RU2022280C1

RU2022280C1 - Digital phase meter for measuring instant value of phase shift angle

Info

Publication number: RU2022280C1
Authority: RU
Inventors: А.Г. Азаров; О.П. Малофей; Я.А. Надточий; А.П. Коваленко; А.О. Малофей
Original assignee: Азаров Александр Григорьевич; Малофей Олег Павлович; Надточий Ярослав Александрович; Коваленко Александр Павлович; Малофей Александр Олегович
Priority date: 1991-05-06
Filing date: 1991-05-06
Publication date: 1994-10-30

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: device has two formers, two flip-flops, three implication elements, generator, two coincidence elements, two OR gates. EFFECT: improved precision of measurement. 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения мгновенного значения угла сдвига фаз двух электрических сигналов в различных радио- и распределительных устройствах. The invention relates to measuring equipment and can be used to measure the instantaneous value of the phase angle of two electrical signals in various radio and distribution devices.

Известен цифровой фазометр по а.с. СССР N 387302, 1965, содержащий счетчик импульсов, первый формирователь, вход которого подключен к шине опорного сигнала, а выход - к первому входу первого электронного ключа, второй вход которого соединен с выходом делителя частоты и выходом генератора импульсов, второй формирователь, вход которого соединен с шиной исследуемого сигнала, а выход - с третьим входом первого электронного ключа и первым входом второго электронного ключа. A well-known digital phasometer by A.S. USSR N 387302, 1965, containing a pulse counter, the first driver, the input of which is connected to the reference signal bus, and the output - to the first input of the first electronic key, the second input of which is connected to the output of the frequency divider and the output of the pulse generator, the second driver, whose input is connected with the bus of the signal under investigation, and the output with the third input of the first electronic key and the first input of the second electronic key.

Недостатком известного устройства является низкое быстродействие, небольшая точность измерения, так как измерение мгновенного значения угла сдвига фазы осуществляется за четыре периода исследуемого сигнала. A disadvantage of the known device is low speed, low measurement accuracy, since the measurement of the instantaneous value of the phase angle is carried out over four periods of the signal under study.

Известен также цифровой фазометр для измерения мгновенного значения угла сдвига фаз [1], содержащий первый и второй формирователи импульсов, первый и второй триггеры, первый и второй элементы совпадения, соединенные с генератором образцовой частоты, и счетчик. Also known is a digital phase meter for measuring the instantaneous value of the angle of phase shift [1], containing the first and second pulse shapers, the first and second triggers, the first and second coincidence elements connected to the reference frequency generator, and a counter.

Недостатком данного устройства является невозможность измерения мгновенного значения сдвига фаз по мере уменьшения фазового сдвига, что не позволит применять его при быстро изменяющихся фазовых сдвигах между двумя напряжениями. The disadvantage of this device is the inability to measure the instantaneous value of the phase shift with decreasing phase shift, which will not allow it to be used with rapidly changing phase shifts between two voltages.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является цифровой фазометр для измерения мгновенного значения угла сдвига фаз [2], содержащий первый и второй формирователи импульсов, первый и второй триггеры, первый и второй элементы импликации, генератор, два элемента совпадения, элемент ИЛИ и счетчик, при этом первый вход фазометра через последовательно соединенные первые формирователь, триггер, элемент импликации, элемент совпадения подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход фазометра через последовательно соединенные вторые формирователь, триггер, элемент импликации, элемент совпадения подключен к второму входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом счетчика, вторые входы элементов совпадения подключены к выходу генератора, а вторые входы первого и второго элементов импликации подключены к выходу второго триггера и к выходу первого триггера соответственно. Closest to the technical nature of the present invention is a digital phase meter for measuring the instantaneous value of the phase angle [2], containing the first and second pulse shapers, first and second triggers, first and second implication elements, a generator, two coincidence elements, an OR element and a counter wherein the first input of the phase meter through series-connected the first driver, trigger, implication element, the match element is connected to the first input of the OR element, the second input of the phase meter through The second shaper, trigger, implication element, the coincidence element are connected to the second input of the OR element, the output of which is connected to the counter input, the second inputs of the coincidence elements are connected to the generator output, and the second inputs of the first and second implication elements are connected to the output of the second trigger and the output of the first trigger, respectively.

