СПОСОБ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИНФАЗНОСТИ ИЛИ ПРОТИВОФАЗНОСТИ ДВУХ СИГНАЛОВ ПРОИЗВОЛЬНОЙ ФОРМЫ
METHOD OF AUTOMATED DETERMINING IN-PHASE OR ANTIPHASE OF TWO ARBITRARY-FORMED SIGNALS

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам контроля и определения параметров определения синфазности или противофазности двух анализируемых сигналов.
Известен способ определения сдвига фаз, в соответствии с которым перемножают два исследуемых сигнала, выделяют постоянную составляющую полученного от перемножения сигнала и измеряют величину напряжения этой постоянной составляющей, которая пропорциональна абсолютному значению фазового сдвига. Кофман Р., Дрискол Ф. Операционные усилители и линейные интегральные схемы. - М.: Мир, 1979. - С. 207-210. Данный способ принят в качестве прототипа.
На базе данного способа разработано множество методов измерения сдвига фаз, например патенты на изобретение RU 2419098, МПК G01R 25/00, 27.11.2010; RU 2264631, МПК G01R 25/00, 20.11.2005; RU 2247998, МПК G01R 25/00, G01R 21/133, G01R 19/00, 10.03.2005.
Недостатком указанных способов измерения сдвига фаз является их сложность при автоматизации, а также наличие дополнительной погрешности, связанной с переходом сдвига фаз с 360° на 0°.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание способа, обеспечивающего автоматический контроль и определение параметров синфазности или противофазности двух анализируемых сигналов произвольной формы.
Технический результат заключается в автоматизации контроля синфазности или противофазности двух анализируемых сигналов.
Технический результат достигается тем, что в способе автоматизированного определения синфазности или противофазности двух сигналов произвольной формы, с помощью цифрового осциллографа в автоматическом режиме снимают осциллограммы сигналов, перемножают полученные значения в одни и те же моменты времени, определяют среднее значение массива произведений за заданный интервал времени, учитывают только знак полученного среднего значения, при этом положительное значение соответствует синфазным сигналам, отрицательное значение соответствует противофазным сигналам, а близость отношения полученного среднего значения к произведению действующих значений исследуемых сигналов к плюс 1 или минус 1 является критерием близости к идеальной синфазности или противофазности соответственно.
Данный способ контроля синфазности или противофазности анализируемых сигналов основан на применении цифрового осциллографа и автоматических измерений двух сигналов произвольной формы, что позволяет без визуализации осциллограмм и вмешательства оператора, с приемлемой точностью автоматически определять и контролировать синфазность или противофазность анализируемых сигналов.
Исходя из частного случая прототипа для синусоидальных сигналов приведенных, постулируется общее соотношение
где Пф - параметр фазировки - среднее значение полученного перемножения сигналов;
- произведение среднеквадратических действующих значений амплитуд сигналов;
Θ - угол разности фаз двух сигналов.
В случае синфазности двух сигналов, среднее значение произведения их мгновенных амплитудных значений будет иметь знак «+», а в случае противофазности двух сигналов среднее значение произведения их мгновенных амплитудных значений будет иметь знак «-» (минус).
Знак определяется исходя из значений для синфазного сигнала угол Θ=0° (360°), cos 0°=cos 360°=+1; для противофазного сигнала угол Θ=180°, cos 180°=-1.
Изобретение иллюстрируется осциллограммами фиг. 1-9.
На фиг. 1, 2 представлены осциллограммы противофазных и синфазных сигналов, близких к идеальной синусоиде.
На фиг. 3 представлена осциллограмма противофазных сигналов с большими шумами и помехами.
На фиг. 4-7 представлены осциллограммы сигналов с различными искажениями.
На фиг. 8, 9 представлены осциллограммы с определением синфазности и противофазности двух сигналов при подаче Гауссова шума. Следует отметить, что при этом определяется близость синфазности или противофазности сигналов к идеальной, хоть значение ее погрешности возрастает. Определить синфазность или противофазность сигналов визуально в этом случае принципиально невозможно.
Из анализа осциллограмм с искажениями (фиг. 4-7) видно, что наиболее значима систематическая составляющая погрешности измерений на фиг. 5; случайная составляющая на фиг. 4, 6, 7; осциллограммы на фиг. 4, 7 отягощены погрешностью модуля изменения сдвига фаз 360°.
Результаты практически совпали, что подтверждает справедливость выражения (1) и предложенного способа.
Проведенные лабораторные испытания предлагаемого способа подтвердили его эффективность при контроле синфазности или противофазности даже для сигнала произвольной формы (включая Гауссов шум), что позволяет определить некоторое «эффективное» значение сдвига фаз по выражению (1).