SU1315914A1 - Device for measuring phase difference - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к радиоизмерительной технике. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей измерени  разности фаз. Устройство содержит вычислители 9 и 10 отношений и разности фаз. Введение параметрических избирательньк фильтров 1 и 2, преобразовател  3 спектра, умножител  4, сумматоров 5 и 6 и амплитудных детекторов 7 и 8 позвол ет осуществить частотную избирательность входного сигнала без дополнительных его преобразований . Кроме того, при работе устройства отпадает необходимость в использовании фазосдвигающей цепочки. 4 ил. I (ЛThis invention relates to a radio measuring technique. The purpose of the invention is to expand the functionality of measuring the phase difference. The device contains calculators 9 and 10 ratios and phase differences. The introduction of parametric selective filters 1 and 2, a spectrum converter 3, multiplier 4, adders 5 and 6, and amplitude detectors 7 and 8 allow the frequency selectivity of the input signal without additional transformations. In addition, when the device is in operation, there is no need to use a phase-shifting chain. 4 il. I (L

Description

1one

Изобретение относитс  к радиоизмерительной технике и может быть использовано дл  измерени  разности фаз приход щих сигналов при малом отношении - шум в широком диапазо- не частот.The invention relates to a radio metering technique and can be used to measure the phase difference of incoming signals at a small ratio — noise over a wide frequency range.

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей измерени  разности фаз за счет осуществлени  частотной избирательности входного сигнала без дополнительных его преобразований .The purpose of the invention is to expand the functionality of measuring the phase difference by implementing the frequency selectivity of the input signal without additional transformations.

На фиг. 1 представлена структурна  блок-схема .предлат аемого устройства; на фиг. 2 - диаграмма устойчи- вости параметрического фильтра; на фиг. 3 - параметрический фильтр; на фиг. 4 - преобразователь спектра.FIG. 1 is a structural block diagram of a device under consideration; in fig. 2 - diagram of parametric filter stability; in fig. 3 - parametric filter; in fig. 4 - spectrum converter.

Устройство содержит первый 1 и второй 2 параметрические избирательные фильтры, входы которых объединены И подключены к источнику .сигнала Ugxi преобразователь 3 спектра,на вход которого подаетс  источник опорного сигнала Ugxz з. выход соединен с умножителем 4, первый и второй выходы умножител  4 соответственно соединены через сумматоры 5 и 6 с вторыми входами параметрических избирательных фильтров 1 и 2. Выходы Первого и второго параметрических фильтров соответственно через первый 7 и второй 8 амплитудные детекторы соединены с соответствующими входами вычислител  9 отноше НИИ, выход которого соединен с.вычислителем 10 разности фаз.Управл ющие входы сумматоров 5 и 6 соединены с датчиками посто нных напр жеThe device contains the first 1 and second 2 parametric selective filters whose inputs are combined AND connected to the source Ugxi of the spectrum converter 3, to the input of which the source of the reference signal Ugxz 3 is fed. the output is connected to the multiplier 4, the first and second outputs of the multiplier 4 are respectively connected via adders 5 and 6 with the second inputs of parametric selective filters 1 and 2. The outputs of the First and second parametric filters respectively through the first 7 and second 8 amplitude detectors are connected to the corresponding inputs of the calculator 9 relation to scientific research institutes, the output of which is connected with a calculator of 10 phase difference. The control inputs of adders 5 and 6 are connected to sensors of constant voltages

НИИ иResearch institutes and

0101

и Ujjy а второйand ujjy and the second

вход умножител  4 - с датчиком весовых коэффициентов К.input multiplier 4 - with a weight coefficient sensor K.

Ус;тройство работает следующим образом.Us; the three works as follows.

Измер емый сигнал подаетс  на сигнальные входы параметрических избирательных фильтров 1 и 2, которые настроены в резонанс соответственно на первую и вторую квадратурные составл ющие. Настройка в резонанс осуществл етс  с помощью посто нного напр жени  U, установкой которого в процессе настройки обеспечиваетс  резонанс фильтра либо на первую (U ол ) , либо на вторую (и Q,j) квадратурные составл ющие (фиг. 2).The measured signal is applied to the signal inputs of parametric selective filters 1 and 2, which are tuned to resonance, respectively, to the first and second quadrature components. Tuning to resonance is carried out using a constant voltage U, by installing which during the tuning process the filter resonates either to the first (U ol) or to the second (and Q, j) quadrature components (Fig. 2).

