Способ измерения фазового сдвига

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 2901.81 (21) 32411 51/18-21 (5 $ ) М. Ки. з с присоединением заявки ¹

G 01 R 25/00

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет (33) УДК621 317., . 77 (088 .8) Опубликовано 153882. Бюллетень №30

Дата опубликования описания 150882 (72) Авторы изобретения

A. Н. Чиркин, A.À. Аллахвердов и В.И. Верховский (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВОГО СДВИГА

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, в частности к измерениям фазовых сдвигов между двумя гармоническими сигналами.

Изобретение может быть использовано в радиолокации, радионавигации и радиопеленгации при создании систем обработки принимаемых сигналов.

Известен способ измерения фазового сдвига между двумя гармоническими сигналами, заключающийся в выделении моментов перехода сигналами максимальных значений, фсрмировании сигнала, длительность которого равна интервалу времени, соответствующему фаэовому сдвигу, и определении фазового сдвига путем сравнения дли" тельности сформированного сигнала с периодом сравниваемых. сигналов fl).

Недостатками этого способа измерений являются невысокая точность измерений, обусловленная наличием ошибки выделения моментов перехода сигналов через максимальные значения сигналов, а также сложность и низкое бытродействие реализующих способ устройств.

Наиболее близким к предлагаемому способу является. способ измерения фазового сдвига между двумя гармо-ническими сигналами„ заключающийся в выделении моментов совпадения . мгновенных значений сравниваемых сигналов с первой к второй пороговыми величинами соответственно и формировании сигнала, длительность которого равна временному интервалу между моментами совпадений сравниваемых сигналов с пороговыми величинами и сравнении длительности этого сигнала с периодом сравниваемых гармонических сигналов (2) .

Однако у этого способа низкая точность измерений, при большом ди15 намнческом диапазоне амплитуд входных сигналов.

Цель изобретения — повышение точности измерения при произвольных амплитудах входных сигналов и большом динамическом диапазоне изменения их амплитуд.

Поставленная цель достигается тем, что по известному способу измерения фазового сдвига посредством формирования импульса, длительность которого пропорциональна разности фаз, формируют дополнительные импульсы в каждом канале с длительностями, равными временным интервалам между моментами пересечения положительными

951175

В результате сравнения сигналов 1(1) и Vy (t) вырабатывается единичный сигнал 1 (t) .

1(t) = +1 если Ь11), Ьt

l(t) = -1 если dt<< 4 f3

B результате сложения сигнала 41 (t) с сигналом ll 4 (t), умноженным на сигнал 1(t) вырабатывается сигнал li6(t) .

Интервал .времени в котором У (t) = 1

5 равен — Ь 11+ 1 (t) >t4 °

Далее определяется фазовый сдвиг между сигналами f< (t) и f 1(t) .

ЬФ = —.2Л

Т . где T — период сигналов f (t) и

6,1 (t) °

Интервал времени 4, умноженный на единичный сигнал 1 (t), можно представить в виде

4 -ЬС, bt I (i)=+

4 Е

9„(t) = 1 в интервале а1„

Сигнал f i (t) сравнивается с пороговой величиной „. В результате вырабатывается сигнал (t) .

ya (t) = 1 при f 1(t) Ъ 1„)

4< (t) =0 при f „(t) < (q, )() = 1 в интервале Ьtg =

= t19.— t1 °

Сигнал Е,1 () сравнивается с пороговой величиной (. В результате вырабатывается сигнал .VS(t) . 3() P l(t) 7 )>

4 (t) = 0 при f > (t)<(<, () = 1 в интервалеь 3 .)

t 1"

В результате сравнения сигналов

4 ((.) и () вырабатывается сигнал

+4(t) . Интервад времени b 4, в котоDoM Ч4(1} = 1 равен

atg — ь

2 65

60 (отрицательными) иолуволнами входных синусоидальных сигналов порога в соответствующем канале, при этом половину разности длительностей указанных дополнительных импульсов вычитают из длительности импульса, про- 5

IIopoHoHcUIbHoA разности фаз, если длительность дополнительного импульса первого канала больше длительности дополнительного импульса второго канала, или добавляют если длительность)0 импульса первого канала меньше длительности дополнительного импульса второго канала.

Иа фиг.1 показаны временные диаграммы поясняющие сущность предложенного способа; на фиг.2 — устройство, реализующее предлагаемый способ.

На фиг.l приняты следующие обозначения f (t), Г 1(t) - первый и второй гармонические сигналы; Uc« Ucq амплитуды первого и второго сигналов; первая и вторая пороговые величины; ч „() — первый сигнал, формируемый по первым моментам совпадения мгновенных значений сигналов

f1(t) и f (t) с пороговыми величинами25 и ф соответственно; V<(t), f>(t) второй и третий сигналы,.формируемые по первым и вторым моментам совпадения мгновенных значений сигналов

f„(t) и fq(t) с пороговыми величина-30 мй 1 и „ соответственно ) 4(t) четвертый сигнал, формируемый как модуль половины разности длительностей

oHI налов 4 (t) H У (t) P5 (t) - пятый сигнал, формируемый как сумма произ- 35 ведения сигнала 4 (t) на единичный сигнал и сигнала Ч „(t) .

Способ реализуется следующим образом. 40

По первым моментам совпадений сигналов f q (t) и Е1(t) с пороговыми величинами 6, и соответственно вырабатывается сигнал Ч (t). т . )/т — -1clr csin — - Т - — - Ъа Gsin — - T

7 01 1 1 Ос

Ъ

Т 1 4 1.

