Способ измерения фазы и устройстводля его реализации

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (808965

Ф

Ъ .1, «,б::- -Ф;« (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 220379 (21) 2740263/26-21 (51)М. (л.З с присоединением заявки ¹

Л 01 В 25/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 280281. Бюллетень 89 8

Дата опубликования описания 2802,81 (53) УДК 621. 317..373(088.8) !

В.A,Ñóïîíèí, В.A.Юрманов, В.М, ролов и М.П.Шадрин

1 !

Пензенский филиал Всесоюзного научно-ис ледоцат«ельского технологического института приборостроения (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ БЭЛЗЫ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в автоматизированных системах для фазовых измерений переменных.сигналов при наличии постоянных составляющих в широком частотном диапазоне.

Известен способ измерения фазы, реализованный в устройстве, основанный на сравнении двух Фаз Ч„ и Ч путем

10 выделения моментов перехода через нуль сравниваемых сигналов,преоразования интервалов времени,пропорциональных Фазовому сдвигу и импульсных последовательностей,и сравнения сред 15 них значений напряжений (токов) этих последовательностей, причем Ч, — разность фаз между опорным. и измеряе- мьпм сигналами,а Ч вЂ” разность фаз между образцовыми сигналами, получен- 20 ная путем сдвига с помощью Фазовращателя и образцового сигнала (1) .

Однако в этом способе большой диапазон изменения фазы Фаэовращателя, разрешающая способность, частотный диапазон и погрешность измерения определяются параметрами Фаэовращателя, реализует способ только при равенстве частот измеряемого, опорного и образцовых сигналов, ограничено при- 30 менение его в области низких и инфранизких частот.

Известен также способ измерения фазы, реализованный в устройстве,основанный на выделении моменгов прохождения исследуемым и опорным сигналами двух разных по значени;о и противоположных по знаку уравнений, преобразовании выделенных интервалов времени в импульсные последовательности и измерении разности постоянных составляющих тока этих пос.ледовательностей,причем одновременно осуществляют поддержание симметрии уровней напряжений относительно точек симметрии исследуемого и опорного сигналов для чего поддерживают равенство нулю среднего значения напряжения исследуемого и опорного сигналов между выделенными моментами равенства значений этих сигналов уровням напряжения (21 .

Недостаток данного способа — ограниченное быстродействие и низкая точность иэмерения при сигналах относительно нуля или постоянной составляющей,что значительно ограничивает область применения данного способа.

Цель изобретения - увеличение быстродействия и повышение точности.

808965

Укаэанная цель достигается тем„ что в способе измерения фазы,основанном на преобразовании разности фазы во временный -ийтервал, осуществляют сдвиг обоих входных сигналов. на одинаковый фазовый угол, выделяют моменты равенства мгновенных значений входных и сдвинутых относительно ннх сигналов и находят временный интервал между выделенными моментами времени. 16

Устройство для реализации способа,содержащее триггер, выход которого соединен с входом индикатора,снабжено первым и вторым компараторами,первым .и вторым фаэосдвигающими элементами, причем вход и выход первого и второго фазосдвигающих элементов соединены соответственно с первым и вторым входами первого и второго компараторов,выходы которых соединены с первым и вторым входами триггера..

На фиг.l изображена блок-схема прелагаемого устройства на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие способ измерения.

Устройство, реализующее способ измерения фазы, содержит триггер l,индикатор 2,первый и второй компараторы 3 и 4 и первый и второй фазосдвигающие элементы 5 и б.

Рассмотрим способ измерения фа- щ зы М (фиг.2) между опорным сигналом U<(t)=Uu +U>slnuot и исследуемым сигналом U„ (t), +Usia(out-þ) пРи 0(uDt-9cff

О() 01 1 (1) 35

U +U sin(uutH) пРи Jl(.e>t f(2Ê где U0„, U q< — постоянные составляющие исследуемого и опорного сигналов (при eM U O> O U0Z) . 4О

По данному способу осуществляют сдвиг U< (t) и U (t) на произвольный угол Ю„,в результате получают сигналы U и П

U+U э 1(1 — 4-М ) ПРи 0(QD+-V-Ô„(д

0 1

О +u Si11(AVE Ч f) ПРИ ЯСИЙ q- (2ß

01 J и U (и)- О +О з1п(азу У)

02. 2

$Q которые сравнивают по амплитуде с имеющимися соответственно сигналами

U (t) и U (t) . Из выражений (1) и (Ф) следует,что моменты равенства вышеупомянутых сигналов (точки tq u и очки t и t„) не зависят ни от значения постоянных составляющих,ни от амплитуды переменных составляющих сигналов,а разность at равна

° A t ta. t1 t4 t Ь1 пропорциональнаясдвигу фаз ut между 4}g исследуемым и опорным сигналами.