Недостатком данного фазометра является низкая точность измерения из-за невозможности определения момента перехода фазового сдвига через нулевое значение, т. е. определения знака фазового сдвига. Действительно, если U₁ опережает U₂ на некоторый угол φ, то при уменьшении этого угла до некоторого значения φ₁ и при дальнейшем увеличении его невозможно определить, какое из напряжений опережает другое, так как в случае перехода через нулевое значение U₂ будет опережать U₁; если же перехода не было, то U₁ будет опережать U₂. Знание знака фазового сдвига позволит значительно быстрее добиться установления необходимого соотношения фаз между напряжениями.The disadvantage of this phase meter is the low accuracy of the measurement due to the inability to determine the moment of transition of the phase shift through a zero value, i.e., to determine the sign of the phase shift. Indeed, if U _{1 is} ahead of U ₂ by a certain angle φ, then when this angle decreases to a certain value of φ ₁ and with a further increase in it, it is impossible to determine which of the voltages is ahead of the other, since in the case of a transition through a zero value, U ₂ will be ahead of U ₁ ; if there was no transition, then U ₁ will be ahead of U ₂ . Knowing the sign of the phase shift will allow much faster to achieve the establishment of the necessary phase relationship between the voltages.

Цель изобретения - получение полной информации о характере изменения фазового сдвига и величине его мгновенного значения. The purpose of the invention is to obtain complete information about the nature of the phase shift and its instantaneous value.

Цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены второй элемент ИЛИ и элемент импликации, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго элементов импликации соответственно, счетный вход первого триггера подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен со счетным входом второго триггера, выход второго элемента ИЛИ соединен с входами установки в нуль обоих триггеров. The goal is achieved by the fact that a second OR element and an implication element are added to the device, the first and second inputs of which are connected to the outputs of the first and second implication elements, respectively, the counting input of the first trigger is connected to the first input of the second OR element, the second input of which is connected to the counting input of the second trigger, the output of the second OR element is connected to the zero inputs of both triggers.

Рассмотрим соответствие технического решения критерию "существенные отличия". Consider the conformity of the technical solution to the criterion of "significant differences".

Отличительными признаками устройства являются следующие: введен элемент импликации; элемент ИЛИ; новые связи введенных элементов; совокупность первых трех признаков. Distinctive features of the device are the following: an implication element is introduced; OR element new links of the entered elements; the totality of the first three signs.

Анализ отличительных признаков показывает, что сами по себе признаки 1-3 известны, а признак 4 - нет. An analysis of the distinguishing features shows that traits 1–3 are known per se, and trait 4 is not.

Авторам не известны технические решения, использование в которых последнего признака приводило бы к достижению того же положительного эффекта, что и в заявляемом решении. The authors are not aware of technical solutions in which the use of the latter feature would lead to the achievement of the same positive effect as in the claimed solution.

Согласно п. 52 (33-2-74) можно заключить, что заявляемое техническое решение является "охраноспособным" по критерию "существенные отличия". According to paragraph 52 (33-2-74), it can be concluded that the claimed technical solution is “protectable” by the criterion of “significant differences”.

На чертеже представлена структурная схема цифрового фазометра для измерения мгновенного значения угла сдвига фаз. The drawing shows a structural diagram of a digital phase meter for measuring the instantaneous value of the angle of phase shift.

Предлагаемое устройство содержит первый и второй формирователи 1 и 2 импульсов, первый и второй триггеры 3 и 4, первый и второй элементы 5 и 6 импликации, генератор 7, два элемента 8 и 9 совпадения, элемент ИЛИ 10, счетчик 11 и третий элемент 12 импликации, второй элемент ИЛИ 13. The proposed device contains the first and second drivers 1 and 2 pulses, the first and second triggers 3 and 4, the first and second elements 5 and 6 of the implication, the generator 7, two elements 8 and 9 matches, the element OR 10, the counter 11 and the third element 12 of the implication , second element OR 13.

Первый вход фазометра через последовательно соединенные первые формирователь 1, триггер 3, элемент 5 импликации, элемент 8 совпадения подключены к первому входу элемента ИЛИ 10. The first input of the phase meter through series-connected first shaper 1, trigger 3, element 5 of implication, element 8 matches are connected to the first input of element OR 10.

