Pierwszenstwo: Opublikowano: 30.IV.1970 59608 KI. 21 e, 25/04 MKP G 01 r Ufi) \0ty Twórcawynalazku: mgr inz Jerzy Kalinski Wlasciciel patentu: Polska Akademia Nauk (Zaklad Doswiadczalny Budo¬ wy Aparatury Naukowej UNIPAN), Warszawa (Pol¬ ska) 1'l.JBHU'UJLi. *wr Sposób automtycznego utrzymywania stalego przesuniecia fazy miedzy dwoma sygnalami o tej samej czestotliwosci oraz uklad do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób automaty¬ cznego utrzymywania stalego przesuniecia fazy miedzy dwoma sygnalami o tej samej czestotliwo¬ sci oraz uklad do stosowania tego sposobu.Uklady wykorzystujace okreslona stala róznice przesuniec fazowych miedzy dwoma sygnalami o tej samej czestotliwosci sa czesto stosowane w technice pomiarów elektronicznych oraz w zestawach i urza¬ dzeniach pomiarowych poslugujacych sie technika elektroniczna do pomiaru wielkosci fizycznych, mechanicznych, chemicznych i innych. W wiekszo¬ sci przypadków w sklad takich zestawów pomiaro¬ wych wchodzi generator sygnalów zmiennych zasi¬ lajacy badany uklad, badany zespól lub element oraz wzmacniacz sygnalu pobieranego z badanego zespolu lub elementu. Sygnal wyjsciowy wzmacnia¬ cza jest sygnalem zawierajacym szukane informa¬ cje, które moga byc odebrane przez pomiar ampli¬ tudy lub fazy tego sygnalu wzglednie ich zmian w stosunku do okreslonego sygnalu odniesienia.W lipznych ukladach pomiarowych stalosc kata przesuniecia fazowego miedzy sygnalem generatora zasilajacego i sygnalem wyjsciowym wzmacniacza jest czynnikiem zawierajacym decydujacy wplyw na wynik pomiaru. Jako przyklady tego typu roz¬ wiazan wymienic mozna uklady dzialajace w opar¬ ciu o zasade sumowania odwróconych w fazie o 130° sygnalów i wykazujace ich róznice, uklady do¬ dajace sygnaly przesuniete wzgledem siebie w fa¬ zie o okreslony kat w których amplituda sumy jest 10 15 25 miarodajna dja wyniku pomiaru, uklady pomiaro¬ we z detektorami fazoczulymi, w których sygnal wyjsciowy zmienia sie od maksymalnej dodatniej do maksymalnej ujemnej wartosci"dla katów prze¬ suniec fazowych miedzy sygnalem mierzonym i sygnalem odniesienia równych n* itd.We wszystkich tych przypadkach, w których sta¬ le przesuniecie fazy dwóch sygnalów o tej samej czestotliwosci wzgledem siebie wywiera decyduja¬ cy wplyw na wynik pomiaru zapewnienie duzej do¬ kladnosci i stabilnosci tego wyniku wymaga unie¬ zaleznienia charakterystyk fazowych torów obu sy¬ gnalów od regulacji ich parametrów technicznych oraz od niekontrolowanych zmian parametrów te¬ chnicznych elementów, podzespolów i zespolów skladowych ukladu pomiarowego.Rozwiazania konstrukcyjne tego. rodzaju ukla¬ dów wymagaja wiec badz bardzo starannego i zmu¬ dnego projektowania z punktu widzenia stalosci ich charakterystyk fazowych badz, w przypadkach gdy jest to mozliwe, wprowadzania recznego do¬ strajania kata przesuniecia fazowego obu sygna¬ lów wzgledem siebie celem uzyskania okreslonego sygnalu wyjsciowego i zapewnienia porównywal¬ nosci wskazan.! Celem wynalazku jest uzyskanie automatycznej stabilizacji kata przesuniecia fazowego miedzy dwoma sygnalami o tej samej czestotliwosci na za¬ mierzonej i uprzednio ustlonej wartosci w okre- 5960859608 3 4 slonych granicach zmian charakterystyk fazowych torów obu sygnalów oraz ich czestotliwosci.Cel ten zostal osiagniety przez wprowadzenie do toru jednego z sygnalów przesuwnika fazowego, którego kat przesuniecia fazowego moze byc regu¬ lowany plynnie przy pomocy sygnalu pradu stale¬ go. Przesuwnik ten ustala zamierzone przesuniecie fazy miedzy obydwoma sygnalami oraz automa¬ tycznie je stabilizuje przy sterowaniu go sygnalem bledu. Sygnal bledu sterujacy przesuwnikiem fa¬ zowym