SU1430904A1 - Способ определени фазового сдвига - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области электрорадиоизмерений и может быть использовано дл  измерени  в течение произвольно заданного интервала времени фазового сдвига сигналов, содержащих априорно известную п-ю гармонику основной частоты. Цель изобретени  - повышение точности и быстродействи  . Использу  принцип квадратурной обработки сигналов, из одного входного сигнала, содержащего п-ю гармони- .ческую составл ющую, и четырех gnop- ных сигналов (синусной и косинусной составл кшщх основной частоты и синусной и косинусной составл ющих гармоники) формир тот с помощью операции перемножени  дес ть вторичных сигналов. Затем сигналы интегрируют и, преобразовав в форму, удобную дл  вычислений, вычисл ют уточненное значение фазового сдвига по формуле, приведенной в тексте описани . Кроме повышени  точности за счет учета гармоники , повышаетс  быстродействие, так как врем  интегрировани  может быть много-меньше (в п раз) периода основной частоты. 4 ил.

Description

Snos(t) (t) S

Способ обеспечивает определение фазового сдвига с систематической погрешностью равной нулю. Дл  того, чтобы убедитьс  в этом, найдем миS«nSinnu )(,t, S....,(t) S.cosnuot. (14)

тематическое ожидание результата из- 55 мерени .

Дл  этого подставим в выражение (1) измер емый сигнал 12 без шумов,т.е.

(t) (u)t,t + If о ) + 3„„ siH( ) (15)

1430904

I ч j u: и ч

Дл  составл  щих (2-11), вход пщх в (1), получают

I

« s5 (1 - А) - S,.,cos4 ,,(C - (16)

- + . 1-ач;(С f n)j ; (17)

г -2 3,0 cos If Д С - D) + ,,( - В); (18)

1430904

I ч j u: и ч

+ D). S sinlf./d + В); (19)

,

P

(1 + A);

Tn

. ( - B); E yd + B); 4e-D); -j(C + D),

sinu),)( 3innu3jTn /nWoTt,;

(n Т)от ;;72

D siEiS-± liWiTn /2. .

(n + 1)Uo 1/2

Если подставить (16-25) в (1), получают

Ч „з« ,(30)

причем данное равенство справедливо дл  любого Т, как кратного, так и некратного периоду сигнала, в том числе и дл  Т, меньшего периода сигнала .

Что касаетс  случайной погрешности способа определени  фазового сдвигвд то на основе исследовани  функции правдоподоби  можно показать, что данньй способ имеет минимально возможную случайную погрешность из возможных способов определени  фазового сдвига при времени измерени , меньшем периода сигнала или некратном периоду сигнала.

На фиг.1 приведена структурна  схема одного из вариантов устройства, реализуннцего способ; на фиг.2 - вариант схемы блока управлени  на фиг.З вариант схемы генератора опорного

( 21) (22 (23)

(24)

(25)

напр жени ; на фиг.4 - временные дна30 граммы работы блока упранлени .

Устройство, резлизу щее способ,, содержит генератор 1 опорного напр ™ жени  (ГОН) J перемножители 2-5,, ккад- раюры 6-9, перемк ожителт 10 и 11 „

- интеграторы 12--21, вьмкглнт.зльньм блок (ВБ) 22, и1-щ к:атор 23,, блок 24 управлени  (БУ), Hpii этом ГОН 1 опорного напр жени  первыт.ч выходом.,  зл -- ющимс  выходок С Гь:усной составл кщей

40 опорного сигнала.; подключен к первому входу перекножител  2, входу квадратора 6 и пepвo tз входу перемнокЕгтел  to,, вторым выходом,  воч ющьгмс  выходом косинусной составл  о11;ай опорного

45 сигнала,- к nepBoi iy входу перемножнтел 

входу квадратора 7- и первому

входу перемкожител  11 j третьим зыхо- дом,  вл ющимс  выходом CHS-r CHoii составл ющей п-и rapffOHHKH опорного сиг рд нала к первому- входу перемкохчите- л  4, входу квндратора 8 и второ {у в входу пepe ffloжитeл  10 четвертьм выходом ,,  вл ющимс  ВЫХ.ОДОМ КОСИ1ТУСНОЙ

есставл юшей гармоники опорного сигнала,- к первому входу перемножител  5, входу квадратора 9 и второму входу перемножител  11. Вторые входы перемножителей 2-5 подклаочень к шине измер емого сигнала, выходы пе55

Первьгй, вькод ВУ 24  вл 

ремножителей 2-5 - к входам соответственно интеграторов 12-t5s выходы квадраторов 6-9 - к входам соответ ственно интеграторов вьжоды перенножителай 10 и II к входам соответственно кнтегратороз 20 и 21,, эькоды интеграторов - к дес ти входам вычислит-елького блока 22 j, вы-- ходок соединенного с.индикатором 23

Блок 24 управлени  содерлшт (фиг,2) формирователь 25 кш}ульса пуска (ФИЛ);, вре газад ающ-кй злекент (ВЗЭ) 26 и фор 4КрОБа- ; ал:ь 27 И1«1пуль сов (ФИ)р последовательнс между собой

етс  выходом вре стзадающего элемента 265 а второй выходом ФИ 27,. Первьй вход его подключен к -угграЕЛ ющкм входам ГОН t и иктеграторов 12-21;. а второй - к ущ:1ав.1.;лющим р:;одам хснте- гратороз 12-2 I и индикатора 23 „