Опорный си гнал подаетс  на вход преобразовател  3 спектра, которыйThe reference signal is fed to the input of a spectrum converter 3, which

142142

формирует управл ющее напр жение jnp (t) . Последнее домножаетс  в умножителе 4 на посто нный множитель К, суммируетс  с посто нным напр жением в сумматорах 5 и 6 и подаетс  на управл ющие входы параметрических фильтров 1 и 2. Величина К и функци  - напр жение (t) вычисл ютс  при проектировании параметрического фильтра по заданной амплитудно-фазовой характеристике его.forms the control voltage jnp (t). The latter is multiplied in multiplier 4 by a constant multiplier K, summed with a constant voltage in adders 5 and 6 and fed to the control inputs of parametric filters 1 and 2. The magnitude of K and the function - voltage (t) are calculated when designing a parametric filter for a given amplitude and phase characteristic of it.

В результате на выходе первого параметрического фильтра 1 напр жение определ етс  первой квадратурной составл ющей и равноAs a result, at the output of the first parametric filter 1, the voltage is determined by the first quadrature component and is equal to

ИAND

Yp.(0Yp. (0

иЗм бК кim b c k

( Д + I/) ZP (О dA ,(D + I /) ZP (O dA,

(1)(one)

где Я ш t; Z р, (А)where i w t; Z p, (A)

Ь.B.

- собственна  функци  дифференциального оператора L сопр женного оператору L, описывающему параметрический фильтр; . - собственна  функци  оператора L;- the eigenfunction of the differential operator L adjoint to the operator L, describing the parametric filter; . - eigenfunction of the operator L;

XX

Р-1P-1

- собственное значение , соответствующее Ур1,  вл ющеес  минимальным по модулю собственным значением оператора L; If - фазовый сдвиг- the eigenvalue corresponding to Ur1, which is the minimum modulo eigenvalue of the operator L; If - phase shift

между входнымиbetween the input

сигналами, опор- . signals, support-.

ным и измер емым; Tj - период опорногоny and measurable; Tj - the reference period

сигнала.signal.

Аналогичное напр жение на выходе второг о параметрического фильтра 2 определ етс  второй квадратурной составл ющей и равноA similar voltage at the output of the second parametric filter 2 is determined by the second quadrature component and is equal to

-и-and

&Ы)( 1& Y) (1

Р1P1

WW

И5М UBX I5M UBX

х( Я -f 1)- 2 р2 (О d Д .x (I -f 1) - 2 p2 (O d D.

(2)(2)

313313

Отличие собственных функций Уд (Л)и Yp2 (Д) от синуса и коси- луса соответственно может быть при необходимости сделано незначительным путем соответствующего выбора режимов фильтров. Напр жение на выходе параметрических избирательных фильтров 1 и 2 - суть квадратурные составл ющие измер емого входного сигнала. Получение квадратурных составл ющих раздельно в каждом канале таким способом не требует применени  фазосдвигающего блока,  вл ющегос  одним из основных источников ошибок при измерении фазы.The difference between the eigenfunctions Ud (L) and Yp2 (D) from sine and cosilus, respectively, can be made insignificant, if necessary, by appropriate selection of filter modes. The output voltage of parametric selective filters 1 and 2 are the quadrature components of the measured input signal. Obtaining quadrature components separately in each channel in this way does not require the use of a phase-shifting unit, which is one of the main sources of error in phase measurement.

Присутствие в формулах (1) и (2) сомножителей . Т„The presence in formulas (1) and (2) factors. T „

иand

ИЗл ВхISL BX

(Д + V)(D + V)

.,2., 2

определ ет у параметрических избирательных фильтров наличие  рко выраженных фильтрующих свойств. По этой причине отношение сигнал - шум на выходе параметрических фильтров выше , чем на выходе перемножител  в известных устройствах , что приводит к уменьшению дисперсии ошибки измерени  фазы.determines the presence of well-defined filtering properties in parametric selective filters. For this reason, the signal-to-noise ratio at the output of parametric filters is higher than at the multiplier output in known devices, which leads to a decrease in the variance of the phase measurement error.