uzyskiwany jest w wyniku sumowania sy¬ gnalów wyjsciowych obu torów po uprzednim og¬ raniczeniu ich amplitud. Amplitudy sa ograniczone w celu uniezaleznienia sie od zmian amplitudy jed¬ nego lub obu sygnalów oraz od dodatkowego prze¬ suniecia w fazie wzgledem siebie.Sygnal wyjsciowy ukladu sumujacego po wzmo¬ cnieniu i wyprostowaniu steruje wartoscia kata przesuniecia fazowego w torze jednego z sygnalów w taki sposób, by wypadkowe przesuniecie fazy miedzy obu sygnalami pozostawalo stale i równe pierwotnie przyjetej wartosci. Nachylenie i zakres charakterystyki regulacji ustalane sa przez dobór poczatkowego przesuniecia fazy miedzy sygnalami o ograniczonych amplitudach, regulacje wzmocnie¬ nia wzmacniacza sygnalu bledu oraz dobór wielko¬ sci napiecia doprowadzanego do elementu regula¬ cyjnego przesuwnika fazy.Korzyscia techniczna wynikajaca ze stosowania wynalazku jest zwiekszenie dokladnosci i stabilno¬ sci wskazan ukladów dzialajacych w oparciu o za¬ sade wymagajaca utrzymania stalego przesuniecia fazowego miedzy dwoma sygnalami o tej samej czestotliwosci. Automatyczne utrzymywanie stale¬ go przesuniecia fazowego miedzy dwoma sygnala¬ mi uniezaleznia prawidlowe dzialanie ukladów od stalosci charakterystyk fazowych torów obu sygna¬ lów w funkcji regulacji ich parametrów technicz¬ nych, zmian parametrów podzespolów i zespolów skladowych tak biernych jak i czynnych oraz od stalosci czestotliwosci zródla tych sygnalów.Wynalazek zostanie blizej objasniony na przy¬ kladzie wykonania przedstawionym na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy ukladu do automatycznej regulacji kata przesuniecia fazo¬ wego miedzy dwoma sygnalami o tej samej czesto¬ tliwosci, fig. 2 — wykres wektorowy sygnalów wyjsciowych obu torów dla kata przesuniecia fa¬ zowego miedzy nimi równego 180°, fig. 3 — sche¬ maty ideowe obu przesuwników fazowych kanalu automatycznej regulacji fazy, fig. 4 — charaktery¬ styki fazowe przesuwników przedstawionych na fig. 3, fig. 5 — wykres wektorowy sygnalów w uk¬ ladzie sumujacym dla kata stabilizowanego równe¬ go 180°, fig. 6 — charakterystyke zaleznosci sygnalu wyjsciowego ukladu sumujacego od wartosci kata przesuniecia fazowego sygnalów doprowadzonych do jego wejsc przy równosci amplitud obu sygna¬ lów, fig. 7 — charakterystyke regulacji czyli krzy¬ wa zaleznosci sygnalu doprowadzanego do stero¬ wanego przesuwnika fazy od zmian zalozonego ka¬ ta przesuniecia fazowego miedzy sygnalami obu to¬ rów, fig. 8 —schemat ideowy zastosowanego w uk¬ ladzie sterowanego przesuwnika fazy wraz z ukla¬ dem prostowniczym sygnalu bledu i elementami sprzegajacymi.Uklad automatycznej regulacji fazy wykonany wedlug wynalazku przedstawiony jest na fig. 1. 5 Sterowany przesuwnik fazy 1 wlaczony w dowol¬ nym miejscu toru jednego z dwóch sygnalów o tej samej czestotliwosci Ua lub Uto, przesunietych wzgledem siebie w fazie o dowolny kat y, przesu¬ wa faze tego sygnalu o kat sób zalozony kat i|* przesuniecia fazy sygnalów wyjsciowych obu torów UA i UB wzgledem siebie.Sygnaly te doprowadzane sa przez przesuwniki fazy 2 i 3 do ograniczników amplitudy 4 i 5. Zada¬ niem przesuwników fazy 2 i 3 jest sprowadzenie zalozonego kata ty przesuniecia fazowego miedzy sygnalami doprowadzanymi do ukladów ograni¬ czników amplitudy do kata o stalej wartosci 8 niezaleznie od wartosci zalozonego kata ip.Kazdy z przesuwników fazowych RiCi i R^* których schematy ideowe przedstawiono na fig. 3 wprowadza przesuniecie fazowe o jednakowym module I — I i przeciwnym znaku. Zastosowanie dwóch przesuwników fazowych o charakterysty¬ kach w funkcji czestotliwosci przedstawionych na fig. 4 uniezaleznia wartosc wypadkowego kata v