SU1285397A1 - Способ измерени сдвига фаз - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к информационно-измерительной технике.Цель изобретени  - повьшение точности измерени  , расширение функциональных возможностей способа. Данный способ реализуетс  следующим образом.Из исследуемых сигналов формируютс  последовательности импульсов, которые сравниваютс  во времени с опорной Пуск F-UfSin F UgSin(t fyt-Kf) г последовательностью импульсов.Затем осуществл етс  вьщеление центральных импульсов пакетов совпадений путем определени  моментов взаимного перехода передних фронтов импульсов исследуемых сигналов относительно передних фронтов импульсов опор- - ной последовательности и моментов взаимного перехода задних фронтов импульсов этих последовательностей. Временные интервалы, которые характеризуют сдвиг фаз, формируют путем подсчета импульсов опорной частоты от начала первого центрального импульса совпадений до начаЛа второго центрального импульса в первой трансформированной последовательности и в промежутке между началом первых центральных импульсов первой и второй трансформированных последовательностей соответственно, 5 стройство, реализующее данный способ, содержит К5 сю gi 00 Фиг. 2

Description

1285397

формирователи 1,2 импульсов, формирователи 3-6, 8,9,20,21,25,26 остроконечных импульсов, генератор 7 импульсов опорной частоты, триггеры

10-13, 24, 30; 17,18,14,15,24 - со счетным входом, 22 пуска; элементы 16,19,23,28,31 совпадений, счетчики 29,32, микропроцессор 33, 3 ил.

1

Изобретение относитс  к информационно-измерительной технике, в частности к фазовым измерени м, и может быть использовано дл  измерени  сдвига фаз между двум  периоди- ческими сигналами с получением результата в виде цифрового кода,пригодного дп  ввода в ЭЦВМ.

Цель изобретени  - повышение точ .нрсти измерени  и расширение функ- циональных возможностей способа.

На фиг.1 представлены диаграмм формировани  временных интервалов дл  определени  сдвига фаз; на фиг. 2 - блок-схема устройства дл  реали- зации предлагаемого способа; на

.фиг, 3 - временные диаграммы выделени  моментов периодов передних и Задних фронтов импульсов дл  случа  непрерывного совпадени  импульсов.

Устройство (фиг.2) содержит формирователи 1 и 2 Импульсов, формирователи 3-6 остроконечных импульсов,генератор 7 импульсов опорной частоты формирователи 8 и 9 остроконечных импульсов, триггеры 10-13, триггеры 14 и 15 со счетным входом, элемент 16 совпадений, триггеры 17 и 18 со счетным входом, элемент 19 совпадений , формирователи 20 и 21 остроко- нечных импульсов, триггер 22 пуска, элемент 23 совпадений, триггер 24 со счётным входом, формирователи 25 и 26 остроконечных импульсов, триггер 27, элемент 28 совпадений, счетчик

.29, триггер 30, элемент 31 совпадений , счетчик 32 и микропроцессор 33. Выход формировател  1 соединен с вxoдa aI формирователей 3 и 4 остроконечных импульсов, входом Тд триг- гера 10 и входом Т триггера П.

Выход формировател  2 соединен с входами формирователей 5 и 6 остроконечных импульсов, входом Tj триггера 12 и входом Т триггера 13. Гене- ратор 7 импульсов опорной частоты

соединен с входами формирователей 8 и 9 остроконечных импульсов, входами Т триггеров 10 и 12, входами элементов 28 и 31 совпадений и входами Т триггеров 11 и 13. Выход формировател  3 остроконечных импульсов соединен с S-входом триггера 10, R-вход которого соединен с выходом формировател  8 остроконечных импульсов и R-входом триггера 12, S-вход которого соединен с выходом формировател  5 остроконечных импульсов.Выход формировател  4 ост1$оконечных импульсов соединен с R-входом триггера 1 1 , S-вход которого соединен с выходом формировател  9 остроконечных импульсов и S-входом триггера 13, R-вход которого соединен с выходом формировател  6 остроконечньк импульсов . Выход триггера 10 через триггер 14 соединен с входом элемента 16 совпадений , второй вход которого через триггер 15 соединен с выходом триггера 11, а выход через формирователь 20 остроконечных импульсов соединен с входом элемента 23 совпадений, вто- рой вход которого соединен с выходом RS-триггера 22, а выход через триггер 24 - с входами формирователей 25 и 26 остроконечных импульсов, при этом выход первого из них соединен с S-входами RS-триггеров 27 и 30, а выход второго - с R-входами RS- триггеров 22 и 27 и входом микропроцессора 33. Выход RS-триггера 27 через элемент 28 совпадений и счетчик 29 соединен с вторьм входом микропроцессора 33, третий вход которого через последовательно соединенные счетчик 32, элемент 31 совпадений, RS- триггер 30 и формирователь 21 остроконечных импульсов соединен с выходом элемента 19 совпадений, один вход которого через триггер 17 соединен с выходом тригера12, а другой через тригер 18-с выходом тригера 13.

