SU1693563A1 - Устройство дл измерени фазового сдвига - Google Patents

Abstract

Изобретение предназначено дл  информационно-измерительных систем. Цель изобретени  - повышение достоверности измерений путем исключени  ошибок измерений в окрестности ± л II. Устройство содержит клеммы 1 и 2 дл  подключени  опорного и измер емого сигналов, блок 3 формировани  временных интервалов, состо щий 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 формировани  сигнала признака знака, включающий элементы И 15 и 16 и RS-триггер 17. Возможность исключени  ошибок измерений в области ±тг /2 достигаетс  за счет однозначности функциональной характеристики устройства в указанном диапазоне. 3 ил.

Description

Ј

Os

О CJ

ел

Os

,

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и можетбыть использовано при разработке информационно-измерительных систем дл  измерени  фазовых сдвигов ,

Цель изобретени  - повышение достоверности измерений путем исключени  ошибочных измерений в окрестности

±31/2.

Нафиг.1 изображена структурна  схема устройства; на фиг.2 и 3 - временные диаграммы , по сн ющие работу устройства.

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

Первый выход формировател  4 коротких импульсов соединен с S-входами триггеров 6 и 7, а второй - с R-входом триггера 7, пр мой выход которого соединен с управл ющим входом ключа 9 и первым входом элемента И 15, а инверсный - с вторым входом элемента И 16. Выходы элементов И 15 и 16 соединены соответственно с S- и R-входами триггера 17, выходом соединенного с входов индикатора 13. Вторые входы элементов И 15 и 16 соединены с выходом формировател  5 коротких импульсов и R- входом триггера 6, выход которого соединен с управл ющим входом ключа 8. Клемма 1 дл  подключени  опорного сигнала через ключ 8 и интегратор 10 соединена с одним входом арифметического 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) описываютс  следующими выражени ми:

Ui(t)Um sin wt; U2(t)Umsin(un-y); (1)

где Ui(t) и lk(t) - соответственно опорный и исследуемый сигналы;

(р- измер емый фазовый сдвиг;

Um - амплитуда напр жений Ui(t), Il2(t) {дл  упрощени  анализа она прин та одинаковой дл  обоих сигналов, так как результат измерени  сдвига фаз от амплитуд сигналов не зависит).

Формируют из опорного сигнала Ui(t) два кусочно-гармонических сигнала (фиг.2 и Зз, и), описываемых выражени ми

Vt,:{Vinwt av

15 1° KT + )T;

fDSIMWt, )тi ( 2 №

1 nI M

1°, )T,

где К 0, 1,2,...;

вРеменн°й интервал, соответствующий измер емому фазовому сдвигу:

т 2тг

Т -(jj-период повторени  гармонических сигналов.

Определ ют средние значени  за период каждого из этих сигналов:

,.

40

VH sinwteit.Lfi-co); Л)

о

т/г

.

Is)

Если вз ть отношение напр жени  Un к напр жению Ui2, то получают

50|} 0 - cos р) sin V2 , (6}

откуда следует, что

55

p 2arcsln j (1

т.е. по отношению посто нных напр жений, пропорциональных средним значени м первого и второго кусочно-гармонических

сигналов, можно определить абсолютное значение фазового сдвига в диапазоне О (р л. Определение знака фазового сдвига и, следовательно, измерение фазового сдвига в диапазоне - п р л достигаетс  за счетиспользовани  сигнала признака знака фазового сдвига.

Как следует из соотношени  (7), фазовый сдвиг определ етс  по функции arcsin x, котора  не имеет точек разрыва. Это позво- л ет повысить точность измерени  фазовых сдвигов в окрестности значений р ±л II,

Опорный сигнал Ui(t), относительно которого измер етс  фазовый сдвиг исследу- емого сигнала UzW (фиг.2,За), подаетс  с клеммы 1 на аналоговые входы ключей 8 и 9 и на вход формировател  4 блока 3. На формирователь 5 блока 3 поступает с клеммы 2 исследуемый сигнал lk(t). Формирователь 4 формирует две последовательности коротких по длительности импульсных сигналов U4 , Ш в моменты положительных и отрицательных нуль-переходов опорного напр жени  Ц1(т.)(фиг,2 и 36, в), а формирователь 5 формирует последовательности коротких импульсов Us в моменты положительных нуль-переходов исследуемого напр жени  l|2(t) (фиг.2 иЗг).