Второй вход элемента фазометра через последовательно соединенные вторые формирователь 2, триггер 4, элемент 6 импликации, элемент 9 совпадения подключен к второму входу элемента ИЛИ 10, выход которого соединен с входом счетчика 11. Вторые входы элементов 8 и 9 совпадения подключены к выходу генератора 7, вторые входы элементов 5 и 6 импликации подключены к выходу второго триггера 4 и к выходу первого триггера 3 соответственно, а вторые входы обоих триггеров подключены к выходу элемента ИЛИ 13, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго формирователей 1 и 2 соответственно. The second input of the phase meter element through series-connected second driver 2, trigger 4, implication element 6, match element 9 is connected to the second input of OR element 10, the output of which is connected to the input of counter 11. The second inputs of match elements 8 and 9 are connected to the output of generator 7, the second inputs of implication elements 5 and 6 are connected to the output of the second trigger 4 and to the output of the first trigger 3, respectively, and the second inputs of both triggers are connected to the output of the OR element 13, the first and second inputs of which are connected to the outputs of second and second formers 1 and 2, respectively.

Переброс триггеров в новое состояние осуществляется по фронту (переднему) счетного импульса, а вход установки в "нуль" является инверсным, т. е. триггеры устанавливаются в нулевое состояние при подаче на этот вход нулевого потенциала или иначе - по спаду (заднему фронту) единичного потенциала. The triggers are transferred to a new state along the edge (leading) of the counting pulse, and the zero input is inverse, that is, the triggers are set to zero when a zero potential is applied to this input, or otherwise, when the unit (the falling edge) potential.

Фазометр работает следующим образом. The phasometer works as follows.

На входы формирователей 1 и 2 импульсов поступают сигналы, для которых определяется разность угла сдвига фаз. Формирователи 1 и 2 вырабатывают импульсы, длительность которых равна длительности положительных полуволн сигналов. Эти импульсы с выходов формирователей поступают на входы триггеров 3 и 4 соответственно. The inputs of the pulse former 1 and 2 receive signals for which the phase angle difference is determined. Shapers 1 and 2 generate pulses whose duration is equal to the duration of the positive half-wave signals. These pulses from the outputs of the shapers go to the inputs of triggers 3 and 4, respectively.

Поскольку за счет отставания одного из входных сигналов триггеров от другого триггеры устанавливаются в единичное состояние не одновременно (в исходном состоянии оба триггера находятся в нулевом состоянии), то и потенциалы на их выходах, соединенных с входами элементов 5 и 6 импликации, появляются с некоторым отставанием по времени, равным разности угла сдвига фаз. После того, как оба триггера установятся в единичное состояние, они оба будут установлены в нулевое состояние по спаду первого импульса и будут готовы к поступлению очередных импульсов на счетные входы. Так как в нулевое состояние будут установлены оба триггера (входы установки в "нуль" триггеров через элемент ИЛИ 13 соединены и их счетными входами) по спаду первого импульса, то по спаду второго (отстающего) импульса на выходах триггеров никаких изменений не произойдет. Таким образом, за счет одновременного обнуления обоих триггеров обеспечивается однозначность определения временного сдвига на выходах элементов 5 и 6 импликации. Since due to the lag of one of the input signals of the triggers from the other, the triggers are not set to a single state at the same time (in the initial state both triggers are in the zero state), the potentials at their outputs connected to the inputs of the elements 5 and 6 of the implication appear with some lag in time equal to the phase angle difference. After both triggers are set to a single state, they will both be set to zero by the fall of the first pulse and will be ready for the next pulses to arrive at the counting inputs. Since both triggers will be set to the zero state (the triggering “zero” inputs of the triggers through the OR element 13 are connected by their counting inputs) by the decay of the first pulse, then there will be no changes in the decay of the second (lagging) pulse at the outputs of the triggers. Thus, due to the simultaneous zeroing of both triggers, the uniqueness of determining the time shift at the outputs of the elements 5 and 6 of the implication is ensured.

