Устройство для измерения сдвига фаз
Изобретение относится к технике цифровой фазометрии, предназначено преимущественно для измерения фазового сдвига электрических колебаний за один период. Цель изобретения - повышение точности измере иия сдвига фаэ - достигается за счет введения в уст ройство идентичных элементов задержки 17 и 18 и элемента ИЛИ 16, что эквивалентно снижает погрешность квантования . Кроме того, устройство со-. держит формирователи 1 и 2, триггер 3, элементы И 4, 8, 11 и 14, элемент ШШ-НЕ 5, счетчики 6 и 13, делитель частоты 7, одновибраторы 9 и 12, инвертор 10 и опорный генератор 15. Изобретение может быть использовано в автоматизированных информационно-измерительных системах. 2 шт. i СЛ
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51)4 G 01 R 25/08
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ к двторскому свидетельствм
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4114695/24-21 (22) 20.06.86 (46) 15.06.88. Бюл. 1Ф 22 (71) Харьковский институт радиоэлектроники им. акад. M. К.. Янгеля (72) А. В. Голенко и А. И, Хянникяйнен (53) 621.317.73(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
Ф 1045155, кл, G 01 R 25/00, 1982.
Авторское свидетельство СССР
М 1257563, кл. G 01 R 25/08, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА
ФАЗ (57) Изобретение относится к технике цифровой фазометрии, предназначено
„„Я0„„1402964 А 1 преимущественно для измерения фазового сдвига электрических колебаний за один период. Цель изобретения — повышение точности измерения сдвига фаэ достигается за счет введения в устройство идентичных элементов задержки 17 и 18 и элемента ИЛИ 16, что эквивалентно снижает погрешность квантования. Кроме того, устройство со-. держит формирователи 1 и 2,.триггер
3, элементы И 4, 8, 11 и 14, элемент И11И-HE 5, счетчики 6 и 13, делитель частоты 7, одновибраторы 9 и
12, инвертор 10 и опорный генератор
15. Изобретение может быть использовано в автоматизированных информационно-измерительных системах. 2 ил.
1402964
Изобретение относится к технике цифровой фазометрии и предназначено для использования в автоматизированных информационно-измерительных си5 стемах для измерения фазового сдвига электрических колебаний низкой частоты за один период.
Цель изобретения — повышение точности измерения сдвиrа фаз. !О
На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — эпюры напряжений ° устройство для измерения сдвига аз содержит Формирователи 1 и ?, !5 ходы которых соединены с входными клеммами устройства, триггер 3, прямой выход которого соединен с первым
Входом элемента И 4, инверсный — с йервыми входами элемента ИЛИ-HE 5 и 20 клеммой синхровыхода устройства, Й-вход соединен с клеммой синхроЭхода устройства, R-вход совместно с одноименным входом счетчика б, поразрядно соединенного выходами с 25
Входами управляемого делителя 7 чаСтоты, соединен с выходом элемента
И 8, первый вход которого соединен выходом одновибратора 9, объединенНого входами с инвертором 10. Выход 30
Последнего соединен с первым входом Элемента И ll, соединенного выходом через одновибратор 12 с входом разреШения параллельной записи счетчика !
3, выходы которого соединены с выходными клеммами устройства, а вход-С выходом управляемого делителя ?
Частоты, соединенного входом с выходом элемента И 14, первый вход которого соединен с выходом опорного генератора 15 и третьим входом элемента И 4. Вторые входы элементов И 8, !
1, 14 соединены с выходом элемента
ИЛИ-НЕ 5, второй вход которого соединен с вторым входом элемента И 4. Вы- 45 ход элемента ИЛИ 16 соединен с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ 5, а входы— с входом и выходом соответственно элемента 17 задержки, вход которого соединен с выходом формирователя 1.
Вход элемента 18 задержки соединен с
:выходом формирователя 2, а выход— с входом инвертора 10. При этом делитель 19 частоты соединен выходом с входом, R-выходом — с одноименным
:входом счетчика 6, а входом — с выходом элемента И 4, С-вход В-триггера 3 соединен с выходом элемента 17 задерж ки.
Измерение сдвига фаз осуществляется следующим образом.
