Способ измерения малых разностейамплитуд и фаз синусоидальныхсигналов

Союз Советскими

Социапистическия

Республик а

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОИ:КОМУ СВ ЕТЕЛЬСТВУ ()))815660 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) 3аявлено 180676 (21) 2372911/18-21

G 01 R 23/00 с присоединением заявки ¹

Государственный коинтет

СССР но аелаи нзобретеннй н OTKpb)E)lft (23) Приоритет

Опубликовано 2303)81. Бюллетень М 11

Дата опубликования описания 230381 (53)УДК 681 2 .082(088.8) (72) Автор. изобретения

A.Ï. Григорьев

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано как при раздельном, так и при совместном измерении малых разностей амплитуд и фаз синусоидальных сигналов, а также флуктуаций этих параметров.

Известен способ измерения амплитудных и фазовых флуктуаций, при использовании которого на экране осциллографа по угловому размеру изображения судят о величине фазовых флуктуаций, а по радиальному размеру — о величине амплитудных флуктуаций 1 . Наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу asляется способ измерения азимутальной неоднородности магнитного поля, представляющий собой фактически способ измерения разностей амплитуд и фаэ синусоидальных сигналов и заключающийся в том, что по амплитудам разностного сигнала в моменты

Т/4 и t< - Т/2 судят, соответственно, о разности амплитуд и фаз (.2), Однако способ обладает недостаточным быстродействием вследствие необходимости запоминания амплитуд сигналов и использования для этого

2 элементов памяти (напрнмер конденсаторов).. Другим недостатком можно считать появление дополнительной погрешности при изменении частоты сиг5 н алов из-эа наличия задержки т и

Цель изобретения — повышение быстродействия при измерении разности амплитуд и фаз синусоидальных

>0 сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что после сравнения исследуемого сигнала с опорным и вычитания одного иэ другого стабилизируют исследуе 5 мый сигнал по амплитуде на уровне, равном амплитуде опорного сигнала, и вновь вычитают один сигнал из другого, после чего полученный второй разностный сигнал вычитают из пер2О вого разностного сигнала и по величине полученного третьего раэностного сигнала судят о разности амплитуд, а по величине второго разностного сигнала судят о величине фазового

25 сдвига.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Приняв за начало временного отс30 чета исследуемый сигнал (Оя ), можно

815660 его и опорный по амплитуде сигнал эаписатв в виде

Ug = U)(51п 6, (1)

Uo = Uom s i и (к Р)у (2) где 0 — фазовый сдвиг между сигналаMH r

U,n., Uo - амплитуды сигналов.

Учитывая, что при малых фазах Р (порядка единиц градусов) s i nV=C, cos 9 = 1,путем вычитания одного сигнала из другого получают первый разностный сигнал

Up = О)(Оо = ЬОп1 5 i пЫ 4 Ug cos ) (3) где hUm = {.)„п, — Опп, - разность амплитуд сигналов.

Затем стабилизируют исследуемый сигнал по амплитуде на уровне, равном амплитуде опорного сигнала, т.е. выполняют операцию выравнивания

Охщ = ООп и вновь вычитают один сигнал из другого, получая при этом 20 с учетом Ь U = 0

Up„= U< 4cos cl = Ор,п соьФ(4)

Для реализации данной операции возможны следующие пути: а) если амплитуДа ОО,п = const и 25 стабильна-, то стабилизируют только

О п на уровне опорного сигнала", б) если амплитуды обоих сигналов меняются, то можно стабилизировать оба сигнала на одном и том же уровне, в) возможно использование выравнивающего устройства, которое постоянно поддерживает уровень исследуемого сигнала на уровне опорного, даже если последний также меняется по амплитуде.

Следующая операция заключается в том, что из первого разностного сигнала (3) вычитают второй разностный сигнал (4) и получают 40

UP =5U s1п С = UPyttl51п0l,, (g)

Из выражений (4) и (5) следует, что

%Ъгп / U om (6)

d U „, - ОР,„, У О „,и, 45 т.е. по отношению амплитуд второго и третьего разностных сигналов к амплитуде опорного сигнала можно непосредственно получить информацию о фазе и относительном значении разности амплитуд.

Таким образом, оказывается, что величина второго разностного напряжения однозначно определяет фазу между сигналами, а величина третьего разностного сигнала однозначно определяет разницу амплитуд сигналов.

Во всех случаях использования предлагаемого способа измеряются только синусоидальные напряжения, изменения которых мгновенно следуют @) за изменениями измеряемых параметров (g U Р ): оба параметра могут быть измерены (или записаны) одним и тем же прибором — вольтметром.

Для реализации способа не требует- д ся использование сложных электронных схем, поскольку стабилизация (выравнивание) сигналов и операции вычитания осуществляются с помощью весьма простых и широко применяемых в измерительной технике устройств.

Предлагаемый способ обладает следующими преимуществами: а). Погрешность измерения разности амплитуд сигналов не зависит от фазы (при любых фазах) и определяется, главным образом, погрешностью измерительного прибора, б). При измерениях разности амплитуд нет необходимости компенсировать фазу, которая к тому же сама представлена в виде синусоидального напряжения и может быть измерена и автоматически записана; в). Скорость измерения обеих величин (Ь О п, Ф ) определяется лишь быстродействием индикаторного устройства, r). Для измерения разности амплитуд и фаз достаточно одного индикатора, д). Представление параметров в виде синусоидальных сигналов удобно для построения различных систем контроля и измерения (двух параметрически), например, при измерениях градиента магнитного поля; е). Процесс измерений при реализации способа может быть автоматизирован, ж). Измеряемые параметры — разности амплитуд и фаз-не зависят от частоты, поэтому способ применим в широком диапазоне частот; э). Представление разностей амплитуд и фаз в виде синусоидальных сигналов, амплитуды которых мгновенно следуют за изменением этих параметров, позволяет измерить их флуктуации, используя для этого

90 -ный фазовращатель и осциллограф (оценка производится по "раэмытию" изобретения - кольца), Предлагаемый способ может быть использован при неразрушающем контроле изделий, при измерении неоднородностей магнитных полей и r.ï.

Формула изобретения

Способ измерения малых разностей амплитуд и фаз синусоидальных сигналов, основанный на сравнении исследуемого сигнала с опорным и вычитании одного из другого, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения быстродействия, стабилизируют исследуемый сигнал по амплитуде на уровне, равном амплитуде опорного сигнала,к вновь вычитают один сигнал иэ другого; после чего полученный второй разностный сигнал вычитают иэ первого раэностного сигнала, и по величине полученного третьего раэностного сигнала судят о разности ампли815660

Составитель A. Данилин

Редактор Т. Киселева Техред М.Лоя Корректор Л. Иван

Заказ 1029/75 Тирам 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Уагород, ул. Проектная, 4 туд, а по величине второго разностного сигнала судят о величине фазового сдвига.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Готсбан С.М. Метод совместного измерения фазовых и амплитудных флуктуаций. Сб. "Промышленное применение токов высокой частоты", Труды ВНИИТВЧ. N. "Машиностроение", 1968, вып. 9.

2. Авторское свидетельство СССР

9 471562, кл. G 01 R 33/00, 1973 (прототип).