Способ определения сигнала знака разности фаз и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в измерительных приборах и системах, Целью изобретения является расширение области применения. Способ предусматривает формирование временного интервала, соответствующего сдвигу фаз между опорным и первым измеряемым гармоническим сигналами, формирование первого и второго сигналов,связанных величиной и знаком разности фаз с исследуемыми сигналами, из сформированного временного интервала и сформированного дополнительного импульсного сигнала, который совпадает по частоте и фазе с вторым исследуемым сигналом и время действия которого соответствует времени воздействия введенной команды Пуск, сравнение длительностей первого и второго сигналов с опорной длительностью и определение сигнала разности фаз по результату сравнения. Особенностью способа является введение дополнительного импульсного сигнала и его воздействие на время введенной команды Пуск. 2 с.п.ф-лы, 1 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 01 R 25/04

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4729739/21, 4701166/21 (22) 06.06,89 (46) 15.10.91. Бюл. М 38 (71) Научно-производственное объединение

"Меридиан" (72) B.Н.Вавилов, Е,С.Вальшонок и А.С.Сигалов (53) 621.317.373 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1065785, кл. G 01 R 25/04, 1982. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИГНАЛА

ЗНАКА РАЗНОСТИ ФАЗ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в измерительных приборах и системах, Целью изобретения является расширение области применения. Способ предусматривает формирование временного интервала, Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в измерительных приборах и системах.

Цель изобретения — расширение области применения.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства для определения сигнала знака разности фаэ, реализующего способ определения сигнала знака разности фаз.

Устройство для определения сигнала знака разности фаз содержит первый 1, второй 2, третий 3 формирователи импульсов, первый триггер 4, второй триггер 5, третий триггер 6, инвертор 7, элемент И 8, первый элемент 9 задержки, четвертый триггер 10, генератор 11 импульсов, счетчик 12, четвер„„SU „„1684717 А1 соответствующего сдвигу фаз между опорным и первым измеряемым гармоническим сигналами, формирование первого и второго сигналов, связанных величиной и знаком разности фаз с исследуемыми сигналами, из сформированного временного интервала и сформированного дополнительного импульсного сигнала, который совпадает по частоте и фазе с вторым исследуемым сигналом и время действия которого соответствует времени воздействия введенной команды "Пуск", сравнение длительностей первого и второго сигналов с опорной длительностью и определение сигнала разности фаз по результату сравнения.

Особенностью способа является введение дополнительного импульсного сигнала и его воздействие на время введенной команды

"Пуск", 2 с.п.ф-лы, 1 ил. тый формирователь 13 импульсов, второй элемент 14 задержки.

Первая и третья входные клеммы устройства через формирователи 1 и 2 импульсов соединены с входами R- u S-триггера 4, вторая входная клемма устройства через формирователь 3 импульсов соединена с первым входом элемента 8 И и входом инвертора 7, выход которого соединен с тактовым входом триггера 10 (01-типа), вход О которого соединен с четвертой входной клеммой устройства, а выход — со вторым входом элемента 8 И, Выход элемента 8 И соединен с входом сброса счетчика 12, счетный вход которого соединен с выходом генератора импульсов. Старший разряд счетчика 12 соединен через четвертый фор1684717

r.tèðoaàòåëü 13 импульсов с TatlToobiM входом второго триггора (0-типа), вход D которого соединен с выходом nepaoro триггера, выходы второго триггера 5 через соответствующие элементы 9, 14 элдерж< и положительного фронTa соединены с 8 и

S-входами третьего триггера, выход которого является выходом устройства.

Способ определения сигнала знака разности фаз осуществляется следующим образом, Сравниваемые ио фазе первое и второе синусоидальные напряжения и опорное синусоидальное напряжение (члстоты f; преобразуют и опорную, первую и BTopgt<) последовательность импульсов той we частоты, перед1<не фронты когорых совплдл<ог с моментами полая.игел<,, ых переходов через нулевой уровень соотво1ствуи. ших синусоидальных напряжений. Дальнейший процесс формирования сигнала знака разности фаз осуществляется по передним фронтам сформированных импульсов.