Рассмотрим пример реализации предлагаемого устройства.Consider an example of the implementation of the proposed device.

Преобразователь спектра состоит из последовательно включенных амплитудного ограничител  и согласованного фильтра, предназначен дл  формировани  напр жени  , управлени  из опорного входного сигнала и работает следующим образом.A spectrum converter consists of a series-connected amplitude limiter and a matched filter, designed to form a voltage, control from a reference input signal and operates as follows.

Опорный сигнал поступает на вход 51мплитудного ограничител , который формирует линейчатый спектр. С выхода амплитудного ограничител  сигнал поступает на вход согласованного фильтра, вьздел ющего напр жение управлени  Ujnp (t). Требуема  форма напр жени  управлени  (t) рассчитываетс  при проектировании параметрического фильтра по заданной амплитудно-фазовой характеристике его. Согласованный фильтр проектируетс  по заданному напр жению управлени  U,np(t).The reference signal is fed to the input of the limiting limiter, which forms a line spectrum. From the output of the amplitude limiter, the signal is fed to the input of a matched filter that separates the control voltage Ujnp (t). The required form of control voltage (t) is calculated when designing a parametric filter according to a predetermined amplitude-phase characteristic of it. The matched filter is designed for a given control voltage U, np (t).

Принципиальна  схема параметрического фильтра представл ет собой приг мер его схемной реализации (фиг. 3).The schematic diagram of the parametric filter is an example of its circuit implementation (Fig. 3).

fOfO

1515

00

5five

00

5five

00

5five

00

5five

144144

Параметрический фильтр содержит два инвертирующих интегратора 11 и 12, инвертор 13 и аналоговый перемножи- тель 1.4 сигналов, имитирующий измер емое сопротивление.The parametric filter contains two inverting integrators 11 and 12, an inverter 13, and an analog multiplier 1.4 signals, simulating the measured resistance.

Принципиальна  схема преобразовател  представл ет собой пример его схемной реализации (фиг. 4).Принципиальна  схема (фиг. 4) содержит усилитель-ограничитель 15 и фильтр 16 нижних частот.A schematic diagram of a converter is an example of its circuit implementation (FIG. 4). The principle circuit (FIG. 4) contains a limiting amplifier 15 and a low-pass filter 16.

Благодар  тому, что предлагаемое устройство содержит в каждом квадратурном канале параметрический фильтр, вход которого подключен к источнику измер емого сигнала, а управл емые входы указанных фильтров через последовательно включенные преобразователь спектра, умножитель и сумматоры подключены к. источнику опорного сигнала, причем вторые входы умножителей св заны с выходом датчика весовых коэффициентов, а вторые входы сумматоров - с выходом датчика управл ющих посто нных напр жений ,необходимость в использовании фазосдви- гающей цепочки отпадает и потомуDue to the fact that the proposed device contains in each quadrature channel a parametric filter, the input of which is connected to the source of the measured signal, and the controlled inputs of these filters through the series connected spectrum converter, multiplier and adders are connected to the source of the reference signal, and the second inputs of the multipliers with the output of the weighting factor sensor, and the second inputs of the adders with the output of the control constant voltage sensor, the need to use phase shifting th chain disappears and therefore

;точность измерений повьшаетс .; measurement accuracy is improved.

Вид амплитудно-фазовой характеристики предлагаемого устройства может варьироватьс  в широких пределах путем соответствующего выбора формThe type of amplitude and phase characteristics of the proposed device can be varied over a wide range by an appropriate choice of forms.

управл ющего сигнала (t), получаемого на выходе преобразовател  спектра, а также за счет изменени  величины коэффициента К.the control signal (t) obtained at the output of the spectrum converter, as well as by changing the value of the coefficient K.

Таким образом, использование пред- лагаемого устройства измерени  разности фаз сигналов обеспечивает по сравнению с существующими устройствами существенное расширение функциональной возможности при определении сдвига фаз сигналов и повьшгает точность измерени .Thus, the use of the proposed device for measuring the phase difference of signals provides a significant increase in functionality when determining the phase shift of signals and increases the measurement accuracy compared to existing devices.