przesuniecia fazowego wprowadzanego przez oba przesuwniki od czestotliwosci sygnalów w waskim zakresie jej zmian.Uzyskiwana jest w ten sposób stabilizacja zalo¬ zonego kata ty przesuniecia fazowego równiez w funkcji zmian czestotliwosci zródla sygnalów. Wy¬ kres wektorowy sygnalów w ukladzie sumujacym 6 podano na rysunku fig. 5. Wartosc kata o stalej wartosci 8 dobrana jest do zalozonego zakresu re¬ gulacji ukladu automatyki fazowej w taki sposób, by dla maksymalnych wartosci zmian zalozonego kata Ai|?, suma katów o stalej wartosci 8 i At| nie przekroczyla 180°.Ograniczniki amplitudy 4 i 5 uniezalezniaja sy¬ gnal wyjsciowy ukaldu sumujacego 6 od zmian amplitudy sygnalów wyjsciowych UA i UB obu torów. Równosc sygnalów wyjsciowych ua i u^ obu ograniczników 4 i 5 uzaleznia sygnal wyjscio¬ wy ukladu sumujacego 6 wylacznie od stalej war¬ tosci kata 8 przesuniecia fazowego i od jego zmian.Charakterystyke zaleznosci sygnalu wyjsciowego UE ukladu sumujacego o stalej wartosci kata 8 po¬ dano na rysunku fig. 6.Sygnal ten po wzmocnieniu przez wzmacniacz pa¬ smowy 7 doprowadzany jest do ukladu prostowni¬ ka 8 i do przesuwnika fazy 1. Charakterystyke za¬ leznosci sygnalu UREG doprowadzanego do stero¬ wanego przesuwnika fazy 1 od zmian zalozonego kata ty przesuniecia fazowego miedzy tymi sygna¬ lami podano na rysunku fig. 7. Zmiana zalozonego kata ty przesuniecia fazowego o ± Aip powoduje zmiane o ± A8 kata o stalej wartosci 8 oraz zmia¬ ne amplitudy sygnalu wyjsciowego ukladu sumu¬ jacego o ± AUE .Zmiana amplitudy sygnalu zmiennego na wyjsciu ukladu sumujacego równoznaczna jest zmianie wielkosci sygnalu wyprostowanego doprowadzane¬ go do sterowanego przesuwnika fazy 1 i zmianie 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6051*608 kata przesuniecia fazowego wprowadzanego przez ten przesuwnik o ± A lania automatycznej regulacji fazy zmiana ta rów¬ na jest zmianie o ± Ai| zalozonego pierwotnego ka¬ ta t| przesuniecia fazowego miedzy sygnalami wyj¬ sciowymi UA i UB obu torów, tak ze wypadkowe przesuniecie fazowe tych sygnalów wzgledem sie¬ bie nie ulega zmianie.Schemat ideowy sterowanego przesuwnika fazy zastosowanego w ukladzie podano na rysunku fig. 8. W funkcji doprowadzanego sygnalu pradu stale¬ go ulega zmianom wartosc rezystancji warystora RW1 i kat przesuniecia fazy cp wprowadzany przez uklad sterowanego przesuwnika fazowego 1. Jako element sprzegajacy prostownik 8 z sterowanym przesuwnikiem fazowym 1 zastosowano równiez warystor RW2 o takiej samej wartosci rezystancji jak RW1. Dioda Zenera DZ wlaczona miedzy wyj¬ scie ukladu prostownika 8 i warystor sprzegajacy zmienia poziom sygnalu pradu stalego doprowadza¬ nego do obu warystorow i ustala optymalna jego wartosc, uzalezniona od zalozonego zakresu regula¬ cji kata fazowego i parametrów charakterystycznych warystorów.Opisany sposób i uklad do automatycznego utrzy¬ mywania stalego przesuniecia fazy miedzy dwoma sygnalami o tej samej czestotliwosci moze byc sto¬ sowany w urzadzeniach lub ukladach pomiaro¬ wych opartych na wykorzystaniu przesuniecia fa¬ zowego, w których dokladnosc i stabilnosc wyni¬ ków pomiaru zalezy od stalosci kata przesuniecia fazowego wprowadzanego przez urzadzenie lub uklad pomiarowy w funkcji niekontrolowanych zmian parametrów jego elementów, podzespolów i zespolów skladowych oraz regulacji parametrów technicznych calego urzadzenia wzglednie ukladu lub jednego z jego kanalów. Uklad moze byc zasto¬ sowany równiez w przypadku koniecznosci stabili¬ zacji katów przesuniec fazowych w wiekszej od dwóch ilosci torów sygnalów, przy czym w kazdy 10 15 20 25 30 35 40 nastepny tor musi byc wlaczony dodatkowy prze¬ suwnik fazowy. PL