Разность флз (pt — р ) между фронтами опорной и первой последовательности импульсов преобразуют в третью последовательность импульсов, следующих с частотой f. передние фронты которых совпадают

Ilo фазе с фронтами импульсов опорной последовагельноcTи, л длительность которых равна

Я

360 где (nl — < О ) — рлэнос11: флэ между передними фронт амн ollopltt,tx импульсов и импульсов первой последовательности, Формируки первый вспомо<лтельный сигнал с частотой )- = Kf, где К» 1, преобразуют его путем деления его частоты в V, раэ в четлерту<о последовательность импульсов частоты f, вводят второй t

«а уровне, отличающемся оТ фазы фронта второй последовлгельности импульсов л момент изменения уровня Blopolo вспомогательного сигнала на величину, не

360 превыша1ощую - --; —, при этом форми5

4С

4г, 50

5< руют первый бинарный сигнал первого уровня при ур «р4 (pt, и второго уровня — при невыполнении этого условия, В этом случае при первом уровне второго вспомогательного сигнала фаза фронта импульсов четвертой последовательности вследствие синхронизации ее с фазой импульсов второй последовательности совпадает с ней, в силу чего уровень первого бинарного cttl tlatta соответствует текущему соотношению фаз р1 иpz а знак разности фаз определяется в соответствии с тем уровнем первого бинарного сигнала, продолжительность которого превышает T„.

При изменении уровня второго вспомогательного сигнала и фиксации фазы фронта четвертой импульсной последовательности на hto)4ekll этого изменения сигнал знака разности фаэ будет уже определяться величиной этой зафиксированной (с точностью

) фазы четвергой импульсной последовательности.

Устройство для определения сигнала знака разности флэ работает следующим образом.

На третью входную клемму устройства поступает сигнал, задающий начало отсчета фазовых сдвигов ко ролируемых сигналов, ПОСтУПаЮЩИХ На Пг. иУ1О И ВТОРУЮ КЛЕММЫ устроистл (предполагается, что все входнь4е сигналы имеют синусоидальную форму; сигнал на третьей клемме является опорt1ЫМ).

На выходах формирователей 1-3 появлчются короткие положительные импульсы, перед1<ий фронт которых соответствует нулевой фазе каждого иэ входных напряжений.

Па вход R триггера 4 от формирователя

1 импульсов поступа<от импульсы начала отсчета фазовых сдвигов. при этом на выходе триггера 4 устанавливается уровень "0".

По положительному фронту импульса, поступающего от формирователя 2 импульсов на вход S триггера 4, на его выходе устанавливается уровень "1".

Таким образом, длительность сигнала с уровнем "0" на выходе триггера 4 пропорциональна фазовому сдвигу сигнала на первой входной клемме устройства, Положительный импульс, вырабатываемый формирователем

3 импульсов, инвертируется инвертором 7, благодаря чему четвертый триггер 10, Огтипа, на тактовый вход которого воздействует импульс с выхода инвертора 7, принимаетсостояние, соответствующее уровню сигнала на его входе D (на четвертой входной клемме), причем это остояние может измениться

16047 и лишь по заднему фронту импульса, вырабатывэемогo формирователем 3 имг<ульса, Допусг<<м, l

<акже «аходится в состоянии "1", вследстfIlI0 чего на выходе э,<ементв О И «рисутствуIOT импульсы, cof

JT I< имг<ульс<4 волдейс f вуют HB вход сброса в нулевое состояние счетчика 12, и yc