Для более ясного.понимания сущности предлагаемого спссоба значения постоянных и переменных составляющих счгналов после фазового сдвига взя- gg ты равными значениям постоянных и переменных составляющих сигналов до фазового сдвига. Однако данный способ справедлив и для случая неравенства этих значений. Допустимая величина изменения значений постоянных и переменных составляющих сигналов после фазового сдвига зависит от его значения и при P =180О равна удвоенному минимальному значению амплитуды переменных составляюцих сигналов.

Вышесказанное справедливо для исследуемого и опорного сигналов,имеюцих вид."

U„(t)=U + » ) 51„,(„ш - f„) и (1 }=О - 5 U s1n кмуь, 02 g„-4 2-К т.е. представляемых рядом Фурье.

Таким образом,видно,что по предлагаемому способу производится два измерения за период и результаты измерения не зависят ни от наличия постоянных составляющих,ни от формы сигналов.

Работает устройство в режиме измерения фазового сдвига между двумя синусоидальными сигналами следующим образом.

Оба синусоидальных сигнала расположены относительно уровня нулевого потенциала так,как это показано на фиг.2,оба сигнала на выходе фаэосдвигающих элементов 5 и 6 сдвинуты относительно входных на определенный угол, постоянные составляюцие этих сигналов на выходе фаэосдвигающих элементов 5 и б останутся такими же, как и на их входах. Следовательно, сравнивая по напряжению входные и выходные сигналы фазосдвигаюцих цепей относительно друг друга при помоци первого и второго компараторов 7 и 4, можно определить какую-То фиксированную точку синусоидального сигнала, равноотстояц|ую от экстремального значения как первого,так и второго синусоидального сигналов,задержка по фазе между которыми иэмеряется, Другими словами, определяется местонахождение на шкале времени экстремальных значений входных синусоидальных сигналов (tз 1- ) плюс интервал времени

ht,ýHà÷åíèe которого может быт;. любым в пределах 1/4 периода входных сигналов,но обязательно равным для обоих входных сигналов.

Расстояние между двумя . авноотстоящими от экстремума точками входных сигналов г э .з фазовому сдвигу Ч между этики сигналами. Триггер 1 формирует на своем выходе импульс напряжения с длительностью, равной фаэовому сдвигу между исследуемыми сигналами, значение фазового сдвига определяется по индикатору 2.

В предлагаемом устройстве напряжение смещения входных сигналов отно808965

t0 ц Ю

ti Фг Фq фий ° 2

Составитель М. Барашков

Техред Н.Майорош Корректор С. Щомак

Редактор К. Лембак

Заказ 404/48 Тираж 743 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Ю

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 сительно уровня нулевого потенциала, форма и амплитуда входных сигналов не бказывают влияние на результат измерения,поскольку не влияют на про цесс определения характерных точек сигналов 1 + ь t,÷òo обуславливает широкую номенклатуру входных кон- тролируемых сигналов. Таким образом, предлагаемое устройство обладает более широкой, нежели известные,областью возможных применений.

Формула изобретения

1. Способ измерения фазы, основанный на преобразовании разности фаз во временный интервал, о т л и ч а ю шийся тем,что,с целью увеличе- 15 ния быстродействия и повышения точности, осуществляют сдвиг обоих входных сигналов на одинаковый фазовый угол, выделяют моменты равенства мгновенных значений входных и сдвинутых щ отностительно них сигналов и находят временный интервал между выделенными моментами времени.

2. Устройство -для реализации способа по п.1,содержащее триггер,выход которого соединен с входом индикатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что оно снабжено первым и вторым компараторами,первым и вторым фазосдвигающими элементами, причем вход и выход первого и второго фазосдвигающих элементов соединены соответственно с первым и вторым входами первого и второго компараторов,выходы которых соединены с первым и вторым входами триггера.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 491109, кл. G 01 R 25/00, 1974, 2. Авторское свидетельство СССР

9566201, кл. G 01 R 25/00, 1976.