Устройство для измерения фазового сдвига

 

Изобретение предназначено для информационно-измерительных систем. Цель изобретения - повышение достоверности измерений путем исключения ошибок измерений в окрестности ± л II. Устройство содержит клеммы 1 и 2 для подключения опорного и измеряемого сигналов, блок 3 формирования временных интервалов, состоящий из формирователей 4 и 5 коротких импульсов и RS-триггеров 6 и 7, ключи 8 и 9, интеграторы 10 и 11, арифметический блок 12, индикатор 13 и блок 14 формирования сигнала признака знака, включающий элементы И 15 и 16 и RS-триггер 17. Возможность исключения ошибок измерений в области ±тг /2 достигается за счет однозначности функциональной характеристики устройства в указанном диапазоне. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 R 25/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Ё

1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4692444/23 (22) 15.05.89 (46) 23,11.91. Бюл. М 43 (72) И.К,Крылов и В.Я.Ткачук (53) 621.317.77(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1041951, кл. G 01 R.25/00, 1986.

Авторское свидетельство СССР

N. 775517, кл. G 01 R 25/00, 1978. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ. ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВОГО СДВИГА (57) Изобретение предназначено для информационно-измерительных систем. Цель изобретения — повышение достоверности измерений путем исключения ошибок изме Ы 1693563 А1 рений в окрестности + m/2. Устройство содержит клеммы 1 и 2 для подключения опор-. ного и измеряемого сигналов,. блок 3 формирования временных интервалов,. состоящий из формирователей 4 и 5.коротких импульсов и RS-триггеров 6 и 7, ключи 8 и 9, интеграторы 10 и 11, арифметический блок

12, индикатор 13 и блок 14 формирования сигнала признака знака, включающий элементы И 15 и 16 и RS-триггер 17. Воэможность исключения ошибок измерений в области + л /2 достигается эа счет однозначности функциональной характеристики устройства в указанном диапазоне, 3 ил..

1693563

Um — амплитуда напряжений ul(t), цг(1) (для упрощения анализа она принята одинаковой для обоих сигналов. так как результат измерения сдвига фаз от амплитуд сигналов

5 не зависит), Формируют из опорного сигнала Lb(t) два кусочно-гармонических сигнала (фиг.2 и

Зз, и), описываемых выражениями

U sin (dt, ктФ< К+ — ((т; (11

0 г, К. — (Т 1 «К.1) Т

2л

Т = — — период повторения гармониN

35 ческих сигналов,Определяют средние значения за период каждого иэ этих сигналов:

tq, — Г

У 51п ut и = (1-С0541; М о

Если взять отношение напряжения V>> к напряжению V>z, то получают

50 = — 1 (1 — cos p) = sin ((о/2, (.

0 1 г Гг откуда следует, что

l(t)-=u sin ж

gz(t)=U sin (а t- (р); (1) 55

Изобретение относится к электроизмеритель ной технике и может быть использовано при разработке информационно-измерительных систем для измерения фазовых сдвигов.

Цель изобретения — повышение достоверности измерений путем исключения ошибочных измерений в окрестности

+я/2.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства; на фиг.2 и 3 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит клеммы 1 и 2 для подключения входных сигналов, блок 3 формирования временных интервалов, состоящий из формирователя 4 коротких импульсов по положительным и отрицательным нуль-переходам исследуемого сигнала, формирователя 5 коротких импульсов по положительным нуль-переходам опорного сигнала и первого 6 и второго 7 RS-триггеров, первый 8 и второй 9 аналоговые ключи, . первый 10 и второй 11 интеграторы, арифметический блок 12 и индикатор 13, а также блок 14 формирования сигнала признака знака фазового сдвига, который состоит из первого 15 и второго 16 элементов И и RSтриггера 17, выход которого подключен к знаковому входу индикатора 13.

Первый выход формирователя 4 коротких импульсов соединен с S-входами триггеров 6 и 7, а второй — с R-входом триггера

7, прямой.выход которого соединен с управляющим входом ключа 9 и первым входам элемента И 15, а инверсный — с вторым входом элемента И 16. Выходы элементов И

15 и 16 соединены соответственно с S- u

R-входами триггера 17, выходом соединенного с входом индикатора 13. Вторые входы элементов И 15 и 16 соединены с выходом формирователя 5 коротких импульсов и Rвходом триггера 6, выход которого соединен с управляющим входом ключа 8. Клемма

1 для подключения опорного сигнала через ключ 8 и интегратор 10 соединена с одним входом арифметическо(о блока 12, а через ключ 9 и интегратор 11 — с другим входом арифметического блока 12, выход которого соединен с индикатором, Входные синусоидальные сигналы (фиг.2 и 3) описываются следующими выражениями: где Ц1(1) и (t) — соответственно опорный и исследуемый сигналы; р- измеряемый фазовый сдвиг; а 51я ы, KTK4 KT++t

U () " (й,, О КТ+ « tc (К ° ()Т где K=0,1,2,...; ьл = - — временной интервал, соответствующий измеряемому фазовому сдвигу; т.е. по отношению постоянных напряжений, пропорциональных средним значениям первого и второго кусочно-гармонических

1693563

55 сигналов, можно определить абсолютное значение фазового сдвига в диапазоне

0 < l p I < z. Определение знака фазового сдвига и, следовательно, измерение фазового сдвига в диапазоне — л <: р < л достигается за счет использования сигнала признака знака фазового сдвига.

