Способ измерения разности фаз электрических сигналов и устройство для его осуществления

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 081079 (21) 2824566/18-21 (31) М. КЛ.

G 01 R 25/00 с присоединением заявки HP— (23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (53) УДК 621. 377. 77 (088. 8) Опубликовано 150232. бюллетень HP 6

Дата опубликования описания 150232 (72) Автор изобретения

A.A. Сивенцев (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОСТИ ФАЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

СИГНАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к электройзмерительной технике и может быть использовано, преимущественно, для измерения малых разностей фаз, для индикации синфазности электрических сигналов и для индикации равенства длительностей полуволн биполярных прямоугольных электрических сигналов.

Известен способ измерения разности фаз электрических сигналов путем пре- образования электрических сигналов, сравниваемых по фазе, в биполярные прямоугольные сигналы, логического. сложения полученных сигналов и наблюдения постоянной составляющей комбинированного сигнала (lj.

Однако для устройств, реализующих этот способ, характерна значительная погрешность измерения, особенно при иэме1Зении малых разностей фаз.

Известен также способ измерения разности фаз электрических сигналов путем преобразования электрических сигналов, сравниваемых по фазе, в биполярные прямоугольные сигналы с сохранением неизменньиы моментов перехода через нуль, формирования комбинированного сигнала (посредством логического сложения ИЛИ биполярных прямоугольных сигналов), симметричного ограничения уровней положительных и отрицательных полуволн комбинированного сигнала и фиксирования постоянной составляющей ограниченного комбинированного сигнала (2).

Недостатком этого способа является требование точной симметрии ограничения уровней положительных,и отрицательных полуволн комбинированного сигнала, так как только при выполнении этого условия существует прямая связь между фиксируемой постоянной составляющей ограниченного комбинированного сигнала и измеряемой разностью фаз. Поскольку симметрию ограничения уровней удается обеспечить лишь с некоторой погрешностью, возникает абсолютная погрешность измерения, не зависящая от измеряемой разности фаз, при этом относительная погрешность измерения при малых разностях фаз достигает больших значений.

Известно устройство, реализующее

25 этот способ, состоящее из двух формирователей биполярных прямоугольных сигналов, на вход каждого из которых подан один из электрических сигналов, сравниваемых по фазе, логического

30 элемента ИЛИ, входы которой соединены

905875 с выходами формирователей биполярных прямоугольных сигналов, и последовательно соединенных биполярного ограничителя и измерителя постоянной составляющей напряжения (2).

Однако это устройство имеет большую погрешность измерения малых разностей фаз даже при тщательном подборе элементон схемы биполярного ограничителя для обеспечения симметрии ограничения уровней полуволн комбинированного сигнала.

tQ

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Эта цель достигается тем, что н способе измерения производят взаимную смену длительностей положительных и отрицательных полуволй ограниченного комбинированного сигнала, фиксируют значение постоянной составляющей ограниченного комбинированного сигнала, а об измеряемой разности фаз судят по разности перного и второ.го значений постоянной составляющей.

Кроме того, известное устройство снабжают логическим элементом И, каждый из входов которого соединен. с одним из входов логического элемента

ИЛИ, и переключателем, причем вход биполярного ограничителя при первом положении переключателя соединен с выходом логического элемента ИЛИ, а 30 при втором положении переключателя с выходом логического элемента И.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из формирова- 35 телей биполярных прямоугольных сигналов 1 и 2, логического элемента ИЛИ 3, биполярного ограничителя 4, измерителя постоянной составляющей напряжения

5, логического элемента И б и перек- gp лючателя 7. На вход каждого из формирователей 1 и 2 подан один из входных электрических сигналов, сравниваемых по фазе, ныходы формирователей

1 и 2 соединены со входами логических элементов ИЛИ 3 и И б, вход биполярного ограничителя с помощью переключателя 7 может быть соединен с вы;ходом логического элемента И,б или с выходом логического элемента ИЛИ 3, $0 вход измерителя постоянной составляющей напряжения 5 соединен с .выходом биполярного ограничителя 4. С помощью формирователей 1 и 2 входные электрические сигналы, сравниваемые по фазе преобразовываются н биполярные прямОугольные сигналы. С помощью логических элементов ИЛИ 3 и И б формируются комбинированные сигналы.

При переключении переключателя 7 происходит взаимная смена длительностей 60 ! положительных и отрицательных полунолн ограниченного комбинированного сигнала на выходе биполярного ограничителя 4, при этом сохраняются неизменными уровни положительных и отри- 65 цательных полунолн ограни енного комбинированного сигнала.

