Способ измерения разности фаз между двумя электрическими колебаниями

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к фазометрам. Способ позволяет обеспечить измерение текущих значений разности фаз двух синусоидальных колебаний с производными частотами, вне зависимости от их амплитуды . Это достигается измерением текущих значений напряжений, их производных и амплитуд колебаний, текущие значения разности фаз между которыми необходимо измерить , а результат измерения определить по формуле, приведенной в описании изобретения 2 ил

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 . G 01 8 25/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 (21) 4657032/21 (22) 27.02.89 (46) 30.06,91. Бюл. ¹ 24 (72) Б.В. Хлопов и Г.Г. Валеев (53) 621.317.77(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1104437, кл. 6 01 R 25/00, 1982. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОСТИ

ФАЗ МЕЖДУ ДВУМЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ

КОЛЕБАНИЯМИ (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к фазометрам. СпоИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании устройств, определяющих разность фаз между двумя синусоидальными сигналами одинаковой и разной частоты.

Цель изобретения — расширение области применения за счет возможности измерения разности фаз колебаний различных частот.

На фиг. 1 представлена схема устройства, реализующего способ; на фиг. 2 — график, иллюстрирующий соотношения, определяющие разность фаз.

Устройство содержит первый 1 и второй

2 входы устройства, индикаторы 3, 4 полярности, измерители 5, 6 амплитуд, измерители 7„8 модулей мгновенных значений напряжений (токов), блок 9 сравнения кодов, дифференцирующие узлы 10, 11, узел

12 определения знака, вычислители 13, 14, содержащие блоки деления и вычисления агсз!п, узел 15 определения кода адреса памяти, блок 16 памяти, содержащий 8 ячеек с

„„. ЖÄÄ 1659898 А1 соб позволяет обеспечить измерение текущих значений разности фаэ двух синусоидальных колебаний с производными частотами, вне зависимости от их амплитуды. Это достигается измерением текущих значений напряжений, их производных и амплитуд колебаний, текущие значения разности фаз между которыми необходимо измерить, а результат измерения определить по формуле, приведенной в описании изобретения, 2 ил, 3вариантами моделей соотношений, суммирующий блок 17, выход 18 устройства.

К входу 1 подсоединены измеритель 5 амплитуды, измеритель 7 мгновенных значений и индикатор 3 полярности. К входу 2 подсоединены измерители 6 и 8 и индикатор

4 полярности. Выходы измерителей 5 и 7 О подключены к вычислителю 13, а выходы (Л измерителей 6 и 8 к вычислителю 14. Одно- О временно выходы измерителей 7 и 8 мгно-: (р

1 венных значений напряжений О подсоединены через дифференцирующие узлы 10 и 11 к узлу 12 определения знака.

Выходы индикаторов 3 и 4 подключены к блоку 9 сравнения кодов. Выходы блока 9 и узла 12 подсоединены к узлу 15 определения кода адреса памяти, выходами подключенного через блок 16 памяти к входу суммирующего блока 17, двумя другими входами подсоединенного к выходам вычислителей 13 и 14.

Способ измерения разности фаз, включающий определение мгновенных значений напряжений (токов) с последующим вычис1659898 где со1 и а2- круговые частоты колебаний 25

01и 02;

Um1 и Um2 — амплитУды колебаний 01 и

Ог; р1 (t) и + (т) — фазы колебаний, подлежащие измерению (определению). 30

Преобразуем выражение (1) к виду

0,, Up ц},-агс@п — -> (p2=0rс Yl О (2), > г гл 2.

l0l 35

Обозначим агсэ111 -г1 —, когда удовлетворяются неравенства О -(/р 5л/2;

0; — 1; 0 >О, lUl

Um где 1011- модуль 0(t), О = (производная).

Нетрудно показать, анализируя график фиг. 2, что

Ц-асс»}»-)у., ир» О »Ч»2(2,0 >0;U p, (u/

I ,(u(}р Ф(1»ссссо .>-О— (О( или ср. л-ессъ »-» —, »ри Я(2»ср с»;

"m

u »î; о>о; (О(}р-Ф»асс» n- —,»р»»сср»»; U 0;U>0; }}„, (О(» (f а- k»al ссиб—

2 u„„ (Ul ил»ЧЕ1-ассе » — —,»р»»сср»2»> "

u о,о о. (3) (4)

50 (5), (6)

Используя выражения (3) — (6), можно переписать формулу (2) в виде лением, дополнительно предусматривает

ИЗМЕРЕНИЕ аМПЛИтудЫ КОЛЕбаНИй Um1И Um2, а мгновенные значения напряжений l01(t) I u

I U2(t) I измеряют s моменты времени t u t+ht, где ht«Tm(}> — период сигнала 5 болыыей частоты. Измеряют также в моменты времени t полярность мгновенных значений напряжений 01 и 02, определяют знаки производных I 01 I, 02 1, вычисл}1ют

lu1 I I02l

arcsIn — и arcsin, и в зависимо0}>>1 Осп2 сти от полярности мгновенных значений напряжений 01 и U2, знака производных (01 1и

1Щ определяют значения и знаки слагаемых соотношения, по которому определяют те- 15 кущее значение разности фаэ.

Для математического обоснования способа измерения разности фаз колебаний с напряжением 01 и 02 разной частоты представим колебание в виде 20

U, =Ö, sin(Q, 1-(0,) = U„,S}n p1(l } (1)

Ц= 0„,2в}П (О,1 Ц}ОД=О„„S< t) Ч, (1=(, /и,! (I}>"- k i«(-}1 ar cs>n > ()

>> >1 где К1=0, 1, 1,2;

n1=0.1,О,1, и,1 ц} =)(} (lI огсз к) — } (8) г}> 2 где К2=0, 1, 1, 2:

n2=0, 1, О. 1.

