SU1177763A1

SU1177763A1 - Meter of phase difference

Info

Publication number: SU1177763A1
Application number: SU833567054A
Authority: SU
Inventors: Андрей Абрикович Аллахвердов; Сергей Валентинович Линзель
Original assignee: Предприятие П/Я Г-4273
Priority date: 1983-03-23
Filing date: 1983-03-23
Publication date: 1985-09-07

Abstract

ИЗМЕРИТЕЛЬ РАЗНОСТИ ФАЗ, содержащий блок входных формирователей и последовательно соединенные между собой блок управлени , микро-, процессорную систему и блок индикации , отличающийс тем, что, с целью повышени точности измерени сдвига фаз, он снабжен последовательно соединенными блоком формировани информационных импульсов и блоком врем кодовых преобразователей , которые соединены с микропроцессорной системой, причем входы блока формировани информационных импульсов соединены с выходами блока входных формирователей, а выходы блока управлени - с управл ющими входами блока формировани информационных импульсов и блока врем кодовых преобразователей. N / 1 Од 00PHASE DIFFERENCE METER containing an input driver unit and a control unit, a micro-processor system and an indication unit connected in series with each other, in order to improve the accuracy of phase shift measurement, it is equipped with a series-connected information pulse shaping unit and a time code block converters that are connected to the microprocessor system, and the inputs of the information pulse shaping unit are connected to the outputs of the input driver unit, and the output dy control unit - with the control unit inputs information generating pulses and time block code converters. N / 1 Od 00

Description

фг/г./fg / g /

1 111 11

Изобретение относитс к измерительной техншсе и может быть использовано при создании автоматизированных измерительных систем.The invention relates to measurement technology and can be used to create automated measurement systems.

Цель изобретени - повышение точности измерени сдвига фаз путем изменени алгоритма измерени сигналов при изменении условий измерени , что позвол ет получить более высокую точность измерени , обусловленную возможностью как программно, так и оперативно выбрать алгоритм работы измерител в зависимости от условий измерени , возможность в автоматическом режиме находить алгоритм измерени , наиболее близкий к оптимальному в данных услови х, и реализовать его и розможнос ть измер ть и вычисл ть дополнительные параметры входных сигналов: частоту, период и некоторые погрешности измерени .The purpose of the invention is to improve the accuracy of phase shift measurement by changing the signal measurement algorithm when the measurement conditions change, which allows to obtain a higher measurement accuracy, due to the ability to both programmatically and quickly select the meter operation algorithm depending on the measurement conditions, the ability to automatically find the measurement algorithm that is closest to the optimal one under the given conditions, and implement it and measure and calculate additional parameters of the input signal s: frequency, period, and some measurement errors.

На фиг.1 представлена схема измерител разности фаз; на фиг.2 - схема одного из возможных вариантов реализации блока формировани информа- ционных импульсовJ на фиг.З - схема одного из вариантов реализации блока врем кодовых преобразователей.Figure 1 presents the scheme of measuring the phase difference; FIG. 2 is a diagram of one of the possible options for implementing an information pulse shaping unit; FIG. 3 is a diagram of one of the variants of implementing a time converter unit.

Измеритель разности фаз содержит блок 1 входных формирователей, блок 2 формировани информационных импульсов , блок 3 врем кодовых преобразователей , микропроцессорную систему 4, блок 5 управлени и блок 6 индикации. При этом выходы -блока 1 входных формирователей соединены с блоком 2 формировани информационных импульсов, выход которого соединен с входом блока 3 Блоки формировани информационных импульсов и врем кодовых преобразователей соединены через двунаправленные шины с микропроцессорной системой 4.. выход которой соединен с блоком 6 индикации . Выходы блока 5 управлени соединены с.блоком 2 формировани информационных импульсов, блоком 3 врем кодовых преобразователей и микропроцессорной системой 4. ,The phase difference meter contains a block of 1 input drivers, a block 2 of information pulse generation, a block 3 of time code converters, a microprocessor system 4, a block 5 of control and a block 6 of indication. The outputs of the block 1 of the input drivers are connected to the information pulse generation unit 2, the output of which is connected to the input of the block 3 The information pulse generation blocks and the time of the code converters are connected via bi-directional buses to the microprocessor system 4 .. the output of which is connected to the display unit 6. The outputs of the control unit 5 are connected with the unit 2 of the formation of information pulses, the unit 3, the time code converters and microprocessor system 4.,

Устройство работает следующим обазом .The device works as follows.

