlt} t-t, const, происходит сжатие исследуемогодиапазона частот (от с min Д° ста ) /с раз, поскольку.фазовый сдвиг сигналов разностной частоты определ етс  в диапазоне частот 1 rriax - тлп а 1 может достигать величин до . На фиг.1:И 2 приведены схемы возможных устройств, реализующих предлагаемый способ. Устройство (фиг.1) содержит перестраиваемые линии задержки 1, к управл ющим входам которых подключены выходы элемента управлени  2, а выходы перестраиваемых линий за держки 1 соедине1ны с первьми входами перемножителей 3, вторые входы которых св заны с первым входом устройства , а выходы - с фильтрами низкой частоты 4, которые подключены к входам фазового детектора 5, соединенного с индикатором 6. Устройство, приведенное на фиг.1, работает следующим образом. На взсоды 1 и 2 поступают сигналы U U,(t)co5(w,l-tq))-, U;. U|(tVt6SCWvi + 4il. Линии задержки 1, которые могут быть выполнены, например, на коммутируемых отрезках волноводов или на устройствах с поверхностными акустическими волнами, перестраиваютс  по закону Ъ (Ь) J задаваемому элементом управлени  2. Вид этого закона определ етс , исход  из конкретной, технической реализации линий задержки 1, Однако наиболее предпочтителен , с точки зрени  минимума вносимых искажений, линейный закон перестройки 2(tVtb/ij где С скорость изменени  задержки. На выходах линий задержки 1 формируютс  сигналы Uj-UidlcQsCuAt -tWV-vcp.+ ), U2-UiCi)co5(u,(t4t(U);tpj Q, которые перемножаютс  с сигналом U в перемножител х 3. Из полученных в результате перемножени  сигналов Ъ- )U2U)Cc03lw, It 4t|tn- C0,t ,-1 W- tpt- tf )(со5( ),)+co5(w,t t (i, V u),t фш1ьтрац1ш низкой частоты 4 выдел ю с  сигналы разностных частот U4-U iycoslW ltn . CQ,t (t V qii-C(,. в случае линейного закона перестройки линий задержки 1 измерение фазового сдвига прсжзвюдитс  на частоте U . На выходе фазового детектора 5 формируетс  напр жение, пропорциональное измер емому фазово сдвигу вх&дных сигналов Ut и Ul,, которое в случае фазо вого детектора, например, с синусои дальной характеристикой будет иметь вид Uj - (i(i) ui(t)5;n(t$,-cf .fc.5m 0 Индикатором 6, как обычно, прогр дуированным в значени х фазового угла, индицируетс  измер емый фазовый сдвиг. Устройство, реализующее -второй вариант предлагаемого способа, содержит перестраиваемые линии задерж ки 1, элемент управлени  2, переьшо жители 3, фильтры 4 низкой частоты, фазовый детектор 5 с индикатором 6, згмножитель частоты на два 7, вход к торого соединен с первым входом устройства, а выход - с первым входом дополнительного перемножител  8 второй вход которого через фильтр 54« высокой частоты 9 св зан с выходом перемножител  3 второгб .канала. Выход дополнительного пе емножител  ,8 подключен к входу фильтра 4 низкой частоты, а второй вход перемножител  второго канала 3 соединен с вторым входом устройства. В этом устройстве, в отличие от устройства. Приведенного на фиг,1, во втором канале из результата перемножени  в умножителе 3 сигналов Ол и U u;4Knu;u)u;(t)Ccosiu,((tn-c.,t 2- 4v 2Vcos t w)4 G);t+4 j4tp +tfi5)( фильтром высокой частоты 9 вьщел етс  колебание суммарной частоты U UqCi coslZwltU tC-tl+ecpj + Cf), которое перемножаетс  в дополнительном перемножителе 8 со второй гармоникой сигнала, поступающего на первый вход устройства U7 UTAiUo5(1W,,), фильтрами низкой частоты вьщел ютс  колебани  разностных частот U4--U4lt)co5Cu,tit) + t)V u; - и ;(t) cos iw.titv ,2.(Qi2-,} Таким образом, на выходе фазового детектора формируетс  напр жение, пропорциональное удвоенному значению измер емого фазового сдвига 54ВДи{(1Клп2(с,-(,); с учетом удвоени  индикатором 6 индицируютс  результаты измерений. В предлагаемом способе наиболее предпочтительной  вл етс  линейно измен юща с  задержка сигналов перед умножением. Однако при конкретной реализации устройств по заданному способу в зависимости от технического задани  возможно использование пилообразного, ступенчатого , (нарастающих или спадающих) и других законов перестройки задержки. Основньм требованием при. этом  вл етс  выбор такой функции, описывающей используемый закон изменени  задержки , при которой искажени  измер емых сигналов не привод т к погрешност м, превьшающим уровень, заданный техни ческим заданием. В соответствии . 7 . 1 с этим требованием необходимо, например , стремитьс  обеспечить мини мальное врем  обратного хода при пилообразном или максимум ступеней при ступенчатом законе. Использовавне перемножени  одного из измер емых сигналов с первым и вторым сигна лами, предварительно задержанными на равномерно измен ющуюс  во времени в установленных пределах величину , выделени  сигналов разностных частот, между которыми определ ете фазовьй сдвиг, позвол ет осуществить компрессию частотного диапазона, снизить паразитное излучение мощ4 ности на входы (-120 дБ) устройство (а в паузах между измерени ми исключить )-, существенно снизить,по сравнению с синхронным гетеродинированием , вносимые искажени , повысить тем самым точность измерений фазовых сдвигов. Изобретение благодар  высокому коэффициенту сжати  (до 10) имеет более широкий ча стотный и динамический диапазоны, позвол ет проводить безынерционные измерени , имеет лучшие показатели электромагнитной совместимости, высокую устойчивость и надежность в работе.

Claims (2)

1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВОГО СДВИГА (ЕГО ВАРИАНТЫ).

   1. Способ измерения фазового сдвига с компрессией частотного диапазона преобразованием частоты и определением разности фаз преобразованных сигналов, о т ли ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерений, первый из измеряемых сигналов перемножают с первым и вторым сигналами, задержанными на равномерно изменяющуюся во времени величину, и выделяют сигналы разностных частот, между которыми определяют фазовый сдвиг.
2. 2. Способ измерения фазового сдвига с компрессией частотного диапазона преобразованием частоты и определением разности фаз преобразованных сигналов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения'точности измерений, первый и второй измеряемое сигналы перемножают с первым й вторым задержанными на равномерно изменяющуюся во времени величину сигналами, § выделенный после перемножения вторых сигналов сигнал суммарной частоты ( перемножают с второй гармоникойf первого сигнала, и выделяют сигналы разностных частот, между которымиО определяют, фазовый сдвиг. .·_