ГОН . 1 со.цержит (фиГаЗ) ТРКТОВЬЙ генератор (ТГ) 28.; вход которого подключен к первому вькоцу БУ 24.j четы- .ре запоминающих блока (ЗБ) 29.32,., входы которых подключеш к выходам ТГ 28 и четыре цифроанапоговых преобразовател  (.Ш1) зкоды которых подклкзчены к соотв.ет.гтвующик выходам ЗБ 29-32J, а вькодк  вл ютс  выходами синусной н, косккусной составл ющими опорного сигь зла   с.ииус ной и косинусной составл ющими гap юники огюрного сигнала ГОК 1 „

Устройство рабо-Х ает следукщк - образом ,

Момент качана изг ерени  фор 1Ируат- с  ФИЛ 25 (фкг„4з) БЗ 24,, работг ао1него в ручном или автоматическом реккиах, .ВЗЭ 26 БУ 24 форг щэует импульс (фиг.Аб),, равный по длителы-гости времени измереьга  , которкй по первому выходу подаетс  на ГОН 1 , на вход ТГ 28 и на интеграторы 12-21... В течение времени интегрироващи  ГОН 1 форми- рует синусную и косинусную состав.п ю щие опорного сигнала кото.рые подаютс  на перемножител.и: 2 jj 3. квадраторы 6 и 7, переинойштели 10 и 11 синусную и косинусную составл ющие п-й гармоники опорного сигналаj которые подаютс  ка переккожктели 4 и 5, квадраторы 8 и 9 к. перемно сители 10 и 11. Перемноксекнъ е с измер е№М сигналом синуска.  н косикусна.  состав™ л ющие опорного сигнала .и с.икусна  и косинусна  составл ющ.ие гармоники опорного сигнала, квадрирован5

ные синусна  и косинусна  составл ю- 111ие опорного сигнала и синусна  -и косинусна  составл ющие п-й гармоники опорного сигнала, а также перемноженные между собой синусна  составл юща  опорного сигнала и косинусна  составл юща  п-й гармоники опорного сигнала, косинусна  составл юща 

10 опорного сигнала и косинусна  составл юща  п-й гармоники опорного сигнала интегрируютс  в течение времени Tf5 После окончани  интегрировани  результаты запоминаютс  (фиг.4в) на

3 соединенные jg врем  Т, равное длительности импульса с выхода ФИ 27 в БУ 24, поступающего по второму выходу на интеграторы 12-21 и индикатор 23, Сигналы с выходов интеграторов, которые в тече20 ние действи  импульса по второму выходу посто нны но времени, подаютс  на входы ВБ 22, в котором вычисл етс  результат измерени  по формуле (12)„ С выхода ВБ сигнал,  вл ющийс 

25 результатом измерени , поступает на индикатор 235 который запоминает его во врем  действи  импульса по второму входу и отображает до окончани  слет дующего измерени ,

gi) Технико-экономический эффект данного способа заключаетс  в уменьшении погрешности измерени . Особенно это важно при измерении сдвига фаз сигналов на инфранизких час.тотах при вре-

ос мени измерени , меньшем периода сигнала При малых временах измерени , меньших периода сигнала, погрешность мо.жет достигать 20 и более, Тов. измерение фактически становитс  невоз (,Q мойчным. Дл  выполнени  измерени  с приемлемой точностью врем  измерени  необходимо увеличить до значени , кратного периоду (полупериоду) сигнала j т,е, изобретение позвол ет уменъ шить врем  измерени .

50

55

Claims (1)

1. Формула изобр.етени 

   Способ определени  фазового сдвига , ;основанный на перемножении измер емого сигнала на синусную и косинусную составл кщиё опорного сигнала, интегрировании двух результатов перемножени  и вычислении результата измерени  как арктанг енса отношени  ; первого результата о интегрировайи  к второму j,, отличающийс  текр что, с целью повышени  точности и быстродействи  измерени  фазового

   ормула изобр.етени 

   Способ определени  фазового сдвига , ;основанный на перемножении измер емого сигнала на синусную и косинусную составл кщиё опорного сигнала, интегрировании двух результатов перемножени  и вычислении результата измерени  как арктанг енса отношени  ; первого результата о интегрировайи  к второму j,, отличающийс  текр что, с целью повышени  точности и быстродействи  измерени  фазового

   сдвига при наличии априорно известной п-й гармоники в сигнале, измер емьй сигнал дополнительно перемножают с синусной и косинусной составл ющими п-й гармоники опорного сигнала и интегрируют , формиру  соответственно сигналы (х. и Е , синусную и косинусную составл ющие опорного сигнала и синусную и косинусную составл ющие п-й гармоники опорного сигнала возвод т в квадрат и интегрируют, формиру  соответственно сигналы / /3, 1 и f, синусную составл кщую опорного сигна- та и синусную составл ющую п-й гармо -5

   ники опорного сигнала перемножают . ме щу собой и интегрируют, формиру  сигнал } , косинусную составл ющую опорного сигнала и косинусную составл ющую п-й гармоники опорного сигнала также пере шожают мен;цу собой и интегрируют , формиру  сигнал ) , затем с помощью полученных дес ти сигналов по результатам интегрирований вычисл ют значени  фазового сдвига по формуле ;

   ()( У г) с/ arctg tpp™ )

   i/г2

   75

   cpus.S

   фи&Л