Сущность способа эаюпочаетс  в следующем.

Из исследуемых периодических сигналов формируютс  последовательности импульсов длительностей t и синфазных с исследуемыми сигналами,искомый угол сдвига фаз между которыми соответствует временному сдвигу (фиг.1а,б). Если необходимо определить фазовьш сдвиг у регул рных импульсных последовательностей, то в качестве исходных сигналов используют импульсы этих последовательностей

Далее из каждой последовательности импульсов формируют отдельно пос ледовательности остроконечных импульсов , соответствующих передним (фиг. 1,е, ж) и задним (фиг.1,з,и) фронтам импульсов исследуемых сигналов. Таки же последовательности остроконечных импульсов, соответствующие передним и задним фронтам импульсов, формируютс  из импульсов длительностью Т- опорной частоты f.

Затем формируют передний фронт центрального импульса (или серии центральных импульсов) пакета совпадений в первом и во втором измерительных каналах. Дл  этого на логи- 30 ческие элементы первого канала, предназначенные дл  формировани  переднего фронта центрального импульса, подают последовательность о строконеч- ных импульсов, соответствующих перед-3 ним фронтам первой последовательности исследуемых импульсов (фиг.1,е), и импульсы опорной частоты, а момент формировани  фронта определ етс  моментом взаимного перехода остроке- 40 нечного импульса относительно переднего фронта импульсов опорной частоты (фиг.1,м). Формирование переднего фронта центрального импульса во втором канале осуществл етс  идентично 45 путем определени  момента взаимного перехода остроконечных импульсов, полученных из второй последовательности исследуемых- сигналов, и передT .,j l/fjH Tj I/fg, то дл  тйго, чтобы в процессе совпадений можно бы ло вьщелить моменты перехода остроконечных импульсов фронтов через соответственно передний и задний фронты импульса опорной частоты, достаточно обёспечить выполнение услови  -ti + 2 /T -Tj/; 2 + /Т, .(I)

При этом (в крайнем случае) образуютс  всего два импульса совпадений а практически, когда реализуема  длительность формируемых импульсов намного превышает значение ЛТ , образуетс  не одна пара совпавших импульсов, а пакет импульсов . Однако дл  реализации предпагае , мого способа необходимо также, чтобы

li + /Т. 3 + /Т,-Т2/,

где .

Т - Т

ч

. т.

3

(2)

m

В ЭТОМ случае даже при непрерывном совпадении импульсов (фиг.З) вознего фронта импульса опорной частоты 50 можно вьщелить моменты переходов как

(фиг.1,о).

Дл  формировани  задних фронтов центральных импульсов в первом измерительном канале на логические элементы этого канала соответственно подаютс  остроконечные импульсы задних фронтов первой последовательноfc- ти исследуемых импульсов (фиг.1,з) и импульсы опорной частоты. При этом

55

передних, так и задних фронтов импульсов исследуемых последовательностей и опорной частоты относитель но друг друга.

Дл  предлагаемого способа наиболее благопри тным условием формировани  центрального импульса пакетов совпадений  вл етс  случай, когда

Из временных диаграмм

W

853974

момент образовани  фронта соответствует моменту взаимного перехода один относительно другого остроконечных импульсов и задних фронтов импульсов опорной частоты (фиг.,н). Таким же образом формируетс  задний фронт центрального импульса и во втором канапе (фиг.1,п), дл  чего используютс  последовательности импульсов (фиг.1, в,б) и (фиг.1, и,л). Центральные импульсы первого и второго каналов формируют по импульсам переднего и заднего фронтов соответствующих каналов (фиг.1, р,с).

Граничные услови , определ ющие функциональные возможности способа формировани  центральных импульсов пакетов совпадений дл  измерени  сдвига фаз, вытекают из следующих соображений. Если длительности исследуемых сигналов и сигнала опорной

15

20

частоты

L , а их периоды

T.,j l/fjH Tj I/fg, то дл  тйго, чтобы в процессе совпадений можно было вьщелить моменты перехода остро- конечных импульсов фронтов через соответственно передний и задний фронты импульса опорной частоты, достаточно обёспечить выполнение услови  -ti + 2 /T -Tj/; 2 + /Т, .(I)

При этом (в крайнем случае) образуютс  всего два импульса совпадений, а практически, когда реализуема  длительность формируемых импульсов намного превышает значение ЛТ , образуетс  не одна пара совпавших импульсов, а пакет импульсов . Однако дл  реализации предпагае- ,мого способа необходимо также, чтобы ,

li + /Т. 3 + /Т,-Т2/,

(2)

.

