Способ измерения фазы электрических сигналов

ОПИСАНИЕ 28

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сова Советских

Социалистических

Респтблик

Ф ), Г

) 4

) Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 07.1.1969 (№ 1295840/18-10) Кл. 2le, 36/03

,У с присоединением заявки №

Комитет по делам иаобретений и открытий при Совете Министров

СССР

)Ч П К G О1 г 25/00

УЛК 621 317.373 (088.8) Приоритет

Опубликовано 14Л1Х.1970. Бюллетень № 29

Дата опубликования описания 2.XII.1970

Автор изобретения

Ф. Н. Окунев

Заявитель

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

ЬТ=҄— T,=

fo Ч

1 Af — — =:Е

fo fo(fo + f) 1

T„„=

fo +. ДУ

Изобретение относится к области фазоизмерительной техники, в частности, к способам измерения монотонно меняющейся фазы в диапазоне более 360 С с цифровым отсчетом.

Известен способ измерения фазы электри- 5 чвских сигналов в даипазоне более 360 с цифровой индикацией, применяющейся в радионавигации при измерении пройденного пути подвижными средствами, а также при измерении перемещения рабочих органов механиз- 10 мов.

Сущность этого способа заключается в раздельном измерении фазы в диапазоне более

360 путем преобразования временного интервала, соответствующего измеряемой фазе, в 15 числе импульсов и их подсчете, и измерения целого числа периодов фазы путем формирования и подсчета импульсов в моменты изменения фазы па 360 .

К недостаткам известного способа относят- 20 ся: погрешность измерения вследствие неточного согласования отсчетов разных поддиапазонов в многосчетных устройствах и отсутствие дополнительной информации о характере изменения фазы (знаке самой фазы и знаке ее 25 приращения) .

С целью устранения погрешности измерения фазы в диапазоне более 360, свойственной способу с «точным» и «грубым» отсчетом, а также с целью получения дополнительной ин- 30 формации о знаках фазы и ее изменении, предлагается способ, по которому измерение производят в два последовательных этапа.

Сначала измеряют разности между периодами исследуемого и опорного сигналов периодически с частотой исследуемого сигнала и затем суммируют эти разности также периодически с частотой исследуемого сигнала.

В процессе монотонного изменения фазы частота исследуемого сигнала меняется на величину f. где f — фаза, 1 — время.

gf ) (I) Измеряя это отклонение или величину, ей пропорциональную, и интегрируя ее во времени, можно определить фазу.

Измерение производится в два этапа.

1. Измерение разности между периодами исследуемого и опорного сигналов. где Т„ †пери исследуемого сигнала, 281642

Т,— период опорного сигнала, Tp— = — .

% fo

Величина Т может быть выражена целым числом периодов колебаний частоты nf (n=

=1, 2, 3...), т. е. с учетом (2).

AT nAf

To fo +М

5 (3) П. Суммирование этих разностей периодов

ЬТ во времени с частотой суммирования, рав- l0

t ной fpwAf, т. е.Ф= j AT (fp Af)dt или с учеО том (3)

t 15

Ф= -и (Afdt, эта величина пропорциональна. о измеряемой фазе, см. (1).

Величина п определяет дискретность отсчета фазы, 20

t — текущее время, Ф вЂ” результат измерения в числовом виде.

На чертеже показана блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ. 25

Датчик 1 фазы, связанный через схему 2 формирования и синхронизатор 8, подключен к устройству 4 сравнения периодов. К этому же устройству 4 подключен генератор 5 высокой частоты, который, в свою очередь, связан ч0 с синхронизатором 8 и делителем б частоты.

Схема 7 формирования связывает датчик 1 фазы и делитель б частоты.

Устройство 4 сравнения соединено с накопителем 8.приращений с индикатором. 35

Измеряемая величина Х (t) преобразуется датчиком 1 в исследуемый сигнал с фазой ср((). В качестве датчика фазы может быть электронная схема или фазовращатель любого типа. Сам датчик фазы получает питание от 40 схемы 7 формирования, вырабатывающей опорный сигнал с частотой fp. Схема 2 формирует короткие импульсы, имеющие ту же фазу V(t) что и исследуемый сигнал датчика, и ту же частоту fo, что и опорный сигнал. 45

Иначе можно сказать, что исследуемый сигнал имеет «мгновенную» частоту, равную fo+-Af, где отклонение частоты есть производная функции от измеряемой фазы ср(/). Импульсы схемы 2, поступающие на синхронизатор 8, 50

«привязываются» во времени к импульсам генератора 5 высокой частоты с частотой следования nfp таким образом, что никогда с ними не совпадают и что необходимо для исключения сбоев последующей схемы. Этот же генератор 5 участвует в формировании опорного сигнала, так как частота fp опорного сигнала образуется путем деления частоты этого генератора в целое число раз, равное п.

Первый этап операции измерения фазы производится устройством 4 сравнения периодов, представляющим собой счетчик импульсов с последовательным суммирующим (вычитаюшим) входом для импульсов генератора 5 с частотой следования nfp, и параллельным вычитающим (суммирующим) входом для импульсов синхронизатора 8. Эти импульсы синхронизатора с частотой следования fp+-Af производят считывание результата сравнения и запись числа и с одновременным сбросом на нуль. Результат считывания, равный ХТ в параллельном виде с учетом знака, вырабатываемого триггером знака счетчика, поступает в накопитель 8 приращений, где, по существу, осуществляется Il этап — суммирование приращений AT . Накопитель 8 представляет собой реверсивным сумматор с параллельным входом, например, двоичподесятичного исполнения. Его состояние определяет величину и знак измеряемой фазы ==<>(t).

Синхронизатор 8 является. непременным блоком серийных вычислительных цифровых машин, а также программных устройств. Поэтому этот блок не требует дополнительных разьяснений по устройству,и работе, Делитель б час соты может быть выполнен по схеме: счетчпковый делитель частоты — фильтр низких частот — фазовращатель, Предмет изобретения

Способ измерения фазы электрических сигналов в диапазоне более 360 с цифровой индикацией, основанный на преобразовании временного интервала, соответствующего измеряемой фазе, в число импульсов и их подсчете, и измерении целого числа периодов фазы путем формирования и подсчета импульсов в моменты изменения фазы на 360, отлича оtLILLLIcsL тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, а также получения информации о знаке, приращения фазы, периодически с частотой исследуемого сигнала образуют разности между периодами исследуемого и опорного сигналов и суммируют эти разности также периодически с той же частотой.

281642

Составитель Кучеренко

Техред T. П. Курнлко Корректор Л. В. Бадылама

Редактор С. И. Хейфиц

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 3435/18 Тираж 480 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий прн Совете Министров СССР

Москва, K-35, Раушская наб., д. 4/5