1- азрядность счетчика 1? и <астота Г ге«ератора 11 связаны с частотой f входных сигналов на к«е<лмэх с первой flo третью соотноше«ием

f где и — разрядность счетчика, Следует заметить, чго «этом ус< Овии

l!of чего-либо особенного: в измерительных системах зачастую имеется опорный высокочастотный геноратор, преобразованием чэстоты которого получены различнь<е часIoTU измерительной системы, в частности, и частоты питания датчиков, вырабатываю<цих исследуемые сигналы, В общегл случае генератор 11 может быть Сделан в виде генератора с упрэлляеI1nA частотой, если <астоты измеряемых curHBl!oB переменные: для flocToslHHOI1 <эстоты исследуемых сигналов всегда может быть построен генератор фиксирован«ой часготы, удовлетворяющий данному услови<о), Цикл переполнения сче.чика 12 при

à — — — с точностьlo до квант

2<

1 д< —— равен периоду измеряемого

2п сигнала.

Поэтому при возвращении старшего разряда счетчика в нулевое состояние короткий импульс, формируемый фор>лирователем 13 импульсов, совпадает по времени (с точностью до д<, который может быть сделан пренебрежимо малым) с импульсом на выходе формирователя 3.

Таким образом, благодаря синхронизации счетчика 12 фронтом второго сигнала, фаза выходного импульса с точ«остью до

360 360

2" совпадает с фазой втоpoI o сигнала.

Импульс с выхода формирователя 13 воздействует на тактовый вход второго триггера 5 D<-типа, устанавливая его в состояние, соответствующее уровню на его входе D.

15 z0

«0

Таким образом, если фазовый сдвиг с«нала, поступа<оп<его на первую вход.<ую клемму устройства, превышает фазовый сдвиг сигнала, поступа<ощего на втору<о входную клемму, на выходе триггера 5 ус<анавливается сиг«ал с уровнем "0", если не превышает "1", В случае, если фазовые сдвиги контроIlI<ðóåMûх cëãIIBëoв совпадают или близки к нулю, возникаюг колебания сигHэла на выходе триггера 5. Частота этих колебаний не превышает частоты контролируемых сигналов. В установившемся режиме уровни curHBëoâ на выходах триггеров 5 и 6 совпадают.

Допустим, на прямом выходе триггера 5 единичный уровень, на инверсном — нулевой.

При приближении фазы <<мпульсэ фор лирователя 13 v, одному из фронтов сигнала на входе D триггера 5, вследствие помех, может произойти случайное переключение триггера 5 в противоположное состояние. которое, в силу случайности процесса, не может сохраниться более нескольких периодов входного сигнала.

Колебание сигнала на выходе триггера

5 имеет место в некотором диапазоне значений разности фаз контролируемых сигналов; при равенстве фазовых сдвигов колебания имеют Mаксимальную частоту (<ложно по<;взять, что зта максимальная часf тога равна — ), и средняя длительность

2 единичных и нулевых состояHий триггера 5 приблизительно pB!3Hbl, и малы по сравнению с временем задержки положительного фронта импульсов, равного Т, (практически величина Тп на порядок превышает период входных сигналов), обеспечиваемого элементами 9 и 14 задержки. Поэтому ни один из положительных фронтов на выходах 0 и

Q триггера 5 не достигает входов S u R триггера 6, который не меняет свое состояние, Чем больше величина разности фаз контролируемых сигналов, тем меньше вероятность переключения триггера 5 в "ложное" состояние и меньше время его нахождения в этом "ложном" состоянии; одновременно, вероятность его переключения в "истинное" состояние и продолжительность его нахождения в этом состоянии, соответственно, больше. Очевидно, зона, в которой имеют место флуктуации состояния триггера 5, зависит от уровня помех, и чем этот уровень меньше, тем большую задержку Тп должны обеспечивать элементы 9 и 14. Однако, начиная с некоторой разности фаз, длительность преимущественного состояния триггера 5 превысит величину Т>. после чего

1631171 ( триггер 6 перейдет и останется в состоянии, соответствующем преимущественной разности фаэ в приграничной области.

Допустил1 теперь, что нообходил1о определить знак разнос и фаз в определенный момент времени.

Пусть в этот момент на четвертой клемме сигнал изменится с единичного уровня на нулевой.