Разность фаз р1 и l/}2 равна . (U„ еср-ср,-ср -Гк, +(-<) агсе n — 1-(- ° ) л

Кс» + (- t) Ог сеi »» J, .1 J (9) При этом

К,.О, »,-0, если /U,(> О, U, > p, К, ° », », l,если /U,(<0, Ц, 70(К>}, n,=p,åñë»/О,/ 70, ((,»О

К>.2, и,-»,если /U,(»»0, U,»0, k1 0, }>1*0,если /01/ 0; Ua>0

К1=>, ис>, если (((1(»0; 01»О

К,=i, п,.p,åñë»/U (>0;U,»0

К1.2, »1=i,ee»»/U,/ cp; Uacp Синусоидальные сигналы U1 и 02, сдвиг фаэ между которыми необходимо измерить через первый и второй входы, поступают на входы измерителей 5, 6 амплитуд и входы измерителей 7, 8 мгновенных значений, а также на индикаторы 3, 4 полярности, измеряющие полярность напряжений сигналов, а в узле сравнения полярностей определяется текущее значение знаков этих напряжений 01 и 02 (например, если 1, то больше

"0")

ИЭМЕрЕННЫЕ ЗНаЧЕНИя аМПЛИтуд Uml И

Um2 и измеренные значения U1(t) и U2(t) поступают на вычислители 13 и 14, где осуществляется измерение мгновенных значений величин агсэ1п . иarcsin

lU1I l 02 l

Оп>1 Оп>2

Далее осуществляется определение величин производных(011 и1021 в узлах 10 и 11 и их знака в узле 12 определения знака.

Определенные знаки напряжений ОI и

02 и производных 1011 и 1021вырабатыва ют код адреса в узле 15, подключающий одну из 8 ячеек блока 16 памяти к суммирующему блоку 17.

Значения кодов напряжений и производных и соответствующих им моделей соотношений расчета фазового сдвига (соответствующих соотношению 8), помещенных в 8 ячейках блока 16 памяти, при>ведемы 8 таблице.

В суммирующий блок поступают значения измерений вычислителей 13 и 14, и и ри поступлении из блока 16 кода соотношения

1659898

Ог

Ог t

01 t

>О

>О

>О

>О

<О

>О

>О

<О

>О

>О

<О

<О

>О

<О

>О

>О

>О

<О

>О

<О

>О

<0

<О

<О

<О

<О осуществляется определение сдвига фаз, поступающее на выход 18, который может быть считан регистрирующим устройством (на схеме отсутствует). 5

Использование способа позволяет производить измерение разности фаз двух синусоидальнйк сигналов с различными частотами с высокой точностью, что обеспечит в измерительных установках, например, 10 для измерений параметров антенн в ближней зоне, в коллиматорных и голографических измерительных установках, в амплифазометрах, в бортовых моноимпульсных системах не только получения иссле- 15 дуемых значений параметра (разности фаэ), но и повысит точность пеленга нескольких целей при перестройке их радиотехнической аппаратуры по частоте.

Формула изобретения 20

Способ измерения разности фаз между двумя электрическими колебаниями, основанный на измерении мгновенных значений напряжений первого и второго колебаний и последующем вычислении разности фаз, о т- 25 л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения области применения путем обеспечения воэможности измерения разности фаз колебаний различных частот, дополнительно измеряют амплитуды обоих 30 колебаний, определяют модули мгновенных значений напряжений в моменты, отстоящие друг от друга на время 1<Трии, где Тмии — период колебания большей из частот, в эти же моменты времени измеряют полярность мгновенных значений напряжений и знаки первых производных по изменению модулей мгновенных значений напряжений, затем производят вычисление арксинусов отношения модулей мгновенных значений напряжений. каждого колебания к соответствующей амплитуде, в зависимости от полярности мгновенных значений напряжений и знаков первых производных определяют коэффициенты п1, К1, п2, Кг в соответствии с таблицей и производят вычисление разности фаз по формуле

Г „О, )И,011

a4 » (l,п« (-ti агсс ь — — — 1! - u, 1

-(n I 02 (tin

Kq i i (-<1 Огс г

0мт где 01(т) и 02(t) — модули мгновенных значений напряжений;

Um1 И Um2 — аМПЛИтудЫ ПЕРВОГО И ВтарОго колебаний;

К1, п1, К2 и п2 определяются таблицей

При 0,>о и V, О, i, =O и н,-О; .риО, ОиО,Î,k,:< „., 1, при 0, )ОиО, О,К (и и,=

ПрИ О, сО И1!.сО К,:2,=1; лрИ О, О и i О, К.*О n, -p при U

arcsin — — = — — arcsin — r— . п 1 11пг

l U11 lu2I .тг — arcsin — arcsin—

Um1 Um2

1011 1021

+ arcsin 0 — .

Ов1 Оm2

IU1 I, 1021

x — arcsln - + arcsin

Оm1 Оm2

1011 1021 x — arcsin — arcsIn—

0m1 Um2

1 011 . 1021

2Л вЂ” arcsin — arcsin

Оп 1 Um2 л+ arcsin -Π— + агсз1п — - -1011 lu2 l

0ы Опзг юг — arcsin + arcsln

{ 011 1Ог1

Оп1 Отг

1659898

Составитель А.Старостина

Техред М.Моргентал Корректор С.Черни

Редактор О.Спесивых

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1841 Тираж 424 Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5