Устройство для измерения разности фаз

 

союз советсник соаи/,листичесних респ у е д".! у-! (51)5 С

СПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Г(Ю /ДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ по изоере енияч и Открытия! и! и .н1нт осс

И ABTOPClr(ОМУ .,ЗИДЕТЕПЬСТВУ (21; 440?! l! /21 (? 2 ) 1 l, 4 i . 1S ",46) С?.02.91, :ил. !Ф 5

,?2) A.,".Анепир и А.Г„Филю "а (53) 62I 317. 7? (088. 8) ("6) Авторское свидетельство .":С Р

Р 596F 31, кл. 0 ul Р 25/ОЛ, 1976.

ABTîрскОе свидетельство СССР

Ф 989498, к- . С 01 Я ::5/08, 1977; (5 ) УСТРС, !СТЯ0 П1!Я Из .й. РЕ111Я РА3-! :ос"1! ф. 3 (.; ?) !!. обр,"тонне о .н сится к электрон III -рителт ной технике, и< жеr быть

HcIп:ль овано 3 фаз(измерительных тРОйСтВаХ IIC .ÃÜÏÏÅHÍÎÉ тОЧНОСтИ.

„„SU „, 162618 Р. 1

2 !

Целью изобретения является повьппе-! н-.е точности измерения при изменении уровня входного сигнала. Устройсri,n с держит каналы 1 и 2,содержаг с аналоговый фазовращатель З,усипи.ели 4 и 5, формирователь б сигнала коррекции, блок 7 коррекции, блок

8 синхронизации, триггеры IO и 9,18, 22, элементы И 11,13,16,17,19 реверсивны счетчики 12 и 14, делитель 15 частоты, инверторы 20,21, а также генератор 24,блок 23 измерения и блок

25 индикации. Цель дост гается путем компенсации смещения нулевого уровня в каждом из каналов фор:мрования сигналов. 2. ил.

1626!85

Изобретение относится к элек гроиз мерительной технике и может быть использовано при разработке и создании точных фазоизмерительных уст5 ройств.

Целью изобретения является повышение точности измерения при изменении уровня входного сигнала.

На фиг.l представлена блок-схема )ð предлагаемого устройства, на фиг.2 эпюры напряжений, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит каналы l и 2 формирования сигналов, аналоговый фа- !5 зовращатель 3 на 180, усилители 4 и 5, формирователь 6 сигнала коррекции, блок 7 коррекции, блок 8 си гхронизации, триггеры 9 и 10, элемент .

И 11, реверсивный счетчик 12, эле- 20 мент И 13, реверсивный счетчик 14, делитепь 15 частоты, элементы И 16 и

17, триггер 18, элемент И 19, инверторы 20 и 21, триггер 22, блок 23 измерения, генератор 24 счетных им- 25 пульсов и блок 25 индикации.

Входы каналов 1 и 2 являются входами устройства. Вход канала подключен через аналоговый фазовращатель 3 к входу усилителя 4 и непосредственна к входу усилителя 5. Своим выходом усилитель 5 соединен с одним из в;:адов формирователя 6 сигнала коррекции. Вторым входом формирователь 6 сигнала коррекции соединен с выходом усилителя 4, а выходом — с входом блока 7 коррекции, с одним из входов блока 8 синхронизации и с информаци.онным входом триггера 9. Своим выходом триггер 9 подключен к счетному 40 входу триггера 10, через элемент

И 11 — к одному из входов реверсивного счетчика 12 а через элемент

И 13 — к аналогичному входу реверсивного счетчика 14. Синхронным входом 45 триггер,9 соединен с одним из выходов блока 8 синхронизации и через делитель 15 частоты — с вторыми входами элементов И 11 и 13. Кроме этого, синхронным входом триггер 9 соединен через элемент И 16 с вторым входом реверсивного счетчика 12 и непосредственно с одним из входов элемента

И 17. Вторым входам элемент И 17 соединен с выходом триггера 18, а . выходом — с одним из входов элемен55 та И 19. Выходом элемент И 19 подключен к в горому входу реверсивного счетчика 14, вторым входом — через инвертор 20 к его выходу, а третьим входом — к входу триггера 18, к третьему входу элемента И 11 и прямому выходу триггера 10. Последний инверсным выходом соединен соответственно с входами элементов И 13 и !6, Третьим входом элемент И 16 через инвертар 21 соединен с выходом реверсивного счетчика 12, подключенного выходом к одному из выходов канала

1 и 2 и к одному из входов триггера 22. Выходом триггер 22 связан с вторым выходом каналов и 2, а вторым входом — с выходам реверсивного счетчика 14 и третьим выходом каналов. 1 и 2. Первым, вторым или третьим выходами каналы 1 и 2 подключены к информативным входам блока 23 измерения. Последний соединен также с выходом генератора 24 и вторым входом блока 8 синхронизации каналов 1 и 2, а выход блока 23 соединен с входом блока 25 индикации.

