SU1228038A1 - Способ измерени сдвига фаз - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области электроизмерений. Может примен тьс  дл  точных измерений фазовых сдвигов между двум  сигналами. Цель изобретени  - повышение точности измерений - достигаетс  за счет частичного исключени  систематических ошибок, вносимых элементами измерительных цепей. Согласно данному способу суммируют опорный и измер емый сигналы, сдвигают измер емый сигнал на 90, вновь суммируют эти сигналы, измер ют квадратуры амплитуд первого и второго суммированных сигналов, затем провод т р д дополнительных измерений амплитуд первого и второго суммированных сигналов, сохран   при этом амплитуду опорного сигнала посто нной. Измер емый фазовый сдвиг определ етс  по формулам. Вывод формул приводитс  в описании изобретени . Устройство , реализукйцее способ, содержит входные блоки 1 и 2, усилители 3 и 4, делители мощности 5 и 6, аттенюатор 7, дополнительный фазовращатель 8, сумматоры 9 и 10, квадраторы 11-14, измерители 15-18, фазорасщепитель 19, оконечный усилитель 20, входные зажимы 21 и 22, блок сопр жени  23, миниЭВМ 24 и переключатель 25. 1 ил. о Ф (Л

Description

Изобретение относитс  к способам электроизмерений и может примен тьс  дл  точных измерений фазовых сдвигов между двум  сигналами.

Цель изобретени  - повышение точности измерений путем частичного исключени  систематических ошибок, вносимых элементами, измерительных цепей. , ;

На чертеже представлена структур- to измер емого, суммарного и второго

на  схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит входные блоки 1 и 2, усилители 3 и 4, делители 5 и 6 мощности, аттенюатор 7, дополнительный фазовращатель 8, сумматоры 9 и 10 , квадраторы 11-14, измерители 15-18, фазорасщепитель 19, оконечный усилитель 20, входные зажимы 21 и 22, блок 23 сопр жени , миниЭВМ 24 и переключатель 25, причем входной .зажим 21 через входной блок 1 св зан с усилителем 3 и вторым входом переключател  25, входной зажим 22 через входной блок 2 св зан с первьм входом переключател  23, вход которого через последовательно соединенные аттенюатор 7, фазовращатель 8 и усилитель 4 св зан с входом делител  6, выход усилител  3 соединен с входом делител  5, первый выход которого через квадратор 11 соединен с измерителем 15, первый выход делител  6 через квадратор 13 св зан с измерителем 17, а второй выход делител  6 через последовательно соединенные фазорасщепитель 19 и усилитель 20 соединен с вторым входом сумматора 10, первые входы сумматоров 9 и 10 подключены к выходу делител  5, выхо сумматора 9 через квадратор 12 соединен с измерителем 16, а выход сумматора 10 через квадратор 14 - с измерителем 18, блок сопр жени  23 св зан с переключателем 25, аттенюатором 7, фазовращателем 8, измерител ми 15-18 и миниЭВМ 24.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следуницим образом .

Опорньй синусоидальный сигнал частотой СО и амплитудой и,„ поступает на входной зажим 21, а измер емый сигнал - на входной зажим 22. В первом положении переключател  25 измер емый сигнал амплитудой UHJM поступает на вход аттенюатора 7, затухание которого миниЭВМ 24 устанавливает

равным нулю. Фазовращатель 8 устанавливаетс  в нулевое положение. В этом случае на входах квадраторов 11-14 имеютс  напр жени , соответствующие опорному, измер емому, суммарному и второму суммарному сигналам. На выходах квадраторов 11-14 находитс  посто нна  составл юща , пропорциональна  квадрату амплитуды опорного.

суммарного сигналов, измер емых измерител ми 15-18, в качестве которых используютс  цифровые вольтметы посто нного тока. Показани  измерителей 15-18 имеют следующий вид: (f)

y,c,

.«i

Uг-C,к Uoп 4 lг.+2 зK4Uo„U«,мC05(c|UЧ,); ,« 2l jK64onUv,SMC05{c|iiC a . где C, Cj, С,, C - коэффициенты передачи квадраторов 11-14 и измерителей 15-18;

К,,..., Kg - коэффициенты, учитывающие неидеальность коэффициентов передачи блоков 1 и 2, усилителей 3 и 4, усилител  20, фазорасщепител  19, сумматоров 9 и 10 и деталей 5 и 6;,

utf, и лср2 фазовые сдвиги,учитьша- ющие неидеальностьперечисленшлх блоков.

tf, - фазовый сдвиг фазовращател  В;

Cf - измер емый фазовый сдвиг. Преобразуют систему (1) к следующему виду:(2)

U,, + ,,UjC05 СР ;, 1 li4-4 - 4 l 241 4-llMJ75;n(,) где )

. K5

K4- -t J-fc7;

(,-,

q), ucf,-bcfj-q,-qo°.