Входные напр жени U и Ug , межу которыми необходимо измерить разость фаз, подаютс на блок 1 входых )ормирователей, в котором по пееходам входных напр жений через пооговый уровень формируютс две поледовательности импульсов Л и ВThe input voltages U and Ug, between which it is necessary to measure the phase difference, are fed to the block 1 input heaters, in which, by way of the input voltages, two pulse sequences L and B are generated through the input voltage

7763277632

поступающие ,на блок 2 формировани информационных импульсов.arriving at block 2 of the formation of information pulses.

В блоке 2 формировани информационных импульсов формируютс N пос- 5 ледовательностей основных информационных импульсов. Ml последовательностей вспомогательных импульсов и L, дополнительных сигналов. Параметром, несущим информацию в последовательност х основных информационных импульсов , вл етс длительность импульсов , В простейшем случае основными информационными импульсами могут быть, например, последовательность импульсов, равных по длительности периоду входных сигналов, и последовательность импульсов, длительность которых пропорциональна разности фаз между входными сигналами. Параметром, несущим информацию в последовательност х вспомогательных информационных импульсов, вл етс , например, их число за заданньй интервал времени или моменты ихIn block 2 of the formation of information pulses, N sequences of the main information pulses are formed. Ml sequences of auxiliary pulses and L, additional signals. The parameter carrying information in the main information pulse sequences is the pulse duration. In the simplest case, the main information pulses can be, for example, a sequence of pulses equal in duration to the period of the input signals, and a sequence of pulses whose duration is proportional to the phase difference between the input signals. A parameter carrying information in sequences of auxiliary information pulses is, for example, their number for a given time interval or their moments

5 по влени . Последовательност ми вспомогательных информационных импульсов вл ютс , например две последовательности коротких импульсов, сформированных в моменты переходов5 on the appearance. The sequences of auxiliary information pulses are, for example, two sequences of short pulses formed at the moments of transitions

0 входных напр жений через нулевой0 input voltages through zero

уровень из отрицательной области в положительную, число которых равно числу периодов сигналов U и . Ug. Параметром, несущим информацию дополнительных сигналов, может вл тьс логический уровень этих сигналов, определ ющий знак измер емой разности фаз. Последовательности основных и вспомогательных информационных импульсов подаютс на блок 3 врем кодовых преобразователей, а до- полнительные сигналы - в микропроцессорную систему 4,the level from the negative to the positive region, the number of which is equal to the number of periods of the signals U and. Ug. The parameter carrying the information of the additional signals may be the logical level of these signals determining the sign of the measured phase difference. The sequences of the main and auxiliary information pulses are fed to the block 3 of the time of the code converters, and the additional signals are fed to the microprocessor system 4,