Устройство работает следующим образомм.

Входной синусоидальный сигнал

Цмнн (фиг. 2б) с большим ослаблением по сравнению с номинальным сигналом

UMax0 (фиг. 2а) поступает на вход канала 1 устройства. Каналы 1 и 2 идентичны. Далее прямой сигнал Ц я и сигнал Б „,, н, сдвинутый с помощью ан алогового фазовращателя 3 (фиг.2б), обозначенные сплошной и пунктирной линиями соответственно, поступают на входы идентичных усилителей 5 и 4 соответственно. При пересечении сигналами БМ Н и U М порогового уровня на выходах усилителей 5 и 4 формируются две последовательности прямоугольных импульсов (фиг.2г и д соответственно). При этом большое ослабление Uмаксдо уровня ЦМИИ выэы вает неизбежную асимметрию ограничения, т ° е, смещение по оси времени моментов перехода через нуль сигналов ЦМИН и UMИН на величину Q Ec ли предположить, что максимальное

UMaxe и минимальное 1, м!,„()- Mw<) значения входного сигнала отличаются на величину, т. е °

1 Maxet + ) мнн (Uuaxe t,i+ 2А

"мии + 2Ь!

626185 где С, и

n n и что 1,,=ь и и.

Т вЂ” период го сигнала U получим

55 длительности положи тельной и отрицательной полярностей прямоугольных импульсов, сформированных из сигнала (фиг.2а,в), = Т/2,g, +С = Т, где ходного синусоидальнодд ° н UKQKp TO H3 (1) Д р. — — л. о 45

Таким образом, различие порогов ограничения всего лишь на 1 7. приводит к дополнительной погрешности,равной С,5О, за счет смещения передних и задних фронтов сформированной по"ледовательчости (фиг.?г) с переходами через нуль входного сигнала в положительном и отрицательном направлениях на величину

Таким образом, при поступлении на вход устройства ослабленного сигнала U+< на выходах усилителей 5 и

4 формируются две последовательности прямоугольных импульсов (фиг.2г и д. соответственно). При этом длительности прямоугольных импульсов положительной и отрицательной полярностей обеих последовательностей равны

= i, + 2Д и0 = О + 2 Д соответственно. Иэ приведенных соотношений

Л Л п следует, что n< = i< — 2Д n< = с +

+ 2Д. Следовательно, для исключения погрешности, вносимой асимметрией ограничения, необходимо, чтобы 8,,полученного соотношения видно, что для исключення погрешности асимметрии ограничения входного сигнала необходимо полученную последовательность прямоугольных импульсов (фиг.2г), из которой далее формируются остроконечные импульсы, скорректировать путем увеличения длительности полоh жительного интервала t, на 2 Д и

1 уменьшения длительности отрицательЛ ного интервала также на 2 Д с .

С последующим формированием остроконечных импульсов в моменты перехода через нуль входного сигнала.

Определение погрешности 2Д,т.е. определение сигнала коррекции,коррекция моментов привязки формируемьгл остроконечных импульсов к нульпереходам входного сигнала и измерение равности фаэ в предлагаемом устройстве осуществляются следующим образом. Полученriblc ранее д,е п слсдовательности прямоугольных ими,па- сов (фиг.2 r.ä) поступают на:-.хс", формирователя 6, где пресбра.. уются в одну последовательност прямоугольных импульсов, ран::ых по дительности 2Д (фиг.2е) . Далсе эти импульсы поступают на вход блока 7 коррекции, осуществляющего коррекцию моментов привязки формируемых о"троконечных импульсов к нуль-переходам входного сигнала и само формирование укаэанных импульсов. Работа блока 7 коррекции основала на раздельном из..1ерении импульсов сигнала (фиг,2е) коррекции (в зависимости от положения триггера 10) последовательно через элемент И 11 первым реверсивным счетчиком 12 и через элемент H 13 вторым реверсивным счетчиком 14 в режиме суммирования и последующим Жормировании импульсов привязки, Реверсом счетчиков 12 и 14 управляет триггер 10 (фиг.2ж,к). Работа блок,>

7 коррекции начинается с подачи команды нПуск в блок 8 синхр"низации и появления первого импульса сигнала коррекции. При этом импульсы высокой частоты начинают поступать с генератора 24 на синхронный вход триггера 9 и открывают его по информативному входу, Импульс привязки (Фиг.2з), соот5

30 ! ветствующии моменту перехода через нуль в положительном направлении, формируется сче гчиком 12, При наличии высокого потенциала на прямом выходе триггера 10 (фиг.2ж) и в течение времени действия первого импульса сигнала коррекции (Фиг.2е), снимаемого с прямого выхода триггера 9, счетчик 12 работает в режиме суммирования импульсов частоты 0,5f,ïîñтупающих череэ элемент И 11 на его тактовый вход, При отсутствии высокого потенциала на прямом выходе триггера 10 (фиг.2ж) происходи.- считывание (вычитание) накопленного эа время действия первого импульса сигнала коррекции числа частотой f, ИоментI привязки фиксируется по появлению единичного потенциала на старшем избыточном разряде счетчика 12.

