Способ измерения разности фаз

." ависимое от авт. свидетельства №вЂ”

Ч, 1(л. G 01г 25/00

Заявлено 08.1Х.1971 (№ 1694349/18-10) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет

G ублпковано 26.Х.1973. Бюллетень № 43

Государственный камитет

Саветв Министров СССР аа делам изааретании и аткрытий! Д1(621 317 373 (088.8) Дата опубликования описания 6Х.197-1

Автор изобретения

Л. Б. Розенбаум

Заявитель

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОСТИ ФАЗ

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для создания фазометров, работающих в интервале частот от единицы герц до десятков мегагерц.

По известному способу измерения разности фаз из двух синусоидальных сигналов, сдвинутых одна относительно другой на фазовый угол р, формируются острые пики напряжений, соответствующие таким моментам времени, когда исходные синусоидальные напряжения проходят через нулевые значения. Разность фаз rp оOп р еeделяют по временному сдвигу соответствующих пар пиков (в дальнейшем этот временной сдвиг с помощью выходных спусковых схем преобразуется в напряжение с амплитудой, пропорциональной расстоянию между пиками, которое и измеряется) .

Перед измерением таким способом с помощью гетеродина производят преобразование исходных синусоидальных напряжений высокой частоты в напряжения промежуточной частоты (имеющие ту же разность фаз cp), из которых формируют пики, и измеряют временной c;!BHI этих пикОВ.

Известно много способов измерения разности фаз. Общим их недостатком является то, что измерения малых разностей фаз (порядка 0,1 ) доступны только низкочастотным способам (до частот порядка 10 — ЗО,кгц). Способы, предназначенные для измерения разности фаз на частотах в единицы мегагерц и более, характеризуются невозможностью измерения малых величин (порядка долей градуса).

Цель изобретения — достижение высокой чувствительности измерений.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что острые пики равных амплитуд формируют только из одного синусоидального °

10 напряжения и смешивают их с другим синусоидальным напряжением, а разность фаз определяют по разности амплитуд пиков после смешивания с помощью осциллографа или другого регистрирующего прибора при усло15 вии, что данные пики, не будучи смешанными с этой синусоидой, соответствуют таким моментам времени, в которые другая синусоида имеет равные мгновенные значения.

Способ позволяет непосредственно (без пре20 образования частоты) измерять с приемлемой погрешностью (порядка 10 — 20%) как большие (десятки градусов), так и малые (доли градуса) разности фаз в диапазоне частот от единиц герц до единиц матриц. Верхняя гра25 ница частотного диапазона может быть увеличена с помощью преобразования частоты и выделения в результате этого низкочастотных сигналов с той же разностью фаз.

На фиг. 1 изображена функциональная схеЗО ма фазометра, построенного на основе предла404025

Sit1

«О (3) 90" (t — Е )

„с

Г-I l (5) гаемого способа; на фиг. 2 — эпюры напряжений, поясняющие этот способ.

Для измерения разности фаз q двух синусоидальных напряжений

U, U,„,sit1(а/+z) и U, U„„sin

Далее эти пики смешивают с первой синусоидой U>(t). Если <р>0, то пики попадут на такие участки синусоиды У1®, где ее мгновенные значения не равны один другому (фиг. 2, г), вследствие чего вершины пиков смсстятся относительно одна другой.

С помощью осциллографа измеряют разность амплитуд пиков Л, смешанных с синусоидой U>(t)

Тогда

Л: U, з|п (<>t + ) — U, sin(þt +

SiI1 з

Л (2)

2U<, cos «

Если ૠ—, то г

Л

sing =

2U, Считая удовлетворительной точность измерений порядка +(10 — 20) О, можно пользоваться формулой (3) вплоть до аж30 . Фактическая величина а может быть подсчитана, исходя из того, что

<»Ã = 180 + 2 «»1 = 180" — 2л (4) (фиг. 2, в), где l" — большое расстояние между пиками, а à — меньшее расстoï.èå.

