Устройство для измерения и запоминания сдвига фаз двух сигналов

 

О П Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 27.V11.1970 (№ 1466934/18-24) М, Кл, G 05Ъ 23/02

G 01г 25/00 с присоединением заявки №

Приоритет—

Опу()ликоиано 14 111.1972. Бк(плетень XI 10

Комитет по делам изобретеиий и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 621.316.7(088.8) Дата оиублнкова((ия описания 21.11 .1972

Авторы изобретения

Б. В. Новоселов и А. А. Кобзев

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И ЗАПОМИНАНИЯ СДВИГА

ФАЗ ДВУХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к автоматике и контрольно-измерительной технике и может быть использовано в самонастраивающихся системах (СНС) и для исследования систем автоматического регулирования (СЛР) частотными методами.

При исследовании САР частотными методами и в СНС нужно непрерывно определять модуль и знак фазового сдвига двух сигналов.

Как .правило, исследуемые сигналы автоматических систем имеют небольшую частоту (О—

20 гц) и представляют напряжение, модулированное частотой (400 — 1000 гт1).

Так как черезвычайно трудно и сложно разработать непрерывное аналоговое устройство, непрерывно определяющее величину и знак сдвига фаз медленно изменяющихся сигналов, то для этих целей применяют схемы с промежуточным преобразованием фазового сдвига во временной интервал.

Известны устройства, работающие на этом принципе и содержащие два измерительных конденсатора, соединенных с общей шиной, выходное реле, источник питания и каналы опорного и контролируемого сигналов. В каждом канале включены последовательно усилитель, фазочу(вствительный выпрямитель, формирователь импульсов, триггер и реле. Отрицательный полюс источника питания соединен с первым измерительным конденсатором через нормально открытые контакты выходного реле и реле канала опорного сигнала канала, а со вторым через нормально открытый контакт реле канала опорного сигнала и нормально замкнутый контакт выходного реле.

Существенным недостатком этих устройств является то, что фазовый сдвиг контролируемого сигнала определяется не относительно нуля, а относительно 90 опорного сигнала.

1с(Кроме того измеренное напряжение выдается в дискретные моменты времени, а не воспроизводится до следующего измерения.

Предлагаемое устройство отличается тем, что оно содержит дополнительный трипгер, j5 схему сброса, трп дополните Il IIblx формирователя импульсов и схему считывания, которая через нормально замкнутые контакты выходного реле соединена с положительным полюсом источника питания 11 с первым измерительным конденсатором, а через нормально открытый контакт этого же реле соединена с отрицательным полюсом источника питания и со вторым измерительным конденсатором.

Схема сброса связана с измерительными конденсаторами и с .положительным полюсом источником питания через нормально открытый контакт выходного реле с диодом и с отрицательным полюсом через нормально замкнутый контакт выходного реле с диодом. Выхо30 ды триггера опорного сигнала подключены

332443 через первый дополнительный формирователь импульсов и дополнительный триггер к выходному реле, а через нормально открытый контакт реле канала опорного сигнала — к двум другим дополнительным формирователям импульсов, которые подключены к выходу фазочувствительного выпрямителя канала контролируемого сигнала.

На чертеже представлена блок-схема предложенного устройства.

Измеряемые синусопдальны е сигналы Х1, Х„один из которых Xl,,принимается опорным, относительно которого определяется фазовый сдвиг Х2, в виде напряжений, модулированных частотой 400 — 1000 г11 подаются соответственно на усилители 1 и 2.

Выход усилителя 1 соединен последовательно через фазочувствительный выпрямитель > и формирователь импульсов 4 с входом триггера 5, нагрузкой которого является обмотка реле 6. Выход усилителя 2 соединен последовательно через фазочувствитсльный выпрямитель 7, формирователь импульсов 8, нормально разомкнутую группу контактов 9 реле 6 с триггером 10, нагрузкой которого является обмотка реле 11, Выход,фазочувствнтельного выпрямителя 7 через формирователь им пульсов 12 и нормально разомкнутую группу контактов 13,реле б соединен с одним входом триггера 5, с которым также соединен выход фазочувствительного выпрямителя 4, и через формирователь импульсов 14 и нормально разомкнутую группу контактов 15 реле 6 соединен с другим входом триггера 5.

