Измеритель разности фаз

 

ИЗМЕРИТЕЛЬ РАЗНОСТИ ФАЗ, содержащий блок входных формирователей и последовательно соединенные между собой блок управления, микро-, процессорную систему и блок индикации , отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения сдвига фаз, он снабжен последовательно соединенными блоком формирования информационных импульсов и блоком времякодовых преобразователей , которые соединены с микропроцессорной системой, причем входы блока формирования информационных импульсов соединены с выходами блока входных формирователей, а выходы блока управления - с управляющими входами блока формирования информационных импульсов и блока времякодовых преобразователей. N / 1 Од 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (! 9) (1)) 763 А (51)4 G 01 R 25/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

fl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3567054/24-21 (22) 23.03.83 (46) 07.09.85. Бюл. ¹- 33 (72) А.А.Аллахвердов и С.В.Линзель (53) 621.317.77(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 951177, кл. G 01 R 25/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 811158, кл. G 01 R 25/00, 1981. (54)(57) ИЗМЕРИТЕЛЪ РАЗНОСТИ ФАЗ, содержащий блок входных формирователей и последовательно соединенные между собой блок управления, микро-.. процессорную систему и блок индикации, отличающийся тем, что, с целью повыпения точности измерения сдвига фаз, он снабжен последовательно соединенными блоком формирования информационных импульсов и блоком времякодовых преобразователей, которые соединены с микропроцессорной системой, причем входы блока формирования информационных импульсов соединены с выходами блока входных формирователей, а выходы блока управления — с управляющими входами блока формирования информа- ционных импульсов и блока времякодовых преобразователей.

1177763

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании автоматизированных измерительных систем.

Цель изобретения — повышение точ- 5 ности измерения сдвига фаз путем изменения алгоритма измерения сигналов при изменении условий измерения, что позволяет получить более высокую точность измерения, обусловленную воз,можностью как программно, так и оперативно выбрать алгоритм работы измерителя в зависимости от условий измерения, возможность в автоматическом режиме находить алгоритм измере- 15 ния, наиболее близкий к оптимальному в данных условиях, и реализовать его и возможность измерять и вычислять дополнительные параметры входных сигналов: частоту, .период и некоторые 20 погрешности измерения.

На фиг.1 представлена схема измерителя разности фаз; на фиг.2 — схема одного из возможных вариантов реализации блока формирования информа- 25 ционных импульсов, на фиг.3 — схема одного чз вариантов реализации блока времякодовых преобразователей, Измеритель разности фаз содержит блок 1 входных формирователей, блок

2 формирования информационных импульсов, блок 3 времякодовых преобразователей, микропроцессорную систему 4, блок 5 управления и блок 6 индикации. При этом выходы блока 1 входных формирователей соединены с блоком 2 формирования информационных импульсов, выход которого соединен с входом блока 3. Блоки формирования информационных импульсов и времякодовых преобразователей соединены через двунаправленные шины с микропроцессорной системой 4., выход которой соединен с блоком 6 индикации. Выходы блока 5 управления соедикены с блоком 2 формирования информационных импульсов, блоком 3 времякодовых преобразователей и микропроцессорной системой 4.

Устройство работает следующим об- 50 разом.

Входные напряжения 0, и Ug, между которыми необходимо измерить разность фаз, подаются на блок t входных формирователей, в котором по пе- 55 реходам входных напряжений через пороговый уровень формируются две по.следовательности импульсов Я и Ь поступающие,на блок 2 формирования информационных импульсов.

В блоке 2 формирования информационных импульсов формируются Й последовательностей основных информационных импульсов, М последовательностей вспомогательных импульсов и 4 дополнительных сигналов. Параметром, несущим информацию в последовательностях основных информационных импульсов, является длительность импульсов. В простейшем случае основными информационными импульсами могут быть, например, последовательность импульсов, равных по длитель— ности периоду входных сигналов, и последовательность импульсов, длительность которых пропорциональна разности фаз между входными сигналами. Параметром, несущим информацию в последовательностях вспомогательных информационных импульсов, является, например, их число за заданный интервал времени или моменты их появления. Последовательностями вспомогательных информационных импульсов являются, например две последовательности коротких импульсов, сформированных в моменты переходов входных напряжений через нулевой уровень из отрицательной области в положительную, число которых равно числу периодов сигналов U> и U

Параметром, несущим информацию дополнительных сигналов, может являться логический уровень этих сигналов, определяющий знак измеряемой разности фаз. Последовательности основных и вспомогательных информационных импульсов подаются на блок 3 времякодовых преобразователей, а до-полнительные сигналы — в микропроцессорную систему 4.

В блоке 3 времякодовых преобразователей длительности основных информационных импульсов каждой последовательности преобразую ся в код.

