Способ преобразования угла сдвига фаз в двоичный код

 

СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ УГЛА СДВИГА ФАЗ В ДВОИЧНЫЙ КОД, заключаюпщйся в выделении двух временных интервалов, один из которых равен половине периода исследуемых сигналов , а другой пропорционален фазовому сдвигу, интегрировании этапонного напряжения в течение времени, равного половине периода исследуемых сигналов, и последующем интегрировании этапонного напряжения в течение времени, пропордионального фазовому сдвигу, отличающийся тем, что, с .целью расширения частотного диапазона за счет уменьшения времени преобразования угла сдвига фаз электрических сигналов в двоичный код, напряжение, полученное от второго интегрирования, компенсируют до нуля путем .интегрирования напряжения, полученного от первого интегрирования, в течение фиксированных временных интервалов, длительности которых относятся между собой как веса двоичных разрядов в порядке убьшания, причем в каждом .такте полярность компенсирующего i напряжения противоположна полярности результата интегрирования до начала (Л данного такта, выходной сигнал формируют , начиная со старших разрядов, после окончания каждого такта анализируют знак результата интегрирования и формируют очередной разряд выходного сигнала по правилу: 1, если знак результата интегрирования +, или О, если знак -, а в (О ел ю случае нулевого результата интегрирования очередной разряд принимают равным 1, все оставшиеся младшие sl разряды принимают равным О и пре образование заканчивают.

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУЯАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ (21) 3727879/24-21 (22) 18.04.84 (46) 30.11.85. Бюл. ¹ 44 (71) Куйбышевский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им.В.В.Куйбышева (72) Ф.М.Медников, М.Л.Нечаевский, И.Д.Лапидус и А.ВаМалинин (53) 621.317.77(088.8) (56) Цифровые методы измерения сдвига фаз. Новосибирск: Наука, 1979.

Авторское свидетельство СССР

¹ 725039, кл. G 01 R 25/00, 1979 ° (54)(57) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ УГЛА

СДВИГА ФАЗ В ДВОИЧНЫЙ КОД, заключающийся в выделении двух временных интервалов, один из которых равен половине периода исследуемых сигналов, а другой пропорционален фазовому сдвигу, интегрировании эталонного напряжения в течение времени, равного половине периода исследуемых сигналов, и последующем интегрировании эталонного напряжения в течение времени, пропорционального фазовому сдвигу, отличающийся..Я0„„1195277 А (594 G 01 R 25/00 тем, что, с целью расширения частотного диапазона за счет уменьшения времени преобразования угла сдвига фаз электрических сигналов в двоичный код, напряжение, полученное от второго интегрирования, компенсируют до нуля путем .интегрирования напряжения, полученного от первого интегрирования, в течение фиксированных временных интервалов, длительности которых относятся между собой как веса двоичных разрядов в порядке убывания, причем в каждом такте полярность компенсирующего напряжения противоположна полярности результата интегрирования до начала данного такта, выходной выгнан фор- Q) мируют, начиная со старших разрядов, после окончания каждого такта анализируют знак результата интегрирования и формируют очередной разряд выходного сигнала по правилу: "1" ° если знак результата интегрирования М йй4

"+", или "0", если знак "-", а в Я, случае нулевого результата интегри- ЯД рования очередной разряд принимают равным "1", все оставшиеся младшие разряды принимают равным "О" и преобразование заканчивают.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при измерений угла . сдвига фаз между электрическими сигналами в многоканальных системах сбора и кодирования информации.

Цель изобретения — расширение частотного диапазона за счет умень.— шения времени преобразования угла сдвига фаз электрических сигналов в двоичный код.

Предлагаемый способ преобразования угла сдвига фаз в код позволяет по сравнению с известными расширить частотный диапазон исследуемых сигналов в несколько раз и уменьшить в 1,5 раза время преобразования на фиксированной частоте.