Выход триггера 5 через формирователь импульсов 16 соединен с двумя входамн триггера 17, нагрузкой которого является обмотка реле 18. Измерительный конденсатор 19 соединен через нормально замкнутые контакты

20, 21 реле 18 и нормально разомкнутую группу контактов 22 реле 6 с напряжением источника питания — U„ II через нормально разомкнутые контакты 28, 24 реле 18 с,входом схемы считывания 25. Измерительный конденсатор 26 соединен через нормально разомкну.тыс контакты 27, 21, рсле 18 и нормально разомкнутую груп Ну контактов 22 рслс 6 с напряжением источника литания — U„и через нормально замкнутые контакты 28, 24,реле 18 с входом схемы считывания 25. Конденсаторы

19, 26 соединены также со схемой сброса напряжения 29. Отрицательное нанряжснне — U„ подается на схему сброса 29 через диод 80 и контакты 81, 82 реле 18, а положительное напряжение + с/„через диод 88 и контакты 84, 82 реле 18. Схема считывания 25 соединена через нормально замкнутые контакты 85,, >6 реле 18 с напряжением + С „и через нормально,разомкнутые контакты 85 >7 реле 18 с напрр яжен и ем — Un.

Устройство работает следующим образом, Измеряемые сигналы Х1 и Х в виде низкочастотных напряжений, модулированных частотой 400 †10 гц поступают соответственно на усилители 1 и 2. В качестве опорного сиг5

65 нала, относительно которого измеряется фазовый сдвиг принимается Х1. На выходе фазочувствительных выпрямителей 8, 7 формируются постоянные ступенчатые напряжения (так как усилители 1 и 2 имеют большой коэффпцпс1п усиления), знаки которых соответствуют знакам огибающих входных напряжений усилителей 1, 2. (В дальнейшем для простоты описания под изменением вели гпн и полярности входных напряжений нлн измеряемых сигналов Х1, Х> будем понимать огибающие входных напряжений, Ilporloplk»okl;Iльных

Х1, Х . Прн изменении полярности напряженийй и а 13ыходс I))II30 1) 13cT13IIT0 Iüíû ; выпрямителей r3, 7 с QTpIIIIBTcльного на iklo lo>liklTeJII>IIoe на выходах формирователей импульсов 4, 8 формируются поло>китсльные импульсы, при изменении напряжения с поло>кительного на отрицательное формируются отрицательные импульсы. Иа выходе формнро вател31 импульcoI3 12 формируется только .положительный импульс при изменении полярности выходного напряжения фазочувствитсльного выпрямителя 7:с отрицательного на,положнтсльнос, а на выходе формирователя импульсов 14 формируется только отрицательный импульс при измснеш>п1 полярности выходного напряжения фазочувствительного выпрямителя 7 с .поло>кительного па отрицательное. Обмотки реле

6, 11 оказываются:под током, когда на триггеры 5, 10 поступают отрицательные импульсы. Формирователь импульсов 16 формирует только отрицательные импульсы каждый раз, когда обесточивается обмотка реле б. Триггер 17 изменяет свое состояние от каждого отрицательного им пульса, поступа1ощего с формирователя импульсов 16, при этом от первого импульса обмотка реле 18 оказывается под током, а от второго — обесто швается ит.д.

В случае, когда контролируемый сигнал Х> отстает от опорного в начальный момент прн изменении полярности огибающей напряжеIIII, пропорционального Х1, на отрицательное на выходе фазо чувствительного выпрямителя 8 появляется отрнцательнос напряжение, а на выходе формирователя им пульсов 4 при этом формируется отрицательный импульс, который перебрасывает триггер 5 в состояние, при котором срабатывает реле б, замыкающее свои контактныс группы 9, 18, 15, 22. Конден"аТор 19 оказы33ается,подключенным к напряженгпо — — U, источника питания и начинает заряжаться. Постоянная времени цепи заряда выбирается такой, чтобы в течение .полупериода измеряемых сигналов напряжение на конденсаторе возрастало линейно. Затем в момент изменения полярности огибающей напряжения, пропорционального Х (в рассматриваемом случае оно изменястся с отрицательного на поло>китслы1ос) на выходе формирователя импульсов 12 формируется положительный импульс, который споступает на триггер 5 через замкнутые контакты 18,реле б и перебрасывает его в исходное поло>кение, При

332443 этом обесточи вается обмотка реле 6 и размыкаются его контактные группы 9, 15, 18, 22.