В код также преобразуется число вспомогательных импульсов в каждой последовательности. Моменты появления вспомогательных импульсов уточняют границы интервала времени измерения.

Коды с блока 3 времякодовых преобразователей подаются в микропроцессорную систему 4. С управляющих выходов микропроцессорной системы 4 сигналы подаются на управляющие входы блока

2 формирования информационных им3 1177 пульсов и блока 3 времякодовых преобразователей 3. С блока 5 управления задаются режимы и алгоритмы работы измерителя ° В микропроцессорной системе 4 по алгоритму, наиболее близкому к оптимальному в данных условиях, производится обработка введенной в него информации и вычисляется значение разности фаз, которое индицируется в блоке 6 индикации. В прос- 10 тейшем случае обработка информации может, например, осуществляться по формуле

1 и ф =1 — 2и

Т

15 где аФ вЂ” значение разности фаз знак разности фаз, — код, соответствующийразности фаз, преобразуемой во временной интервал однополупериодным способом с перекрытием, Т вЂ” код, соответствующий периоду входных сигналов.

Вариант реализации блока 2 форми- 25 рования информационных импульсов . представлен на фиг.2. Входные сигналы Я и В (пусть сигнал А — опорный) подаются на блок 7 подавления широкополосных шумов с коррекцией, на формирователи 8 и 9 коротких .импульсов, формирующие короткие импульсы по заднему и переднему фронтам сигналов Я и 6, а также на первые входы переключателей 10 и 11. На вторые

35 входы электронных переключателей 10 и 11 подаются очищенные от шумов импульсы с блока 7. По управляющему сигналу с микропроцессорной системы

4 электронные переключатели 10 и 11 пропускают на выход либо сигналы. и 6, либо импульсы, поступающие с блока 7. С выходов коррекции блока

7 выдаются импульсы и 1 6, предназначенные для коррекции вычисляе- 45 мой впоследствии разности фаз. С выжодов переключателей 10 и 11 сигналы подаются на устройство 12 определения знака разности фаз в условиях широкополосных помех.

Блок 13 сдвига на 180 по управляющему сигналу от блока 5 управления или от микропроцессорной системы 4 создает дополнительный фазовый сдвиг в 180 в канале Ь . Устройст- 55 во 14 формирования последовательностей разностно-фазовых интервалов времени формирует три последователь763 4 ф, Tg и pg: соответствует последовательности импульсов, получаемых с выхода триггерного однополупериодного формирователя временных интервалов, — последовательности импульсов м с выхода триггерного двухполупериодного формирователя,

Т, длительности которых соответствуют периоду входного сигнала 0я .

Элементы 16 и 17 являются формирователями коротких импульсов по обоим фронтам сигналов, поступающих на их входы. Последовательности информационных импульсов Т, 4 4 tT т2, Т, Т являются основными, последовательности N1 2 2 М2, И вспомогательными, а сигнал Ь вЂ” дополнительным.

Вариант построения блока 3 времякодовых преобразователей представлен на фиг.3. Восемь последовательностей основных информационных импульсов поступают на входной коммутатор 18, который подает на,шесть первых вхо-. дов блока 19 электронных ключей последовательности основных информационных импульсов, число и порядок подключения которых определяются алгоритмом измерения и задаются управляющим сигналом от микропроцессорной системы 4. Четыре последовательности вспомогательных импульсов поступают на блок 20 счетчиков, в котором подсчитывается число импульсов в каждой из последовательностей..

Блок 20 счетчиков состоит из четырех вспомогательных и шести основных счетчиков. В блоке 19 электронных ключей, состоящем из шести идентичных ключей, осуществляется временное квантование основных информационных импульсов. От трех генераторов 21-23 квантующих импульсов сигналы подаются на коммутатор 24 квантующих последовательностей, с выходов которого квантующие последовательности подаются на шесть вхоцов блока 19 электронных ключей. Число и порядок подключения этих квантующих последовательностей определяются алгоритмом измерения и Задаются управляющим сигналом от микропроцессорной систе мы 4. В шести основных счетчиках

1177763 районе 0 или 180, то для ее нахождения целесообразноиспольэовать алгоритм,. производящий вычисленияпо формуле

2.

Е „ я кв кл кв

2Х Т,.

25 Zт

»Ф- в

Тд- Т, 3 ро

Б

Х „,. Ф=1 где (для обозначения кодов, вводимых в микропроцессорную систему 4, используются их эквивалентны, получаемые с вьгходов блока 2 формирования инфорционных импульсов). Сумма вида

1п,,означает, что с выходов входно-. ,„м; го коммутатора 18 на блок 19 электронных ключей поступают три одинаковые последовательности импульсов где каждая из них квантуется с помощью одного из трек генераторов квантующих импульсов.