Импульс привязки (фиг.2м),соответствующий моменту перехода входного сигнала через нуль в отрицательном направлении, формируется реверсивным счетчиком 1-4, При наличии высокого

1626185 потенциала на инверсном выходе триггера 10 (фиг.2к) и в течение времени действия второго импульса сигнала коррекции счетчик 14 работает в ре5 жиме суммирования, при отсутствии укаэанного потенциала и прихода третьего импульса сигнала коррекции— в режиме вычитания. После появления импульсов привязки (фиг.2и,м) процесс считывания прекращается. Это обеспечивается путем подачи проинвертированных с помощью инверторов 21 и

20 импульсов привязки на вход элементов И 16 и 19 соответственно.Триг- 15 геры 9 и 10 обеспечивают прохождение импульсов высокой частоты f u импульсов частоты 0,5 f с выхода делителя 15 частоты на входы счетчиков 12 и 14 и требуемую синхронизацию между их появлением и сменой режимов работы счетчиков 12 и 14. Под действием импульсов привязки (Фиг.2 и,м) триггер 22 формирует выходной сигнал (фиг,2н), не зависящей, как }5 и остроконечные импульсы, ни от наличия во входном сигнале постоянной составляющей, ни от изменения уровня его амплитуды.

Формируемые остроконечные импульсы (фиг.2и,м), соответствующие точно моментам переход через нуль входного сигнала U в положительном и отрицательном направлениях, а также формируемый. под их действием указанный сигнал (фиг.2н) выведены на выход фазометра, т.е. блока 7 коррекции, с целью использования их в любой комбинации при формировании фазовых интервалов, т.е. при исполь- 40 зовании самых различных блоков 23 измерения.

Установлено, что на частоте—

10 кГц при перепаде уровней входного сигнала 60 дБ точность измерения во всем амплитудном диапазоне составляет 0,02 — 0,05 о

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет практически полностью исключить влияние изменения

50 входного сигнала на результаты измереиия, что почти на два порядка повьппает точность измерения.

Формул а изобретения

Устройство для измерения разности фаз, содержащее два канала формирования сигналов, вхппы которых являются входами устройства, генератор счетных импульсов, выход которого через блок измерения соединен с входом блока индикации, при этом второй и третий входы блока измерения соединены с выходами каналов формирования сигналов, вторые входы которых соединены с выходом генератора счетных импульсов, а каждый из каналов формирования сигнала содержит первые последовательно соединенные элемент И и счетчик, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности при изменении уровня входного сигнала, в каждый из каналов формирования сигнала введены два усилителя, фазовращатель, формирователь сигнала коррекции, блок синхронизации, четыре триггера, делитель частоты, четыре элемента И, два инвертора и счетчик,при этом первый вход устройства через первый усилитель соединен с первым входом формирователя сигнала коррекции, а через последовательно соединенные фазовращатель и второй усилитель — с вторым входом формирователя сигнала коррекции, выход которого соединен с первым входом блока синхронизации и D-входом первого триггера, С-вход которого соединен с выходом делителя частоты, первыми входами второго и третьего элементов И и выходом блока синхронизации, второй вход которого соединен с вторым входом канала формирования сигнала, выход первого триггера соединен со счетным входом второго триггера и первыми входами первого и четвертого элементов И, выходы которых соединены соответственно с суммирующими входами первого и второго счетчиков, вычитающие входы которых через соответствующие последовательно соединенные второй элемент ff и первый инвертор, пятый элемент И и второй инвертор соединены соответственно с выходами первого и второго счетчиков и с Rи S-входами четвертого триггера, при этом вторые входы первого и четвертого элементов И соединены с выходом делителя частоты, прямой выход второго триггера соединен с третьим входом первого элемента И,вторым входом пятого элемента И, входом третьего триггера, выход которого через третий элемент И соединен с третьим. входом пятого элемента И, а инверсный выход второго триrгера сое9

1626185

Составитель М.Катанова

Техред М.Дидык

Корректор Т.Малец

Редактор И.Горная

Заказ 276 Тираж 408 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óærîðîä, ул. Гагарина,101 динен с третьими входами второго и четвертого элемейтов И, при этом выход второго счетчика соединен с выходом канала формирования сигнал i.