Напряжение — Ua отключается от конденсатора 19. Напряжение, до которого зарядится конденсатор 19, пропорционально сдвигу фаз сигналов Х и Хь так как на частоте измеряемых сигналов напряжение на конденсаторах нарастает линейно, и, следовательно, замеренный временный интервал при известной частоте пропорционален фазовому сдвигу.

При обесточивании обмотки реле 6 на выходе формирователя импульсов 16 формируется отрицательный импульс, который перебрасывает триггер 17 в состояние, при котором срабатывает реле 18. Конденсатор 19 подключается контактами 28, 24 реле 18 к схеме считывания 25, а конденсатор 26 контактами 21, 27 реле 18 через контактную группу 22 реле 6 (которая в данный момент разомкнута)— к напряжению заряда — U,. Реле 11 дает информацию о знаке — когда его контакты 85, 86 заикнуты, измеряемый сигнал Х отстает от опорного сигнала Хь а когда замкнуты контакты 85, 87, тогда сигнал Х> опережает

Хь В качестве схемы считывания 25 может быть применена любая схема .с большим входным сопротивлением, выходная величина которой пропорциональна, поданному на ее вход напряжению с измерительного конденсатора

19 или 26 (в данном случае с конденсатора 19) и не изменяется в течение периода измеряемого сигнала. Тогда выходная величина схемы считывания 25:пропорциональна величине .фазового сдвига, а состояние контактов

85, 86 или 85, 87 реле 18,определяет знак фазового сдвига.

В случае, когда контролируемый сигнал Х опере кает Х,, подключение конденсаторов на заряд происходит аналогичным образом, а отключение на первом полупериоде опорного сигнала происходит опять же в момент изменения полярности контролируемого сигнала, в данном случае с положительного на отрицательное. При изменении полярности Х на выходе формирователя импульсов И формируется отрицательный импульс, перебрасывающий триггер 5 в,состояние, при котором обесточивается реле 6, размыкающее при этом свои контактные группы 9, 18, 15, 22. Измерительный конденсатор 19 или 26 отключается от на пряжения заряда — U„è подключается к схеме считывания. Отрицательный импульс с формирователя импульсов 8 через замкнутую контактную группу 9 реле 6 перебрасы5

50 вает триггер 10 в такое состояние, при котором срабатывает реле 11, замыкая контакты

85, 87, которые указывают на то, что сигнал

Х> опережает Х,.

В случае, если измеряемые синусоидальные сигналы Х, Х представляют постоянныс (не модулированные высокой частотой) напряжения, тогда исключаются усилители и фазочувствительные выпрямители.

Предмет изобретения

Устройство для измерения и запоминания сдвига фаз двух сигналов, содержащее два измерительных конденсатора, соединенных с общей шиной, выходное реле, источник питания и каналы опорного и контролируемого сигналов, в каждом канале включены последовательHо усилитель, фазочувствительный выпрямитель, формирователь импульсов, триггер и реле, причем отрицательный полюс источника питания соединен с первым измерительным конденсатором через нормально

QTI(pI.ITIlL контакты выходного реле и реле канала опорного сигнала, а,со вторым — через нормально открытый контакг реле канала опорного сигнала и нормально замкнутый контакт выходного реле, от.шчпю цеася тем, что, с целью повышения быстродействия устройства и точности, оно содержит дополнительньш триггер, схему сброса, три дополниreëüíû формирователя импульсов и схему считывания, которая через нормально замкнутыс контакты выходного реле соединена с положительным полюсом источника питания и с первым измерительным конденсатором, а через нормально открытый контакт этого же реле соединена с отрицательным полюсом источника IIIIxaIIIIII и со вторым измерительным конденсатором, схема сброса связана с измерительным конденсатором, с положительным полюсом исто шика питания через нормально открытый контакт выходного реле с диодом и с отрицательным полюсом через нормально замкнутый контакт выходного реле с диодом,,причем выходы триггера канала опорного сигна за подключены через первый дополнительный формирователь импульсов и дополнительный триггер к выходному реле, а через нормально открытый контакт реле канала опорного сигнала — к двум другим дополнительным формирователям импульсов, которые подключены к выходу фазочувствительного выпрямителя канала контролируемого с гнала.

332443

Составитель Э, Маркова

Редактор В. Левятов Техред Е. Борисова Корректоры: Л. Орлова и Т. Бабакина

Заказ 1016!7 Изд. № 353 Тираж 448 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2