Форм у л а изобрете ни   Устройство дл  измерени  разности фаз, содержащее вычислитель отношений , выход которого соединен с входом вычислител  разности фаз,о т- личающеес  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей , в него введены два амплитудных детектора, преобразователь спектра, умножитель, два сумматора ,и два параметрических избирательных фильтра, входы которых объединены и соединены с входом устройства, а выходы соответственно через первый и второй амплитудные детекторы соеди иены с входами вычислител  отношений , второй вход устройства через преобразователь спектра соединен с первым входом умножител , второй вход которого подключен к датчику весовых коэффициентов, а выход соеFormula of the invention The device for measuring the phase difference containing the ratio calculator, the output of which is connected to the input of the phase difference calculator, which is characterized by the fact that, in order to extend the functionality, two amplitude detectors, a spectrum converter, a multiplier are introduced into it. , two adders, and two parametric selective filters, the inputs of which are combined and connected to the device input, and the outputs, respectively, through the first and second amplitude detectors are connected to the inputs of the relationship calculator, Torah input device through the spectrum inverter is connected to the first input of the multiplier, the second input of which is connected to a sensor weighting coefficient, and the output cos

1315914 61315914 6

динен с первыми входами первого и второго сумматоров, управл ющие входы которых соединены .с датчиком посто нных напр жений, выходы которых 5 соответственно соединены с управл - Ю1ЦИМИ входами первого и второго параметрических избирательных фильтров .It is connected to the first inputs of the first and second adders, the control inputs of which are connected to a constant voltage sensor, the outputs of which 5 are respectively connected to the control - YUTsIMII inputs of the first and second parametric selective filters.

1one

JLJl

%/г% / g

Граница зоны динамической неустойчивости реального устройстваThe boundary of the dynamic instability zone of a real device

Граница зоны динамическойDynamic zone boundary

неустойчивости приinstability at

omcytrjcmbuu потерьomcytrjcmbuu loss

UoUo

u,,u ,,

Фаг.ЗPhage.Z

Фаг. Phage.

Редактор И.ШуллаEditor I. Shulla

Составитель И.ЙубиН Техред М.ХоданичCompiled by I.YubiN Tehred M.Hodanich

Заказ 2356/48 -, . Тираж 73 0ПодписноеOrder 2356/48 -,. Circulation 73 0Subscribe

ВНИИПИ Государственного комитета СССРVNIIPI USSR State Committee

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5for inventions and discoveries 113035, Moscow, Zh-35, Raushsk nab., 4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4Production and printing company, Uzhgorod, st. Project, 4

Корректор Е.РошкоProofreader E.Roshko

Claims (1)

Форм у л а изобрете ни яClaim Устройство для измерения разности фаз, содержащее вычислитель отношений, выход которого соединен сA device for measuring the phase difference containing a ratio calculator, the output of which is connected to 30 входом вычислителя разности фаз,о тличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены два амплитудных детектора, преобразователь30 by the input of the phase difference calculator, characterized in that, in order to expand the functionality, two amplitude detectors, a converter 33 спектра, умножитель, два сумматора ,и два параметрических избирательных фильтра, входы которых объединены и соединены с входом устройства, а вы1315914 динен с первыми входами первого и второго сумматоров, управляющие вхо ды которых соединены с датчиком пос тоянных напряжений, выходы которых33 spectra, a multiplier, two adders, and two parametric selective filters, the inputs of which are combined and connected to the input of the device, and 1315914 are connected to the first inputs of the first and second adders, the control inputs of which are connected to the DC voltage sensor, the outputs of which 5 соответственно соединены с управляющими входами первого и второго параметрических избирательных фильтров.5 are respectively connected to the control inputs of the first and second parametric selective filters. ходы соответственно через первый и второй амплитудные детекторы соединены с входами вычислителя отношений, второй вход устройства через преобразователь спектра соединен с первым входом умножителя, второй вход которого подключен к датчику ‘весовых коэффициентов, а выход сое-moves respectively through the first and second amplitude detectors are connected to the inputs of the ratio calculator, the second input of the device through the spectrum converter is connected to the first input of the multiplier, the second input of which is connected to the sensor ‘weight coefficients, and the output is Фиг.2Figure 2 Фиг. 4FIG. 4