Если заранее неизвестна приближенная величина измеряемой разности фаз л 1 или известно, что она находится в

Т;

3 блока 20 подсчитывается число квантующих импульсов в соответствующих последовательностях основных информационных импульсов. Информация с блока 20 счетчиков по сигналу управления от микропроцессорной системы

4 записывается в десять регистров блока 25 памяти, с выходов которого информация поступает в микропроцессорную систему 4, где и обрабатывается по заданному алгоритму.

Рассмотрим наиболее близкие к оптимальным алгоритмы работы измерителя разности фаз (фиг.1), в состав которого входит блок формирования информациочных импульсов и блок времякодовых преобразователей (фиг.2 и

3), для четырех различных условий: на входе устройства присутствует высокочастотная помеха, создающая ложные переходы через нуль; во входных формирователях имеется смещение нулевых линий,одновременноевоздействие первого и второго факторовна режимиз- мерения,высокочастотная помехаи смещение нулевыхлиний отсутствуют.

При воздействии на входные сигналы высокочастотной помехи, если заранее известно, что измеряемая разность фаз а Ф находится не в районе 0 или 180, то для ее нахождения целесообразно использовать алгоритм, производящий вычисления по формуле

5 — X. т,.

1=1

-1, если -180 (аФ 6 0

+1, если 0 (Ьф 4 +180

1=1

В этом случае управляющий сигнал от микропроцессорной системы 4 поступает на электронные переключатели 10 и 11, подключая.тем самым блок 7 IIo давления широкополосных шумов с коррекцией.

При смещении нулевых линий во входных формирователях блок 7 подавления широкополосных шумов с коррекцией отключен. В этом случае для нахождения измеряемой разности фаз йф целесообразно использовать алгоритм, производящий вычисления по формуле

2 т, В случае смешения нулевых линий во входных формирователях и воздействия, на входные сигналы высокочастотной помехи целесообразно применять следующую формулу: аф=(21 i т„-т -1 ), tel подключив при этом блок 7 подавления широкополосных шумов с коррекцией.

При отсутствии высокочастотной помехи во входном сигнале и смещения нулевьгх линий во входных формирователях вычисление измеряемой разности фаэ .d4 следует производить по формуле з-Е „»

Предлагаемый измеритель разности фаз имеет возможность в автоматическом режиме производить выбор алгоритма измерения, наиболее близкого к оптимальному при различных условиях измерения, а затем производить вычиспение по выбранному алгоритму.

Пример. В течение опредепенного промежутка времени, равного целому числу периодов сигнапа Up npo2 (21 221! г яв = Гл- Ts () 15

2г

7 1177 изводится предварительный замер, в результате которого в коды преобразуются число вспомогательных информационных импульсов последовательнос1 1, 1 Z 2 12 2 (Ha a>eM TH Ko 5 квантующих импульсов, соответствующее длительностям каждого из основных информационных импульсов 7 и 7 (назовем эти коды также Т и Т ) ..

В микропроцессорной системе 4 вычисляются .величины и .производится ряд сравнений, по которым выбирается наиболее оптимальный алгоритм измерения в данных условиях.

Если N> 40 или N2 Ф О и Тда (1, следовательно, на входные сигналы воздействует высокочастотная помеха, но нет смещений нулевых линий во входных формирователях. Исходя из этого выбирается алгоритм измерения, который в конечном итоге производит вычисления по формуле (1).

763 8

Еспи 11„ =й2=0.,и Т аЮ, 1, следовательно, отсутствует воздействие высокочастотной помехи, но существует смещение нулевых линий во входных формирователях. В этом случае дальнейшая работа измерителя разности фаз осуществляется по "алгоритму,производящему вычисления по формуле (2) °

Если И„ ФО или N2 0 и Т ц p 1, следовательно, на входные сигналы воздействует высокочастотная помеха и имеется смещение нулевых линий во входных формирователях и в этом случае измеритель разности фаз работает

1 по алгоритму, производящему вычисления по формуле (3).

Если N И2=0 и Т 41, то смещение нулевых линий во входных формирователях и воздействие высокочастотной помехи отсутствуют и вычисле- . ния разности фаз производятся по формуле (4), В процессе проведения измерений в автоматическом режиме устройство имеет возможность параллельно с вычислением разности фаз непрерывно контролировать правильность выбора алгоритма измерения и. цри необходимости менять его.

1177763

Тил tg Т 5 р г1 6 т nz

plug S

Составитель В.Шубин

Редактор И.Николайчук Техред И.Асталош Корректор М. Самборская

Заказ 5550/46 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К-35, Раушская наб., д.4/5 с

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4