Последний после этого момента времени импульс выхода формирователя 3 пройдет через элел1онт О И и сбросит счетчик 12, после чего трип ер 10 переключится в 3улевое состояние и "эакрое3" элеме: т 8 И.

Начиная с э гого момента врел1сни, мес тоположение на временной оси импульс "i, формируемого форл1ирова елем I 3, совпадает на момент появления нулевого уровня на четвертом входе с точностьin до 4 с фазой сигнала II;3 втором входе благодаря тому, что время переполнения счетчи л 12 равно периоду входного сигнала, а импульсы на его вход сброса больше не поступают.

Таким образом, в да н1ом устройстве обеспечивается фиксация фазы четвертой импульсной последовательности, Таким образом, функциональные 33озможности изобретения позволяет как формировать текуц ее значение знака paaIIOOI« фаэ, так и знак разности фаз, характеризующий фазу одного иэ сип1алов iia заданный мол1ент времени; при необходимости аналогичные преобразования могут быть выполнены и с первым сигналом, при эгом сигнал знака разности фаэ будет характеризовать соотношение двух фаз на требуемый момент времени.

Форл1ула изобретения

1. Способ определения сигнала знака разности фаз, заключающийся в том, что преобразуют первый и второй исследуемые и опорный синусоидальный сигналы соответственно в первую, вторую и опорную импульсные последовательности, передние фронты импульсов которых совпадают с моментами перехода через нулевой уровень соответствующих синусоидальных сигналов, формируют из первой и опорной ил:пульсных последовательностей третью импульсную последовательность, передний и задний фронты импульсов которой сооп3дают соответственно с передними фронтами импульсов опорной и первой импульсных последовательностей, ферми5

np ,1 1

50 руют первый и второй сигналы иэ третьей и второй импульсных последовательностей, причем первый сигнал формируют при orleрежении фазы третьей импульсной последоват льности над второй, а второй — при

or epe,.;ÿíèè второй импульснои последоваToil носги над третьей, сравнивают длительности пргolo I1 IIIopolo сигналов с опорной дл31 ельностью и определ IIor знак разности фаэ между первым и вторыл1 исследуел ими сигналами по результату сравнени31, отл ич а ю шийся тем, что, с целью расши;;опия области применения, при формировании первого и второго сигналов в качест "e второй импульсной последовательности исnoëü:3уют доnол нитольный IIMп«льсный сигнал, который совпадает по ф.3зе и частоте с сигналом второй импульсной последовательности, причем время воздействия дополнительного импульсного сигнала соответствует I.ремени измерения, определяемому введенной командой

"Пус.к".

2. Устройство для определения сигнала знака разности фаз, содержащее первый, в.ороси и третий формирователи, входы котсnl.х являются соответственно первым, т; ".тьн,- 3 вторым в;.одал1и устройства, первый, второй и трети . григгеры, первый элел1снт задержки, э :ел1ент И и инвертор, приче I I3ûõoäû псрвого и второго формирол31ЕЛЕ 1 СОЕДИНЕНЫ СООТВЕТСТВЕННО С R- u

С-входами первого триггера, выход которогг соединен с 0-входом второго триггера, а выход третьего триггера является выходом у =т ройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что. с целью расширения области применения, введены генератор ил1пульсов, выход которого соединен последовательно со счетным входе 1 введенного счетчика, введенным четвертым формирователем и тактовым входом второго триггера, четвертый триггер, D-вход которого является введенным четвертым входом устройства. тактовый вход которого через инвертор соединен с выходом третьего формирователя и первым входом элемента И, второй вход которого соединен с T-выходом четвертого триггера, а выход элемента И соединен с входом сброса счетчика, второй элемент задержки, причем первый и второй выходы второго триггера через первый и второй элементы задержки соединены соответственно c S- u

Г .-входами третьего триггера.

1684117

Составитель В. Ежов

Редактор В.Сегляник Техред M.Mîðråíòåë Корректор М.Шароши

Заказ 3504 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретением и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина. 101