Одноканальное устройство для сравнения фаз

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социапистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, саид-ву (22) Заявлено 050379 (21) 2733708/18-21 с присоединением заявки Йо— (23) Приоритет

Опубликовано 151181. Бюллетень N9 42

Дата опубликования описания 1Ы181 (5 М К 3

С 01 R 25/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621. 317. 77 (088. 8) вский технологический институт легкой (54) OIIHOKAHAJIbHOE УСТРОЙСТВО ДЛЯ СРАВНЕНИЯ

ФАЗ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь-, зовано для повышения быстродействия и точности сравнения фаэ двух пере5 менных напряжений без предварительного сглаживания их высших гармоник и без предварительного выравнивания амплитуд.

Известно устройство, содержащее периодический переключатель, соединенный со входными клеммами устройства, выход которого соединен с последовательно включенными сумглатором, избирательным усилителем, фаэочувствительным детектором,.синхронным де- 15 тектором и регистрирующим прибором, а также коммутационный генератор, EbI ход которого подключен к управляющим входам периодического переключателя и синхронного детектора, и фаэовра- 20 щатель со сдвигом фаэ на 90о, вход которого соединен с одним иэ входов устройства, а выход — с управляющим входом фазочувствительного детектора, второй и третий сумматоры, инвертор, управляемый делитель напряжения, два амплитудных детектора, причем входы второго сумматора соединены со входами устройства, выход второго сумматора подключен через инвертор З0 ко входу управляемого делителя напряжения, управляющий вход которого соединен с выходом третьего сумматора, выход управляемого делителя напряжения соединен с одним иэ амплитудных детекторов и с входом первого сумматора, вход второго амплитудного детектора соединен с выходом периодического переключателя, а выходы амплитудных детекторов подключены ко входу третьего сумматора (1).

Однако, в данном устройстве не полностью подавляется неинформативная часть сигнала. Это происходит из-за неидентичности.характеристик амплитудных детекторов, образующих измерительный элемент автоматической системы подавления; кроме того, в измерительном элементе автоматической системы подавления сравниваются огибающие по амплитудным значениям, а они не равны огибающим по основной гармонике, если формы кривых сравниваемых напряжений неодинаковы. Следовательно, это устройство может сравнивать начальные фазы двух напряжений одинаковой формы.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство сравнения фаз, в которое вве881624 ден одноканальный избирательный измерительный элемент автоматической системы подавления неинформативной части сигнала, выполненный на втором фазочувствительном детекторе, сигнальный вход которого соединен с выходом избирательного усилителя, а выход — с управляющим входом управляемого делителя напряжения, причем управляющий вход второго фазочувствительного детектора, как и вход инвертора, подключен к тому из сравниваемых напряжений, к которому подключен вход фазовращателя $2).

Однако данное устройство не может обеспечить высокую точность сравнения фаз при большом быстродействии. 15

Известно, что для повышения быстродействия одноканального устройства периодического сравнения необходимо увеличивать частоту коммутации. При увеличении частоты коммутации в из- щ вестном устройстве появляются значительные динамические ошибки отслеживания амплитудной модуляции компенсирующего напряжения из-эа неизбежной инерционности фазочувствительного детектора, находящегося в канале системы автоматического подавления неинформативчой части сигнала. Это приводит к неполному подавлению амплитудной модуляции, особенно при повышенньтх .частотах коммутации и при значительном отличии по амплитуде сравниваемых напряжений. Вследствие неполного подазления амплитудной модуляции не представляется возможным повышать коэффициент усиления изби- 35 рательного усилителя с целью увеличения чувствительности и точности сравнения фаз, вследствие насыщения избирательного усилителя неинформативной частью сигнала. 40

Целью изобретения является повышение быстродействия и чувствительности .

Поставленная цель достигается тем, что в устройство сравнения фаз, содержащее периодический переключатель, соединенный со входными клеммами устройства, выход которого соединен с последовательно включенным сумматором, избирательным усилителем, первы фазочувствительным детектором, синхронным детектором и регистрирующим узлом,а также коммутационный генератор, выход которого подключен к управляющим входам периодического переключателя и синхронного детектора, и фбэовращатель,вход которого соединен с одним иэ входов устройства,который принят за опорный,а выход-с управляющим входом первого фазочувствительного детектора, и второй фазо- 40 чувствительный детектор, сигнальный вход которого соединен с выходом из— бирательного усилителя, а управляющий вход †.с опорным входом устройства, а также последовательно вклю- 65 ченные между собой ин вертор и управляемыйй делитель н апряже ни я, причем вход инвертора подключен к опорному входу устройства, введен второй периодический переключатель и второй синхронный детектор, управляемые от общего коммутационного генератора, а также сглаживающий фильтр частоты коммутации, один из входов второго периодического переключателя подключен к выходу управляемого делителя напряжения, а второй — к выходу инвертора, выход второго периодического переключателя соединен со вторым входом сумматора, сигнальный вход второго синхронного детектора соединен с выходом второго фазочувствительного детектора, а к выходу второго синхронного детектора подсоединен сглаживающий фильтр, выход которого соединен со вторым входом управляемого делителя напряжения, На чертеже приведена структурная схема устройства.