Из (4) получают

Таким образом, из осциллограммы смешанных сигналов (фиг. 2, в) находят Л, U m è а, после чего по формуле (2) или (3), если а(30, подсчитывают разность фаз.

Возможность измерения малых <р обеспечивается тем, что Л и U<, могут измеряться на разных чувствительностях входного усилителя осциллографа. А так как при малых

<р Л« U<, то для измерения Л надо, установив высокую чувствительность входного усилителя, с помощью смещения луча вывести в рабочее поле экрана только вершины пиков. Если напряжения U<(t) и U>(t) имеют не,равный нулю клирфактор К, то это вносит допел:.ительную погрешность в величину <р.

4

Расчеты показывают, что обусловленная этим ошибка не превышает 200 для

0,01(c«5 при измерении сдвига фаз в 0,5 .

Эта ошибка тем меньше, чем меньше а и К .

В качестве примера реализации способа предлагается следующая функциональная схема для измерения разности фаз напряжений

U<(t) и 02®. Напряжение Ug(t) подается на фазовращатель 1, предназначенный для регулировки положения пиков по оси времени.

Блок 2 является устройством формирования пиков; блок 3 — ограничителем, предназначенным для выравнивания амплитуд несмешанных пиков, Пики смешивают с напряжением

У,Я (точнее с его частью) или с U2(t) (в зависимости от положения ключа К1) на сопротивлении 4, выполняющем одновременно функции элементов делителя и ограничителя.

В положении 1 ключа К на экране осциллографа 5 наблюдаются несмешанные пики (фиг. 2, в), в положении II — пики, смешанные с Uz(t), в положении III — пики, смешанные с

У ®. При размыкании ключа К2 и положении

II или III ключа К на экране осциллографа наблюдаются напряжения U2(t) или U,(1) без пиков.

Порядок измерений следующий: ключ К устанавливают в положение I; на экране осциллографа наблюдают пики равных амплитуд; измеряют l и l" и по формуле (5) вычисляют а; ключ К< переводят в положение II, на экране осциллографа наблюдают пики, смешанные со «своей» синусоидой U>(t); регулировкой фазовращателя 1 добиваются равенства амплитуд пиков (при максимальной чувствительности входного усилителя осциллографа), что соответствует равным мгновенным значениям напряжения U>(t); ключ К» переводят в положение Ш; наблюдают пики, смешанные с напряжением U<(t); измеряют расстояние Л между вершинами пиков; ключ К» размыкают; на экране наблюдают синусоиду У1®; измеряют ее амплитуду U1 и по формуле (2) вычисляют <р.

Для устранения временной нестабильности, которая может привести к дополнительным погрешностям, переброс ключа К из положения

II в положение III и обратно можно производить не вручную, а автоматически с частотой

50 гц. Пики, смешанные со «своим» напряжением U (t), можно наблюдать из точки II на экране осциллографа, а пики, смешанные с напряжением У1®, — из точки III на экране другого осциллографа либо, если применить двухлучевой осциллограф, на том же экране.

В этом случае можно одновременно добиваться равенства амплитуд пиков, смешанных со

«своим» напряжением У ®, и фиксировать разность Л при смешивании с напряжением

Ui(t).

404025

Фиг. 1

Предмет изобретения

Способ измерения разности фаз с помощью формирования острых пиков напряжений равных амплитуд, соответствующих таким моментам времени, в которые одно синусоидальное напряжение имеет равные мгновенные значения, отличающийся тем, что, с целью достижения высокой чувствительности измерений, сформированные пики напряжений, соответствующие одной из синусоид, смешивают с другой синусоидой и разность фаз определяют по разности амплитуд пиков после смешивания с помощью регистрирующего прибора.

Фиг. 2

Составитель Л. Прохорова

Редактор Т. Иванова Техред Е. Борисова Корректор Е. Михеева

Заказ 1375/14 Изд. № 174 Тираж 755 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д 4/5

Типографии, пр Сапуиова, 2