Первый 6 и второй 7 RS-триггеры на S- и R-входы которых поступают соответствующие последовательности импульсов L)4+, U4 , Us+, формируют управл ющие сигналы 1/6 и 1/7 (фиг.2 и Зд, е, ж), длительность которых определ етс  из соотношени  (2) и (3). Эти сигналы управл ют работой ключей 8 и 9, в результате чего на выходах последних образуютс  кусочно-гармонические сигналы Us. Ug (фиг.2 и Зз, и), которые поступают далее на интеграторы 10 и 11. На выходах последних создаютс  квазипосто нные напр жени  Уюи Un, которые затем поступают на арифметический блок 12. В последнем, который может быть выполнен, например, в виде функционального знало- го-цифрового преобразовател , определ етс  модуль искомого фазового сдвига в соответствии с выражением (7) в диапазоне значений 0 р л,

Дл  определени  знака р с целью рас- ширени  диапазона измерени  фазового сдвига до 2 л( - тг) предназначен блок 14 формировани  сигнала признака знака фазового сдвига, который формирует на выходе сигнал Ui признака знака в виде. например, уровн  логической 1 при р 0 (фиг.2, Зм) или логического О, при р 0. Выходными сигналами, управл ющими работой блока 14,  вл ютс  импульсы

положительных нуль-переходов исследуемого сигнала LfeW (фиг.2 и Зг), которые поступают на вторые входы элементов 1$ 15 и 16, а также парафазные сигналы U, U с пр мого и инверсного выходов второго RS- триггера 7 блока 3, которые подаютс  на вторые входы соответственно первого 15 и второго 16 элементов И.

Сигналы1/15, Uiec выходов элементов И 15 и 16 (фиг.2 и Зк, л) управл ют работой RS-триггера 17, логический уровень сигнала Ui7 с пр мого выхода которого определ ет значение знакового разр да индикатора 13.

Точность определени  знака f в окрестност х значений р 0 и у ±тг зависит в предлагаемом устройстве от быстродействи  элементов И 15 и 16 и триггера 17, которое дл  современной цифровой элементной базы (например, серии 500) составл ет единицы наносекунд. Сравнительный анализ точностных характеристик предлагаемого устройства с известными показывает, что дополнительной составл ющей погрешности измерени  р , обусловленной неоднозначностью определени  знака р , можно пренебречь, так как быстродействие блока 14 формировани  сигнала признака знака на пор док выше быстродействи  аналоговых ключей, которые внос т основной вклад в суммарную погрешность измерени  р.

Таким образом, в устройстве дл  измерени  фазового сдвига повышена достоверность измерени  фазового сдвига в окрестности значений, равных ±,т/2.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  измерени  фазового сдвига, содержащее клеммы опорного и измер емого сигналов, первый и второй аналоговый ключи, сигнальные входы которых обьединены и соединены с клеммой опорного сигнала, а выходы подключены к входам соответственно первого и второго интеграторов , выходы которых соединены с входами арифметического блока, выходом соединенного с индикатором, отличающеес  тем, что, с целью повышени  достоверности измерений путем исключени  ошибок измерений в окрестности ±  /2, в него введены два формировател  коротких импульсов, входами соединенные соответственно с клеммами опорного и измер емого сигналов, три RS-триггера и два элемента И, причем входы формирователей коротких импульсов соединены соответственно с клеммами измер емого и опорного сигналов, первый выход первого формировател  коротких импульсов соединен с Sвходами первого и второго RS-триггеров, а второй выход - с R-входом второго RS-триг- гера, пр мой выход которого соединен с управл ющим входом второго ключа и первым входом первого элемента И, а инверсный - с первым входом второго элемента И, выход второго формировател  коротких импульсов соединен с R-входом первого RS

   а. 3 е

   он

   .з:

   и

   к

   /I.

   t

   Фм.г

   триггера и вторыми входами первого и второго элементов И, выходы которых соединены соответственно с S- и R-входами третьего RS-триггера. выход которого соединен с вторым входом индикатора, при этом выход первого RS-триггера соедийен с управл ющим входом первого ключа.

   и

   f в .

   д

   ж

   щ

   Vt

   ts

   v«

   Фм.З