На схеме изображены периодические переключатели 1 и 2, инвертор 3, сумматор 4, управляемый делитель 5 напряжения, фазовращатель 6 с фаэовым сдвигом фаэ на 90, коммутационный генератор 7, избирательный усилитель 8, фазочувствительные детекторы 9 и 10, синхронные детекторы 11 и 12, регистрирующий узел 13 и сглаживающий фильтр 14, Устройст во работ ает следующим образом.

Срав н ив аемые н апряже ни я Оо u U в общем случае сдвинутые по фазе на некоторый угол, подаются на входные клеммы первого периодического переключателя 1. С его выхода паке-. ты напряжения U u U следующие с ч астотой коммутации, воздействуют на один из входов сумматора 4. Одно из сравниваемых напряжений Uo, принятое за опорное, в течение одного полупе— риода коммутации подается, с одной стороны, через переключатель 1 на первый вход сумматора 4 и, с другой стороны, через инвертор 3 и синхронНо работающий с переключателем 1 периодический переключатель 2 — на второй вход сумматора 4. Так как на входы сумматора 4 в течение этого полупериода подаются два один ако.iûõ и противоположных по знаку напряжения Uo и — Ua, то напряжение на выходе суммматора 4 в течение этого полупериода коммутации равно нулю.

В течение второго полупериода коммутации через переключатель 1 на первый вход сумматора 4 подается второе иэ сравниваемых напряжений

U, а на второй вход сумматора 4, через переключатель 2, подае-.ñÿ напря— жение с выхода делителя напряжения

5. Фаза напряжения на выходе делителя 5 определяется фазой опорного

881624

,напряжения U и не зависит от фазы второго сравйиваемого напряжения U, а амплитуда этого напряжения задает» ся делителем напряжения 5.

Делитель напряжения 5 .управляется автоматически так, чтобы во второй полупериод коммутации свести к нулю напряжение на выходе сумматора

4, если сравниваемые напряжения U и U совпадают по фазе. Таким образом, если сравниваемые напряжения

U. u U совпадают по фазе (g = О), на выходе сумматора 4 напряжение равно нулю и во второй полупериод коммутации, независимо от величин сравниваемых напряжений. Если же сравниваемые напряжения не совпадают по фазе (ф О), во втором полупериоде коммутации на выходе сумматора 4 результирующее напряжение не равно нулю. Это напряжение оказывается сдвинутым относительно опорного

U на угол 90 . Амплитуда напряжео ния на выходе сумматора во втором полупериоде коммутации пропорциональна углу сдвига фаз, а начальная фаза изменяется на 180 при изменении знака .

Итак, напряжение на выходе сумматора 4 определяется только сравниваемым углом сдвига фаз У и в идеальном случае не зависит от уровней сравниваемых напряжений U и U, т.е. оно несет только полезную информацию.

Это напряжение подается на усилитель

8, настроенный на первую гармонику сравниваемых напряжений. В усилителе 8 подавляются высшие гармоники, которые имеют место при сравнении несинусоидальных напряжений, и происходит усиление только информативной части сигнала. Так как избирательный усилитель 8 не насыщается неинформативной частью сигнала (напряжение несущей частоты и боковых частот, вызванных амплитудной модуляцией), то он может работать с очень большим коэффициентом усиления (10 и более) без опасения насыщения неинформативной частью сигнала. Поэтому устройство сравнения фаз с высокой степенью точности регистрирует нулевой сдвиг фаэ сравниваемых напряжений.

Напряжение с выхода усилителя 8 попадает на сигнальный вход детектора 9, управляющий вход которого подключен к выходу фазовращателя 6, сдвигающего фазу на фиксированный угол, равный 90О. На выходе детекто.ра 9 выделяется огибающая частоты коммутации, переменная составляющая которой пропорциональна разности фаз

4 сравниваемых напряжений. Информацию о знаке угла сдвига фаз Y несет начальная фаза переменной составляющей напряжения на выходе детектора 9.

Напряжение огибающей с выхода детектора 9 подается на сигнальный

65 вход синхронного детектора 11, управляемого от генератора 7. Постоянная составляющая напряжения на выходе детектора 11 пропорциональна разности фаз сравниваемых напряжений, ч о регистрируется индикатором 13.