Как следует из соотношения (7), фазовый сдвиг определяется по функции arcsin x, которая не имеет точек разрыва, Это позволяет повысить точность измерения фазовых сдвигов в окрестности значений р= л/2, Опорный сигнал Ц1(1), относительно которого измеряется фазовый сдвиг исследуемого сигнала Llz(t) (фиг.2,3а). подается с клеммы 1 на аналоговые входы ключей 8 и 9 и на вход формирователя 4 блока 3. На формирователь 5 блока 3 поступает с клеммы 2 исследуемый сигнал Ll2(t). Формирователь 4 формирует две последовательности коротк14х по длительности импульсных сигналов

U4, U4 в моменты положительных и Отри цательных нуль-переходов опорного напряжения Lb(t) (фиг.2 и Зб, в), а формирователь

5 формирует последовательности коротких

ИМПУЛЬСОВ U5 В МОМЕНТЫ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ нуль-переходов исследуемого напряжения

Q(t) (фиг.2 и 3r).

Первый 6 и второй 7 RS-триггеры Hà Sи R-входы которых поступают соответствующие последовательности импульсов U4+, U4, U5 формируют управляющие сигналы

U5 и От (фиг.2 и Зд, е, ж), длительность которых определяется из соотношения (2) и (3).

Эти сигналы управляют работой ключей 8 и

9, в результате чего на выходах последних образуются кусочно-гармонические сигналы Ов, Ug (фиг.2 и Зз, и), которые поступают. далее нэ интеграторы 10 и 11. На выходах последних создаются квазипостоянные напряжения 0ю и U<< ° которые затем поступают на арифметический блок 12. В последнем, который может быть выполнен, например, в виде функционального аналого-цифрового преобразователя, определяется модуль искомого фазового сдвига в соответствии с выражением (7) в диапазоне значений 0 < lupi л.

Для определения знака р с целью расширения диапазона измерения фазового сдвига до 2 л (- z < p < z) предназначен блок 14 формирования сигнала признака знака фазового сдвига, который формирует на выходе сигнал U <7 признака знака в виде. например, уровня логической "1" при р <О. (фиг.2, Зм) или логического "0", при у > О. Выходными сигналами, управляющими работой блока 14, являются импульсы положительных нуль-переходов 1Я исследуемого сигнала U<(t) (фиг.2 и Зг), которые поступают на вторые входы элементов 15 и 16, а также парафазные сигналы Ут, Ъ с прямого и инверсного выходов второго RSтриггера 7 блока 3, которые подаются на вторые входы соответственно первого 15 и второго 16 элементов И.

Сигналы %5, О ы с выходов элементов И

15 и 16 (фиг.2 и Зк,.л) управляют работой

RS-триггера 17, логический уровень сигнала

Уп с прямого выхода которого определяет значение знакового разряда индикатора 13, Точность определения знака р в окрестностях значений р =0 и p = -л зависит в предлагаемом устройстве от быстродействия элементов И 15 и 16 и триггера 17, которое для современной цифровой элементной базы (например, серии 500) составляет единицы наносекунд. Сравнительный аналиЗ точностных характеристик предлагаемого устройства с известными показывает, что дополнительной составляющей погрешности измерения р обусловленной неоднозначностью определения знака р, можно пренебречь, так кэк быстродействие блока

14 формирования сигнала признака знака на порядок выше быстродействия аналоговых ключей, которые вносят основной вклад в суммарную погрешность измерения р.

Таким образом, в устройстве для измерения фазового сдвига повышена достоверность измерения фазового сдвига в окрестности значений, равных ": т /2.

Формула изобретения

Устройство для измерения фазового сдвига, содержащее клеммы опорного и измеряемого сигналов, первый и второй аналоговый ключи, сигнальные входы которых объединены и соединены с клеммой опорного сигнала, а выходы подключечы к входам соответственно первого и второго интеграторов, выходы которых соединены с входами арифметического блока, выходом. соединенного с индикатором, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности измерений путем исключения ошибок измерений в окрестности

+ л /2, в него введены два формирователя коротких импульсов, входами соединенные соответственно с клеммами опорного и измеряемого сигналов, три RS-триггера и два элемента И, причем входы формирователей коротких импульсов соединены соответственно с клеммами измеряемого и опорного сигналов, первый выход первого формирователя коротких импульсов соединен.с S1693563 входами первого и второго RS-триггеров, а второй выход- с R-входом второго RS-тригreps, прямой выход которого соединен с управляющим входом второго ключа и первым входом nepeoro элемента И, а инверсный — с первым входом второго элемента И, выход второго формирователя коротких импульсов соединен с R-входом первого RSтриггера и вторыми входами первого и второго элементов И, выходы которых соединены соответственно с S- u R-входами третьего RS-триггера, выход которого сое5 динен с вторым входом индикатора, при этом выход первого RS-триггера соединен с управляющим входом первого ключа.

1693563 и..

Составитель M.Êàòàíîaà

Техред М.Моргентал Корректор Т.Палий

Редактор М;Бланар

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

Заказ 4076 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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