В данном способе время сравнения результата интегрирования с нулевым уровнем не накладывает ограничений на величину старшего временного интервала, который может быть предельно уменьшен.

Применение устройств, реализующих предлагаемый способ, в многоканальных системах для автоматизации экспериментальных исследований дает значительный экономический эффект за счет сокращения сроков проведения опыта и уменьшения количества необходимых преобразователей.

На чертеже представлены временные диаграммы,-поясняющие предлагаемый способ.

Преобразование осуществляется следующим образом.

Выделяют BpBMBHF ые интервалы

Т/2 и Т, соответствующие половине периода и сдвигу фаз входных сигналов.

Интегрируют эталонное напряжение U в течение времени Г>, в результате чего формируется напряжение („> (1)

r

Ф

Параллельно во времени интегрируют напряжение К„1) (К„ — фиксированный коэффициент) в течение времени Т/2, в результате чего формируется напряжение

1 Т (2) т/z рс 1 з z

Далее, принимая напряжение 0„ в качестве начального условия интегрирования, интегрируют напряжение

95277 2 в течение фиксированного в Г= т!к менного интервала Ф „„который выби7

I рают равным таким, чтобы напряжение "

О -(> изменилось на величину, равную половине диапазона изменения

U . После окончания интервала 4 опи ределяют знак результата интегрирования:

Ь»" тй и >

10 где Ъ|>- з> р1 ф>) " » ««(1q> > ц — значение результата интегрирования перед началом интервала 1„» и в зависимости от это15 го знака формируют старший разряд выходного кода по правилу: "1", если знак результата интегрирования "+", или "0", если знак а в случае нулевого результата интегрирования старший разряд принимают равным "1", все младшие разряды принимают равными,"0" и преобразование заканчивают, причем результат интегрирования считается нулевым если (О.i<

0Т

У

1 2

В следующем такте, который задержан относительно конца йредь>дущего на время (T« ) задержки, необходимое для анализа знака результата интегрирования и формирования очередного разряда выходного кода, интегрируют напряжение

»- > Т> 2 > !

З5 где Ь„1=-З1 » (U } = +1,0,-1 ), в течение времени 1 „ „ которое выб бирают вдвое меньшим, чем 1„. После окончания интервала 6 „ „ определяют знак результата интегрирования:

40 Ь„Отр, и в зависимости от этого формируют очередной (n -1)-. и разряд выходного кода по тому же правилу и т.д.

Процесс преобразования в общем случае продолжается и тактов (>1— число разрядов выходного кода),- причем в каждом такте, соответствующем

1-му разряду, интегрируют напряжение >> 0 1 " 1, 0

50 Р» п-1 >Ф

Ъ гДе Ь; =- У >1 ф „.+ ), в течение времейй Ф; = 2 41> где

E. — длительность такта, соответствующего младшему разряду кода.

55 В конце кажпого такта анализируют знак результата интегрирования и формируют очередной разряд выходного кода (о(„) по правилу:

1195277

U iz а; = .1, если . 0; 7i

7/2

Р;= О, если Ц; <Знак после

Правило а.

1 окончания

+1 ни

О или -1

Р +1 "+" или

3 +1 или

50

О

4 0

Рассмотрим вначале самый простой случай, когда результат интегриро- вания остается положительным на

=...=1= 0, если (Ui ) С

V i2

B общем случае в конце описанного процесса результат интегрирова- 10 ния равен нулю, т.е. имеет место равенство .

0 U+ . Еь0 a o

5 =1

Подставив в (3) выражения (1) и

15 (Z), получим т ос "э""е рс "9 г с

1 С3 2 отсюда 20 — ЯС2.RC ЫЧ RC2кСз.2 Ч

RC1Ê, Т RC 1

=- кьЕ (5 )

Таким образом, число, изображаемое

25 некоторым троичным кодом (так как

Ъ; = (+1,0,-11I) прямо пропорциональна углу сдвига фаз. Выходной .двоичный код формируют параллельно с троичным кодом по следующим формальным правилам (см. таблицу).