Из системы (2) измер емый сдвиг фаз определ етс .по формулам:

., U,, . л(3)

ItirSW

1

2К,КглПЦ17 °i

cf arccos

. iK,,Ui Однако вследствие неидеальности упом нутых элементов, коэффициенты

К(, Kj, К, фазовый сдвиг неизвестны. Дл  их определени  ми- ниЭВМ 24 .устанавливает затухание аттенюатора А и фазовый сдвиг фазовращател  8ср„ . Таким образом, к измер емому фазовому сдвигу Ср суммируетс  первый дополнительный фазовый сдвиг, а амплитуда измер емого сигнала измен етс  в К, раз. Показани  измерителей 16-18 соответственно равны и,, и,, и. Эти показани  ввод тс  через блок 23 в пам ть ми- ниЭВМ 24.

Затем миниЭВМ 24 через блок 23 устанавливает затухание аттенюатора 7 AJ и.фазовый сдвиг фазовращател  8cfjj . Показани  измерлтелей 16-18 равны и , , 1)42- Эти показани  ввод тс  через устройство 23 в пам ть миниЭВМ 24. Аналогичные операции провод тс  К раз. При , использу  также результаты измерений U(, 1)2, U-, Uj( , получают систему из 10 нелинейных уравнений с 10 неизвестными, имеющую вид:

)ЛK2Ul- гк,,Uг co5Cp ,K Uj42K,X.u;075in(a- p ;

,,Uj co5 Q j U44-K jU, + l(J,j +2K lC | p75in ((p),

Практически дл  повышени  точности используетс  большее число уравнений . В этом случае дл  решени  системы (4) примен етс  метод наименьших квадратов. МиниЭВМ 24 решает систему (4) и определ ет неизвестные коэффициенты К , К, К, К и сдвиг фаз (рд , использу  хран щиес  в пам ти значени  квадратов амплитуд опорного и, измер емого Uj, суммарного Uj и второго суммарного U сигналов, а также ЗК дополнительных измерений квадратов амплитуд измер емого, сум- маркого и второго суммарного сигналов . Затем по формулам (2) определ етс  измер емый фазовый сдвиг cf . Однако найденное значение фазового сдвига еще содержит посто нную систематическую погрешность дс|), . Дл  устранени  этой погрешности миниЭВМ 24 переводит переключатель 25 в по

(4

ложение

а фазовращателем 8

устанавливаетс  фазовый сдвиг-дер,. Затем переключат ель 25 устанавли- ВНИИПИ Заказ 2284/46

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4

8038 .4

ваетс  в положение 1. В пам ть миниЭВМ 24 ввод тс  показани  измерителей 15-18, а по формулам (2) определ етс  искомый сдвиг фаз, свобод- 5 ный от систематических погрешностей.

Как показали экспериментальные исследовани , точность измерени  сдвига фаз составл ет ±0,7 при использовании измерителей 15-18 с пог- tO решностью 0,2% на частоте 3 ГГц. Таким образом, предложенный способ позвол ет повысить точность измерени  в 3 раза.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ измерени  сдвига фаз, заключающийс  в том, что суммируют опорный и измер емый сигналы, сдвигают измер емый сигнал на 9(f , вновь сум25

   35

   30

   40

   мируют опорный и сдвинутый измер емый сигналы, измер ют квадраты, амплитуд первого и второго суммированных сигналов, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени , измер ют квадраты амплитуд опорного и измер емого сигналов, провод т К/К 5 4 дополнительных измерений амплитуд измер емого, первого суммированного и второго суммированного сигналов, сохран   при этом амплитуду опорного сигнала посто нной, причем в j -м дополнительном измерении суммируют с измер емым фазовым сдвигом j-и дополнительный фазовый сдвиг, измен   также амплитуду измер емого сигнала в Kj раз, а измер емый фазовый сдвиг (f определ ют по формулам:

   . rU4-k5U,, q .arc5m , sec «, ч- ик к+лГид

   iJ,,-Klu

   Ч

   C OPCCOS

   UrKiUr iU,

   где К, , К , К, , К - коэффициенты; Тд - сдвиг фаз, дл  определени  которьк используютс  значени  квадратов амплитуд опорного (1, , измер емого Uj , суммарного И и второго суммарного (1 сигналов, а также ЗК дополнительных измерений квадратов амплитуд измер емого, суммарного и вто- рогр суммарного сигналов. ираж 728 Подписное

   Ужгород, ул. Проектна , 4