Для автоматического управления делителем напряжения 5 с целью подавления неинформативной части сигнала используется напряжение, снимаемое с выхода усилителя 8.

В первый полупериод коммутации, когда переключатели 1 и 2 подают на входы сумматора 4 противофазные напряжения U и -U, напряжение на входе усилителя 8 равно нулю. Во второй полупериод коммутации при полной компенсации неинформативной части сигнала, если сдвиг фаз между сравниваемыми .напряжениями U è U равен нулю, напряжение на выходе усилителя 8 также равно нулю. Если же сравниваемые напряжения Uо и U не совпадают по фазе, то во втором полупериоде коммутации на выходе усилителя 8 будет напряжение, фаза которого находится в квадратуре с фазой опорного напряжения U0. Это информативная часть сигнала.

При недокомпенсации или перекомпенсации неинформативной части сигнала на выходе усилителя 8, во втором полупериоде коммутации, появляется составляющая напряжения, которая является синфаэной или противофаэной опорному напряжению U . Эта составляющая напряжения выпрямляется фазочувствительным детектором 10, управляемым от опорного напряжения U

Таким образом, появление переменной составляющей частоты коммутации на выходе детектора 10 свидетельствует о неполной компенсации неинформативной части сигнала в сумматоре 4.

Информацию о недокомпенсации или пе- рекомпенсации неинформативной части сигнала несет начальная фаза напряже-. ния на выходе детектора 10.

Затем напряжение с выхода детектора 10, изменяющееся с частотой коммутации, подается на сигнальный вход синхронного детектора 12, который производит его выпрямление. Сглаживающий фильтр 14 на выходе детектора

12 выделяет постоянную составляющую этого выпрямленного напряжения, которая подается на управляющий вход делителя напряжения 5. Коэффициент передачи управляемого делителя 5 автоматически устанавливается таким, чтобы свести к нулю переменную составляющую частоты коммутации на выходе детектора 10, т,е. чтобы полностью скомпенсировать в сумматоре 4 неинформативную часть сигнала.

В предлагаемом устройстве, с целью повышения быстродействия, можно существенно увеличить частоту коммутации, без опасения насыщения избирательно881624 го усилителя колебаниями боковых частот, вызванных неудовлетворительно подавленной амплитудной модуляцией.

Это возможно, так как подавление амплитудной модуляции в предлагаемом устройстве, в отличие от известного, происходит без динамических ошибок отслеживания, в связи с введением второго периодического переключателя, работающего синфазно с основным переключателем, R связи с введением дополнительных звеньев ч укаэанным связям автоматически подавляется амплитудная модуляция и колебания несущей частоты по основной гармонике при высоких частотах коммутации, поэтому избиратель- 15 ный усилитель используется для усиления только информативной части сигнала — колебаний боковых частот, вызванных фазовой модуляцией. Это позволяет существенно повысить быстродей- Щ ствие, чувствительность и точность сравнения начальных фаз основных гармоник двух напряжений независимо от их формы и амплитудных соотношений.

Формула изобретения

Одноканальное устройство для сравнения фаз, содержащее периодический переключатель, соединенный со входными клеммами устройства, выход которого соединен с последовательно включенными сумматором, избирательным усилителем, первым фазочувствитель" ным детектором, синхронным детектором и регистрирующим узлом, а также коммутационный генератор, выход которого подключен к управляющим вхоФ дам периодического переключателя и синхронного детектора, и фазовращатель, вход которого соединен с одной из входных клемм устройства, а выход — с управляющим входом первого фазочувствительного детектора, второй фазочувствительный детектор, сигнальный вход которого подсоединен к выходу избирательного усилителя, а управляющий вход — к первой входной клемме устройства и через инвертор к управляемому делителю напряжения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и чувствительности, в него введены второй периодический переключатель и второй синхронный детектор, подключенные своими управляющими входами к коммутационному генератору, а также фильтр, при этом, один из входов второго периодического переключателя подключен к выходу управляемого делителя напряжения, а второй — к выходу инвертора, выход второго периодического переключателя соединен co вторым входом сумматора, сигнальный вход второго синхронного детектора соединен с выходом второго фазо чувствительного детектора, а к выходу второго синхронного детектора подсоединен фильтр, выход которого соединен со BTopblM входом управляемого делителя напряжения, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2591035/21, кл. G 01 R 25/00, 02.03.78.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2706329/21, кл. 01 R 25/00, 02.01.79.

881624

Заказ 9963/67 Тираж 735

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное.

Филиал ППП "Патент", г. Упгород, ул. Проектная. 4

Составитель А.Старостина

Редактор М. Погориляк Техред А.Ач Корректор М.Пожо