5 протяжении всех фиксированных интервалов времени, 1= и, „ Тогда сог1 ласно описанному алгоритму все Ь;=

= -1, i = n,1. Подставив в (5), получим: и

i-<

i=-1

;=-Ь, (7)

Действительно, если результат интегрирования остается положительным по окончании фиксированного временного интервала 1;, то в соответствии с описанным алгоритмом (правило 2) очередной разряд выходного кода. принимается равным единице. Если это условие выполняется для всех ;, i= n,1, то все й;= 1, i - =ь,1.

Рассмотрим теперь случай, когда результат интегрирования на некотором интервале становится отрицательным. В этом спучае найдется интервал t> (t< > на котором результат интегрирования вновь станет положительным (или равным нулю).

Разобьем сумму 5(5) на три подсуммы, соответствующих интервалам интегрирования 1 -11,«, 1 - 1Е, Š—

- 1 (предполагается, что на интервалах <„ tl,« 4 (-1 61 1,резун тат интегрирования неотрицателен). и

5=5+5»5,=X. ь,.2 .Е4,1 .Е1.K

1=К+А 1=Е 1=1

1 (1l)

Подсуммы 51 и 5> соответствуют случаю, рассмотренному выше (6), (7), когда все ц;=-Ь;: е +1 Sii

l1-1

+ ; 2

М

1Ф1 I

Подсумма S2 имеет вид е

1-1 2 "-- 1 (10)

i=K

По условию результат интегрирования на интервале 11 стал отрицательным, т.е. он убывал. Следовательно, согласно описанному алгоритму

1195277 (1Ц

2 «gf- („2к- !

25

I +1 т 30

Поскольку отсутствуют так же, как и в (7) с). = -Ь т.е (9 т

К

О, 1Р . 1 1

) 1= К,P+1 17)35 (Л) 1 1, 7 ))) Tð.

ЕНИКИ Заказ 7411/зО Тираж 747 Подписное

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

По условию результат интегрирования на интервале, стал неотрицательным, т.е. возрастал. Следовательно

Подставив (1 f ) и (12) в (10) получим с

К-1 К" 2 -1

+1 2 +...91 2 +|.2 = (13) М членов

1с-8-а

Сумма2 +2 + ...+" +

М+ 2 = 2 — 1 как сумма k-L . членов геометрической прогрессии со знаменателем 2. Подставив полученное выражение в (14)9 получим

И-1 / к-е К-Й 1 к-Я

5 =2 4-1.2 +2 -1J =-12, (15)

Сравним (13) и (f S), можно представить

К1 к а р 2= " 2 12 ...+12 +1 2 =0 2 +

К-2 0 р-у

902 +, +02 («2

Действительно, если результат интегрирования становится отрицательным на некотором интервале 1, то очередной разряд выходного кода принимается равным нулю .(правило 1).

Если результат интегрирования отрицателен на протяжении интервалов временй 1),- 1 Е „) то разряды а1,) о1<+„ принимаются равными

К ) ) "1 нулю. На интервале 1 результат интегрирования неотрицателен, и в соответствии с описанным алгоритмом (правило 3 и 4 таблицы) очередной разряд выходного кода о1 принима0 ется равным единице.

Следовательно обц)ая сумма

)1 К+1

5=X 4,) =99 т9 +9 = 9 д рт, 1=1 1-l1

+.Е о). 2 "+ y. 2. " =4éÌ )

1 (18)

)1

С1,2 =КвЧ, . (щ)

3=1

Приведенные выше рассуяфения можно аналогично провести и в случае, когда результат интегрирования несколько раз становится отрицательным в процессе преобразования.

Таким образом, выходной двоичный код пропорционален углу сдвига фаз между исследуемыми сигналами, причем, приняв k = --360, получим отсчет в градусах.