Т - Т

ч

. т.

3

m

В ЭТОМ случае даже при непрерывном совпадении импульсов (фиг.З) возможно вьщелить моменты переходов как

5

передних, так и задних фронтов импульсов исследуемых последовательностей и опорной частоты относительно друг друга.

Дл  предлагаемого способа наиболее благопри тным условием формировани  центрального импульса пакетов совпадений  вл етс  случай, когда

Из временных диаграмм

512853

(фиг. Г) видно, что в этом случае можно вьщелить всего лишь один цент- рапьный импульс.

Если же 3 ° процессе совпадений образуетс  р д центральных ,импульсов, длительность которых соответствует длительности более короткого из участвующих в совпадении , а их количество определ етс  следующими выражени ми:

W

N

41

(3)

N

цг

/TI-T / / f.

где ДТ

Кщ и Мц2 количество центральных импульсов, в пакетах первого и второго каналов.

Процесс измерени  сдвига фаз заключаетс  в формировании двух временных интервалов (фиг.1, р,с) и определении искомого значени  согласно следующему выражению:

Ф - 1-360° -2- 360° TI Тр

- 360°,(4)

m

где п, m - цифровые эквиваленты Тц, и Тр , определ емые как количество периодов Тр опорной частоты между центральными импульсами первого пакета в первом канале и первого пакета во втором канапе и между центральными импульсами первого и второго пакетов в первом канале соответственно. Таким образом, в качестве границ получаемьк временных интервалов используют центральные импульсы пакетов совпадений, которые вьщел ют не по начальным и конечным импульсам пакетов, а формируют непосредственно- в моменты полного совпадени  импульсов исследуемых последовательностей и импульсов опорной частоты (дл  . i) t т.е. в моменты взаимного перехода относительно друг друга соответствующих фронтов импульсов указанных последовательностей.Эти временные интервалы (Тц, и Тр) заполн ют опорной частотой и по числу периодов Тр определ ют значение фазового сдвига.

В соответствии с (1) и (2) граничные частотные возможности извест

ного и предлагаемого способов опрёде л ютс  минимальными значени ми Однако дл  известного способа максимально возможна  частота f j определ етс  из выражени  Т .2 l, а дл  предлагаемого способа + ЛТ. Поскольку из (1) следует, что t j ДТ, то частотные возможности предлагаемого способа шире, чем у известного. Кроме того ,

предлагаемый способ может быть реализован и при t l, « и и Т-/2, что также расшир ет его функциональные возможности.

Устройство работает следующим образом .

Исследуемые периодические сигналы с частотой fj, формировател ми 1 и 2 преобразуютс  в последовательности

импульсов длительностей

-. ,

(фиг.1,а,б). Так как импульсы входных последовательностей синфазны с исследуемыми сигналами, то между ними сохран етс  искомый сдвиг фаз ф с соответствующим ему временньм сдви-. гом , Далее входные последовательности импульсов поступают на формирователи 3-6 остроконечных импульсов

передних и задних фронтов (в простейшем случае - это цепочки, дифференцирующие исходные импульсы). Генератор 7 вырабатывает импульсы, длительность которых ij

1 4 з

а частота их следовани  г 2 та) близка частоте f

(опорна  часто- J входных исследуемых сигналов. Импульсы опорной частоты подаютс  на формирователи 8 и 9 остроконечных импульсов передQ него и заднего фронтов.

С выходов формирователей 1,3,4, 8 и 9 и генератора 7 последовательности импульсов поступают на информационные и тактовые входы триггеров

5 10 и 11 первого измерительного канала (триггеры 10 и 11, как и триггеры 12 и 13, представл ют собой тактируемые RS-триггеры, которые перехо0

д т в состо ние 1 при одновременном поступле нии импульсов по входам S ние

и Т, и устанавливаютс  в состо -

при одновременном поступлепри 1

НИИ импульсов.по входам R и Т комбинации сигналов R- Т,- S

TI

триггер принимает единичное состо ние , а во всех других случа х он своего состо ни  не мен ет).