При поступлении на вход синхронизации устройства разрешающего уровня по первому же переходу через нуль опорного сигнала (снизу вверх), преобразованного формирователем 1 в однополярные импульсы длительностью в полпериода колебания, триггер 3 устанавливается в "1" по динамическому входу, формируя на входе элемента
И 4 уровень "1", который в совокупности с присутствующим на другом его входе уровнем "1" с элемента ИЛИ !6 разрешает прохождение импульсов опорного генератора 15 на делитель 19 частоты и далее на вход счетчика 6, устанавливая его в состоянии No
Первый же импульс, поступающий на вход счетчика 6, вызывает обнуление счетчика 13. По окончании полупериода опорного сигнала на выходе формирователя 1 оказывается уровень логического 0, и через время задержки элемента 17 такой же уровень появляется на выходе элемента ИЛИ 16, запрещая по первому входу элемента И 4 прохождение импульсов на делитель 19 частоты и счетчик 6.
Сигналы нулевого уровня с инверсного входа триггера 3 и выхода элемента ИЛИ 16 устанавливают на выходе элемента ИЛИ-НЕ 5 уровень логической
"1", который, поступая на вход элемента И 14, разрешает прохождение импульсов с опорного генератора 15 квантую1 щих импульсов на управляемый делитель
7 частоты. Очевидно, что при равной частоте квантования временных интервалов, пропорциональных соответственно полупериоду и сдвигу фаз сигналов, число квантующих импульсов составило бы Nо L квантования последнего из указанных интервалов выше в 180 раз (при измерениях в градусах) или в Г>раз (при измерениях в радианах), то за интервал, пропорциональный сдвигу фаз, будет подсчитано 180 М,! или ft N соL ответственно импульсов. При переходе через нуль в любом направлении измеряемого сигнала также с задержкой элементом 18 одновибратор 9 формирует короткий импульс, который, пройдя через элемент И 8, (так как на другом его входе присутствует логическая "1"), переводит в нулевое состояние триггер 3, обну1 4 029 6- l 80 И и 0,5 Т 20 где N< — число квантующих импульсов, которое было бы подсчитано за временной интервал, пропорциональ ный сдвигу фаз при равенстве квантующих частот;. N — число квантующих импуль- 0,5 Т сов за временной интервал, пропорциональный полупериоду. Если измерение осуществляется в радианах, то, очевидно, 25 JJÄ и lf = No,5 v 35 то есть отсчет результата получают в радианах. Если сдвиг фаз превышает 180О или Г, то в момент начала счета импульсов, квантующих временной интервал, пропорциональный сдвигу фаз, в счетчик 13 параллельно записывают код числа 180 для измерения в градусах с или числа и для измерения в радианах. Запись осуществляют цодачей короткого импульса на вход разрешения параллельной записи указанного счетчика 13, формируемого одновибратором 12 при появлении на выходе элемента И ll уровня логической "1", определяемого уровнями логической "1" на его входах соответственно с выхода инвертора 10 и элемента ИЛИ-НЕ 5. Указанные коды формируют соответствующим подключением входов параллельной записи счетчика 13 (не показано) ° ляет счетчик 6 и делитель 19 частоты, подготавливая их к следующему циклу измерения. Причем указанный импульс, если он формируется в первый полуле5 риод опорного сигнала, не проходит через элемент И 8, так как на другом его входе в это время присутствует логический "0" с выхода элемента ИЛИНЕ 5, определяемый уровнем логической "1", поступающим с формирователя 1 через элемент ИЛИ 16. Если измерение осуществляют в градусах, то с учетом коэффициента деления делителя 19 частоты, равного 15 180, в счетчике 13 получают число, численно равное сдвигу фаз в градусах. В устройстве — прототипе импульсы, квантующие временной интервал, пропорциональный полупериоду колебаний, не синхронизированы с моментами начала и окончания этого интервала (фиг. 2а,б в), и вследствие случайного характера взаиморасположения этих моментов с первым и последним квантующими импульсами максимальная погрешность квантования может достигать +1 отсчет (фиг. 2 в). В предлагаемом устройстве за счет включения делителя 19 частоты после первого элемента И 4, в свою очередь соединенного с опорным генератором .15, погрешность синхронизации начала отсчета квантующих импульсов составляет 1/180 длительности одного отсчета, то есть практически совпадает с моментом начала квантуемого временного интервала. За счет этого максимальная погрешность квантования составляет 1 отсчет, а поле погрешности расположено в интервале (-1 ° О) отсчетов (фиг. 2 г,д). При этом,начало отсчета импульсов, квантующих временной интервал, пропорциональный полупериоду, практически (с погрешностью 1/180 отсчета частоты F которой в сравнении с общей погрешностью 1/2 отсчета можно пренебречь) совпадает с моментом начала этого интервала. Момент окончания этого интервала посредством элемента 1? задержки задерживается на 7, что увеличивает длительность интервала на ". (фиг. 2 е, ж). Зто эквивалентно смещению поля на погрешности (-l, 0) отсчетов также на, равное 1/2 отсчета 1/F, то есть преобразованию.