Элементы 5 и 6 импликации работают таким образом, что при наличии на первом входе потенциала, соответствующего логической "1", а на втором входе потенциала, соответствующего логическому "0", на выходе устанавливается потенциал, соответствующий логической "1". Вследствие этого на выходах элементов 5 и 6 появляется импульс, по длительности равный углу сдвига. Если импульс с выхода триггера 3 опережает по времени импульс с выхода триггера 4,то появляется импульс на выходе элемента 5. Если импульс с выхода триггера 3 отстает по времени от импульса с выхода триггера 4, то появляется импульс на выходе элемента 6. Элемент 12 импликации работает аналогично элементам 5 и 6. Если на первом его входе будет единичный потенциал, а на втором - нулевой, то на его выходе будет единичный потенциал, говорящий о том, что напряжение на входе формирователя 1 опережает входное напряжение формирователя 2. В случае нулевого потенциала на первом входе, а единичного - на втором, на выходе элемента 12 импликации будет нулевой потенциал, значит входное сопротивление формирователя 1 отстает от входного напряжения формирователя 2. The implication elements 5 and 6 work in such a way that if there is a potential corresponding to a logical “1” at the first input and a potential corresponding to a logical “0” at the second input, a potential corresponding to a logical “1” is established at the output. As a result, an impulse appears in the outputs of elements 5 and 6, equal in duration to the shear angle. If the pulse from the output of trigger 3 is ahead in time of the pulse from the output of trigger 4, then a pulse appears at the output of element 5. If the pulse from the output of trigger 3 is behind the pulse from the output of trigger 4, then a pulse appears at the output of element 6. Element 12 of implication works similarly to elements 5 and 6. If there is a unit potential at its first input and zero at the second, then there will be a unit potential at its output, indicating that the voltage at the input of the driver 1 is ahead of the input voltage of the driver 2. In the case of zero potential of the first input unit and - in the second, output member 12, the implication would be zero potential, then the input impedance generator 1 lags behind the input voltage of the generator 2.

С выходов элементов 5 и 6 импликации импульсы поступают на входы элементов 8 и 9 совпадения и открывают один из них. Через открытый элемент совпадения импульсы от генератора 7 образцовой частоты поступают на вход элемента ИЛИ 10. Количество импульсов, прошедшее от генератора 7 через элемент совпадения на вход счетчика 11, можно подсчитать по формуле
К_н= f˙τ, где τ - длительность импульса, вырабатываемого элементами 5 и 6 импликации;
f - частота генератора образцовой частоты.From the outputs of the implication elements 5 and 6, the pulses arrive at the inputs of the coincidence elements 8 and 9 and open one of them. Through the open matching element, pulses from the generator 7 of the reference frequency are fed to the input of the OR element 10. The number of pulses transmitted from the generator 7 through the matching element to the input of the counter 11 can be calculated by the formula
K _n = f˙τ, where τ is the duration of the pulse generated by the implication elements 5 and 6;
f is the frequency of the reference frequency generator.

Предлагаемое техническое решение обладает более высокими технико-экономическими показателями по сравнению с известным устройством. The proposed technical solution has a higher technical and economic performance compared with the known device.

Техническое преимущество нового устройства заключается в возможности определения знака фазового сдвига. The technical advantage of the new device is the ability to determine the sign of the phase shift.

Положительный эффект, который можно получить в результате применения нового устройства, заключается в повышении точности измерений, так как сведения о знаке фазового сдвига позволят в любой момент времени узнать, какое из напряжений отстает (опережает) другое, а также избавиться от погрешности, возникающей за счет быстрого изменения фазового сдвига, когда, изменяясь (увеличиваясь и уменьшаясь или наоборот), он не переходит через нулевое значение, т.е. устранить неопределенность перехода фазового сдвига через нуль. The positive effect that can be obtained as a result of the use of the new device is to increase the accuracy of measurements, since information on the sign of the phase shift will allow at any time to find out which of the voltages is behind (ahead) of the other, and also to get rid of the error arising from rapid changes in the phase shift, when, changing (increasing and decreasing or vice versa), it does not go through the zero value, i.e. eliminate the uncertainty of the transition of the phase shift through zero.

Claims

DIGITAL PHASOMETER FOR MEASURING THE INSTANT VALUE OF THE PHASE SHIFT ANGLE, containing the first and second pulse shapers, the first and second triggers, the first and second implication elements, the model of the frequency generator, two coincidence elements, the first OR element and the counter, the first input of the phase meter through series-connected first first shaper, trigger, implication element, coincidence element connected to the first input of the OR element, the second input of the phase meter similarly through the second shaper connected in series, trigger p, the implication element, the coincidence element is connected to the second input of the first OR element, the output of which is connected to the counter input, the second inputs of the coincidence elements are connected to the output of the reference frequency generator, and the second inputs of the first and second implication elements are connected to the output of the second trigger and the output of the first trigger accordingly, characterized in that, in order to increase the measurement accuracy, a second OR element, a third implication element, are introduced into it, while the first and second inputs of the latter are connected to the outputs of the second of the first and first implication elements, respectively, the counting input of the first trigger is connected to the first input of the second OR element, the second input of which is connected to the counting input of the second trigger, and the output is connected to the output of the set to “0” of both triggers.