На выходе триггера 10 формируетс  последовательность импульсов

to

15

20

(фиг,1,м), передний фронт каждого з которых соответствует переднему ронту центрального импульса пакета в первом канале, С выхода триггера 1 таким же образом получают последовательность импульсов, передний фронт каждого из которых соответствует заднему фронту центрального импульса (фиг.1,н). Триггеры 12 и }3 вьтолн ют такие же функции дл  формировани  переднего и заднего фронтов центральных импульсов пакетов совпадений во втором канале. Счетные триггеры 14,15 и элемент 16 совпадений с одним инверсным входом окончательно формируют центральный импульс пакета в первом канале (фиг.1,р). Триггеры 17, 18 и элемент 19 совпадений формируют центральные импульсы пакетов совпадений во втором канале. С выходов элементов 16 и 19 центральные импульсы пакетов поступают на соответствуюгще формирователи 20 и 21 остроконечных импульсов.

В соответствии с (4) по команде Пуск триггер 22 опрокидываетс ,раз- еша  прохождение через элемент 28 совпадений импульса, соответствующего переднему фронту центрального им- ЗО пульса с формировател  20. Первьш по счету такой импульс (после команды Пуск) опрокинет триггер 24 со счетным входом в единичное состо ние , а второй импульс возвратит его ,, в нулевое. При. этом формирователи 25 и 26 остроконечных импульсов,подключенные к выходу триггера 24, вы- дел т первьм и второй импульсы с формировател  20 в виде остроконеч- 0 ных импульсов переднего и заднего фронтов соответственно. Эти импульсы подаютс  на информационные входы триггера 27, который по приходу импульса с формировател  25 опрокиды- 45 Баетс  и разрешает прохождение через элемент 28 совпадений импульсов опорной частоты в счетчик 29 первого канала . Триггер 27 остаетс  в опрокинутом состо нии и запись в счетчик 50 29 продолжаетс  до тех пор, пока на R-вход триггера 27 не постугшт импульс с формировател  26. Таким образом , .в счетчике 29 будет зафиксировано m импульсов, определ ющих пе- 55 риод следовани  пакетов в первом канале .

Подсчет количества импульсов п во втором канале осуществл етс  следуюуг

to

15

20

е с е . ьз- - ЗО ,, 45 з р50 - 55 285397 .8

щим образом. После команды Пуск и прохождени  через элемент 23, триггер 24 и формирователь 25 сигнала формировани  переднего фронта первого центрального импульса в первом канале потенциал на выходе триггера 30 разрешает прохождение импульсов опорной частоты через элемент 31 совпадений в счетчик 32 второго канала . Импульс с формировател  21, соответствукшщй переднему фронту первого центрального импульса во втором канапе, возвращает триггер

30в исходное состо ние и элемент

31совпадений закрываетс . В счетчик 32 будет зафиксировано п импульсов опорной частоты.

Триггер 22 возвращаетс  в исходное состо ние импульсом с формировател  26 по приходу второго центрального импульса в первом канапе. Этот же импульс поступает на микропроцессор 33, разреша  обработку по- уг лученных кодов п и m в соответствии с (4).

В представленной схеме устройства дл  случа  t з отдельные ее блоки (формирователи 4,6,9, триггеры 11,13,14,15,17,18 и элементы 16,19) могли бы быть исключены, однако они  вл ютс  необходимыми в нем в случае з

При использовании предлагаемого способа по сравнению с известным по- вьшаетс  точность результата измерений и расшир ютс  его функциональные возможности.

Повьш1ение точности измерени  дос- .тигаетс  исютючением погрешности определени  центрального импульса,св занной с погрешностью определени  начала и конца пакета совпадений.Кроме того, при непосредственном вьщеле- нии центрального импульса пакета работать приходитс  с наиболее мощными импульсами, у которых наиболее высокий уровень отношени  сигнал - шум.

При этом при более точном определении центрального импульса пакета снижаютс  погрешности квантовани 

измерени  временных интервалов Т и Т„ .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ измерени  сдвига фаз, основанный на трансформации фазового сдвига на низкую частоту путем сравнени  во времени последовательностей

   импульсов, сформированных из исследуемых сигналов, с опорной последовательностью импульсов и последующим выделением центральных импульсов пакетов совпадений дл  I

   врем -импульсного преобразовани  временных интервалов,определ ющих сдвиг фаз,отличаю - щ и и с   тем, что, с целью повьше- ни  точности измерени  и расширени  функциональных возможностей способа, вьщел ют центральные импульсы пакетов совпадений непосредственно путем определени  моментов взаимного перехода передних фронтов импульсов исследуемых сигналов относительно пе

   редних фронтов импульсов опорной последовательности и моментов взаимного перехода задних фронтов импульсов этих последовательностей, а временные интервалы рд  определени  сдвига фаз формируют путем подсчета импульсов опорной частоты от начала первого центрального импульса совпадений до начала второго центрального импульса в первой трансформированной последовательности и от начала первого центрального импульса в первой трансформированной последовательности до начала первого центрального импульса во второй трансформированной последовательности.