<И СЗ1П <3l CSin

1Л Ucq Uc c1

Фазовый сдвиг, соответствующий этому значению, равен

1 ь 1(М / 1 1 д - 1Я ° f (arCS n — -О"ае Л т 0с,1

Ошибку измерения фазового сдвига, обусловленную погрешностью установки пороговых величин можно существенно уменьшить с помощью. предлагаемого способа измерения фазового сдвига.

Устройство, реали зующее описанный способ, содержит первый формирователь 1 импульсов, второй формирователь 2 импульсов, первый формирователь 3 коротких импульсов, второй формирователь 4 коротких импульсов, триггер с раздельными входами 5, первый электронный ключ 6, счетчик 7 импульсов, генератор 8 импульсов, второй электронный ключ <8, третий электронный ключ 10, первый элемент временной задержки 11, реверсивный счетчик 12 импульсов, второй элемент временной задержки 13, третий элемент временной задержки 14, третий формирователь 15 коротких импульсов, сумматор 16.

Устройство работает следующим образом.

Гармонические. сигналы f „(1) и

f (.t) приложены ко входам первого и второго Формирователей импупьсов 1

951175 и 2. При пересечении сигналами

1„(t) и f (1) пороговых уровней ф„ и соответственно на выходах формирователей формируются сигналы

pf1(t) и Ч - (t) (фиг.1) . В моменты t„ и

t q< первым и вторым формирователями коротких импульсов 3 и 4 сформируются импульсы, которые поступают на входы триггера с раздельными входами 5 . На выходе триггера,5 форми руе тся сигнал 4< (t), который затем посту-ig пает на управляющий вход первого электронного ключа 6. На информационный вход электронного ключа 6 подается последовательность импульсов постоянной частоты, вырабатываемых гене- 5 ратором импульсов 8. В результате на выходе электронного ключа 6 формируется пачка импульсов, которая затем поступает на вход счетчика импульсов 7. Счетчик импульсов 7 подсчитывает число импульсов в пачке.

Это число пропорционально длительности временного интервала а t„..

Управляющие входы второго и третьего электронных ключей 9 и 10 соединены с выходами первого и второго . формирователей импульсов 1 и 2 соответственно. На информационные входы второго и третьего электрон(ных ключей 9 и 10 подается последовательность импульсов постоянной частоты с генератора импульсов 8.

На выходах второго и третьего электронных ключей 9 и 10 формируются пачки импульсов, которые затем поступают на вычитающий и суммирующий 35 входы реверсивного счетчика 12 импульсов соответственно, Импульсы с выхода третьего электронного ключа

10 проходят через первую схему 11 временной задержки, при наличии кото-40 рой работа по вычитающему и суммирующему входам реверсивного счетчика

12 импульсов разделена по времени, что необходимо для нормальной работы счетчика. При превышении количества 4 импульсов в пачке, снимаемой со второго электронного ключа 9 над количеством импульсов в пачке, снимаемой с третьего электронного ключа 10, на выходах реверсивного счетчика 12 импульсов образуется дополнительный код, соответствующий этому превышению.

При наличии обратной ситуации на выходах реверсивного счетчика 12 импульсов образуется прямой код. Таким образом,. если единичный сигнал имеет отрицательный знак, то на. выходах реверсивного счетчика 12 импульсов образуется дополнительный код, в противном случае код будет пряьым. Деление кода, образованного в ревер- 60 сивном счетчике импульсов, на 2 производится путем сдвига кода в сторону младшего разряда на один разряд. Это осуществляется определенным соединением выходов счетчика 12 с сумматором 16 (фиг.2) . На сумматор

16 поступает также код со счетчика

7 импульсов. В момент времени (фиг.1) третьим фо1в ирователем коротких импульсов 15 формируется импульс, который, пройдя через вторую схему временной задержки 13, поступает на управляющий вход сумматора 16 и разрешает операцию суммирования кодов, находящихся на счетчиках 7 и 12. One рация сумми ровани я прямого кода с дополнительным эквивалентна операции вычитания, а операция суммирования прямого кода с прямым эквивалентна операции сложения. Импульс, снимаемый со второй схемы 13 временной задержки, пройдя через третью схему 14 временной задержки, производит обнуление счетчиков 7 и 12, подготовив, тем самым, схему к следующему замеру.

В результате работы схемы на выходах сумматора 16 образуется искомый код разности фаз между гармоническими сигналами f< (t) и f<(t).

Формула изобретения

Способ измерения фазового сдвига, посредством формирования импульса, длительность которого пропорциональная разности фаз, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности при произвольных амплитудах входных сигналов и большом динамическом диапазоне изменения их амплитуд, формируют дополнительные импульсы в каждом канале с длительностями, равными временным интервалам между моментами пересечения положительными (отрицательными) полуволнами входных синусоидальных сигналов порога в соответствующем канале, при этом половину разности длительностей укаэанных дополнительных импулЬсов вычитают из длительности импульса, пропорциональной разности фаз, если длительность дополнительного импульса первого канала больше длительности дополнительного импульса второго канала, или добавляют, если длительность дополнительного импульса первого канала меньше длительности дополнительного импульса второго канала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе, 1. Оратынский П.П. Автоматические измерения и приборы. Киев. Высшая школа, 1971, с. 415-422.

2. Глинченко и др. Цифровые методы измерения сдвига фаз. Новосибирск, Наука 1979, с. 10-14.