Устройство работает следующим образом.

Входные электрические сигналы, сравниваемые по фазе, преобразовываются и биполярные прямоугольные сигналы А и Б, из которых посредством логического сложения ИЛИ и ограничения формируется ограниченный комбинированный сигнал В и посредством логического умножения И и ограничения ограниченный комбинированный сигнал Г

Поскольку ограничение осуществляется в обоих случаях (поочередно) одним и тем же биполярным ограничителем 4, уровень U< положительных полунолн сигнала 5 равен уровню Uq положительных полуволн сигнала Г, а уровень отрицательных полунолн сигнала А ранен уронню U< отрицательных полунолн сигнала Г . Длительности полунолн сигналов Ь и Г устанавливаются н результате соответственно логического сложения ИЛИ и логического умножения

И. Поэтому длительность положительной полуволны сигнала В равна длительности отрицательной полуволны сигнала Г, а длительность отрицательной полуволны сигнала Ь равна длительности положительной полуволны сигнала Г. Таким образом, при переходе от сигнала В к сигналу Г происходит взаимная смена длительностей положительных и отрицательных полуволн при сохранении неизменными уровней этих полуволн. Разность постоянных составляющих сигналов В и Г прямо связана с измеряемой разностью фаз.

Уровни положительных и отрицательных полуволн U< и U< должны быть известны, хотя их модули не обязательно равны.

Измеряемая разность фаз нычи .ляется по формуле у = ць:. Уг . з 0

lU,I +I U i где U и U — уровни ограничения соответственно положительных и отрицательных полуволн;

U u U — постоянные состанляюВ Б щие (средние за период значения) соотнетстненно сигналов Ь и Г

Зависимость разности фаз от разности постоянных составляющих Us и U„ выражаемая формулой, является градуировочной зависимостью для предлагаемого Устройства. Относительная погрешность не зависит от измеряемой разности фаз. Например, если сумма уровней /U,/ +/U / известна с погрешностью 0,2%, то погрешность измерения разности фаз также равна 0,2% незанисимо от измеряемой разности фаз.

Из изложенного следует, что предлагаемый способ дает существенно мень905875

Формула изобретения

СоставителЬ Б. Минин

Техред А. Бабинец Корректор A.. Гриценко

Редактор К. Волощук

Тираж 718 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 377/67 филиал ППП Патент, г. Ужгород ул, Проектная, 4 шую погрешность измерения малых разностей фаз, чем известный способ.

По сравнению с известным предлагаемый способ обеспечивает примерно в два раза более высокую чувствительность.

В предлагаемом устройстве для упрощения процедуры измерений желательно предусмотреть установку нуля при фиксировании первого значения постоянной составляющей. Тогда искомая величина разности фаз будет соответствовать второму значению постоянной составляющей, так что шкала измерителя постоянной составляющей может быть проградуирована непосредственно в единицах разности фаз с помощью зависимости, выражаемой приведенной формулой.

1. Способ измерения разности фаз электрических сигналов путем преобразования этих сигналов в биполярные прямоугольные сигнапы с сохранением неизменными моментов перехода через ноль, формирования комбинированного сигнала, ограничения уровней положительных и отрицательных полуволн комбинированного сигнала и фиксирования первого значения постоянной составляющей ограниченного комбинированного сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, производят взаимную смену длительностей положительных и отрио цательных полуволн ограниченного комбинированного сигнала, фиксируют второе значение постояннОй составляющей ограниченного комбинированного сигнала, а об измеряемой разности фаз электрических сигналов судят по разности первого и второго значений постоянной составляющей.

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее два фор>мирователя биполярных прямоугольных сигналов, логическую схему ИЛИ, входы которого соединены с выходами формирователей, последовательно соединенные биполярный ограничитель и измеритель постоянной составляющей напряжения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измерений, оно снабжено логическим элементом И, каждый из входов которой соединен с одним из входов логического элемента

20 ИЛИ, и переключателем, причем вход биполярного ограничителя при первом положении переключателя соединен с выходом логического элемента ИЛИ, а при втором положении переключателя — с выходом логического элемента И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

30 1. Патент ФРГ М 1516242, кл. G 01 R 25/00, 1976.

2. Dragotinov A. Nachrichtentechnik. 1970, 20, Н.8, $, 317-319.

3% о