его в (-0,5, +0,5) отсчета (фиг. 2 з,п). Таким образом, погрешность квантования указанного временногс интервала, определяющая в основном общую погрешность измерения.(составляющая погрешность измерения, определяемая в 180 раз меньшей погрешностью квантования временного интервала, пропорционального фазовому сдвигу, значительно меньше), удается уменьшить в 2 раза. Ilo указанным причинам почти на такую же величину повышается точность измерения фазового сдвига. Поскольку задержка временного интервала, пропорционального полупериоду, на и изменила бы результат измерения, то во избежании этого элемент 1ч02964 l8 задержки осуществляет задержку на такую же величину временного интервала, пропорционального фазовому сдвигу. Если использовать в качестве элементов 17 и !8 задержки кольцевые счетчики на D-триггерах (по 90 триггеров в каждом), то при подаче на их объединенные синхровходы частоты 180 F с опорного генератора 15 выход последнего триггера (являющийся выходом элемента) будет принимать состояние входа первого триггера (являющегося входом элемента) ровно через 90 импульсов частоты 180 F гене;ратора 15, что (с учетом коэффициента ) деления делителя 1 9 часто ты) со ст ав Ляет половину длительности одного отсчета частоты F квантования времен-20 ного интервала, пропорционального полупериоду, то есть задержка составляет Г . При этом важно, что погрешность несовпадения истинного момента начала того и другого временного ин- 25 тервала с одним из импульсов частоты 180 F генератора 15 не суммируется с другими погрешностями измерения, рассматриваемыми выше, поскольку все процессы в устройстве синхронизирова- З0 Ны именно этими импульсами. То есть Погрешность квантования частоты (180 F„ a не F — значит, погрешность В 180 раз меньше), о которой упоминалось выше в связи с синхронизацией Начала отсчета квантующих импульсов частоты и квантованием временного интервала, пропорционального фазовому сдвигу, будет иметь место только здесь, зато в других элементах устройства, синхронизированных частотой 180 F, эта погрешность исключается как раз за счет синхронизации. Положительный эффект от использоВания предлагаемого устройства заклю45 чается в значительном повышении точности измерения за счет эквивалентного снижения погрешности квантования, Формул а и з о б р е т е н и я Устройство для измерения сдвига фаз, содержащее два формирователя, входы которых соединены с клеммами входных сигналов устройства, первый счетчик, счетный вход которого соединен с R-входом второго счетчика, D-триггер, прямой выход которого соединен с первым входом первого элемента И, а инверсный — с первым входом элемента ИЛИ-HE и с клеммой синхровыхода устройства, D-вход соединен с клеммой синхровхода устройства, а R-вход D-триггера совместно с одноименным входом первого счетчика, поразрядно соединенного выходами с входами управляемого делителя частоты, соединен с выходом второго элемента И, первый вход которого соединен с выходом первого одновибратора, объединенного входами с инвертором, выход последнего соединен с первым входом третьего элемента И, соединенного выходом через второй одновибратор с входом разрешения параллельной записи второго счетчика, выходы которого соединены с выходными клеммами устройства, а вход соединен с выходом управляемого делителя частоты, соединенного входом с выходом четвертого элемента И, первый вход которого соединен с выходом опорного генератора, а вторые входы второго, третьего и четвертого элементов И соединены с выходом элемента ИЛИ-НЕ и делитель частоты, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены два идентичных элемента задержки и элемент ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ, а входы — соответственно с входом и выходом первого элемента задержки, вход которого соединен с выходом первого формирователя, вход второго элемента задержки соединен с выходом второго формирователя, а выход — с входом инвертора, при этом выход первого элемента задержки соединен с С-входом D-триггера, делитель частоты .соединен выходом с входом, R-выходом — с R-входом первого счетчика, а входом— с выходом первого элемента И, третий вход которого соединен с выходом опорного генератора, а второй вход элемента ИЛИ-НЕ соединен с выходом элемента ИЛИ. 2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что элементы задержки выполнены в виде кольцевых счетчиков, объединенные синхровходы которых соединены с выходом опорного генератора. 1402964 ФУОСасят "опт Заказ 2853/35 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Составитель M. Катанова Редактор А. Маковская Техред Л.СердюковаКорректор N. Демчик Тираж 772 Подписное В11ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 /РД ЖЮ д