В блоке 3 врем кодовых преобразо5 вателей длительности основных информационных И1:пульсов каждой последовательности преобразуючс в код. В код также преобразуетс число вспомогательных импульсов в каждой последовательности . Моменты по влени вспомогательных импульсов уточн ют границы интервала времени измерени . Коды с блока 3 врем кодовых преобразователей подаютс в микропроцессорную систему 4. С управл ющих выходов микропроцессорной системы 4 сигналы подаютс на управл ющие входы блока 2 формировани информационных им3 пульсов и блока 3 врем кодовых преоб разователей 3. С блока 5 управлени задаютс режимы и алгоритмы работы измерител . В микропроцессорной системе 4 по алгоритму, наиболее близкому к оптимальному в данных услови х , производитс обработка введенной в него информации и вычисл етс значение разности фаз, которое индицируетс в блоке 6 индикации. В простейшем случае обработка информации может, например, осуществл тьс по формуле ЛФЬ у 2 , где дФ- зна;чение разности фаз; h - знак разности фазi fc - код, соответствующий разнос ти фаз, преобразуемой во временной интервал однопо- лупериодным способом с пере крытием; Т - код, соответствутощий периоду входных сигналов, Вариант реализации блока 2 формировани информационных импульсов . представлен на фиг.2. Входные сигналы А и В (пусть сигнал Л - опорньй подаютс на блок 7 подавлени широкополосных шумов с коррекцией, на формирователи 8 и 9 коротких импульсов , формирующие короткие импульсы по заднему и переднему фронтам сигналов Ли 6, а также на первые входы переключателей 10 и 11. На вторы входы электронных переключателей 10 и 11 подаютс очищенные от шумов импульсы с блока 7. По управл ющему сигналу с микропроцессорной системы 4 электронные переключатели 11 пропускают на выход либо сигналы. А и S , либо импульсы, поступающие с блока 7. С выходов коррекции блока 7 вьщаютс импульсы-tj и , предназначенные дл коррекции вычисл емой впоследствии разности фаз. С переключателей 10 и 11 сигн лы подаютс на устройство 12 опреде лени знака разности фаз в услови х широкополосных помех. Блок 13 сдвига на 180 по управл ющему сигналу от блока 5 управлени или от микропроцессорной системы 4 создает дрполнительньщ фазовьй сдвиг в 180 в канале 6 . Устройство 14 формировани последовательнос тей разностно-фазовых интервалов времени формирует три последовательности . импульсов i, t Т1 и t „, : Т1 тг ifl соответствует последовательности импульсов, получаемых с выхода триггерного однополупериодного формировател временныхинтервалов, - последовательности импульсов с выхода триггерного двухполупериодного формировател , П1 последовательности импульсов с выхода двухполупериодного формировател -с перекрытием . Счетный триггер 15 формирует последовательность импульсов Т, длительности которых соответствуют периоду входного сигнала UA . Элементы 16 и 17 вл ютс формировател ми коротких импульсов по обоим фронтам сигналов, поступающих на их входы. Последовательности информационных импульсов Т , i,д, , t,-,, ij, e вл ютс основными, последовательности N , 2 i.l вспомогательными, a сигнал ti - дополнительным . Вариант построени блока 3 врем кодовых преобразователей представлен на фиг.3. Восемь последовательностей основных информационных импульсов поступают на входной коммутатор 18, который подает на шесть первых входов блока 19 электронных ключей последовательности основных информационных импульсов, число и пор док подключени которых определ ютс алгоритмом измерени и задаютс управл ющим сигналом от микропроцессорной системы 4. Четьфе последовательности вспомогательных импульсов поступают на блок 20 счетчиков, в котором подсчитываетс число импульсов в каждой из последовательностей. Блок 20 счетчиков состоит из четырех вспомогательных и шести основных счетчиков. В блоке 19 электронных ключей, состо щем из шести идентичных ключей, осуществл етс временное квантование основных информационных импульсов. От трех генераторов 21-23 квантующих импульсов сигналы подаютс на коммутатор 24 квантующих последовательностей , с выходов которого квантующие последовательности подаютс на шесть входов блока 19 электронных ключей. Число и пор док подключени этих квантующих последовательностей определ ютс алгоритмом измерени и задаютс управл кицим сигналом от микропроцессорной систе мы 4. В шести основных счетчиках блока 20 подсчитьтаетс число квантующих импульсов в соответствующих последовательност х основных информационных импульсов. Информаци с блока 20 счетчиков по сигналу управлени от микропроцессорной системы 4 записываетс в дес ть регистров блока 25 пам ти, с выходов которого информаци поступает в микропроцессорную систему 4, где и обрабатьшаетс по заданному алгоритму. Рассмотрим наиболее близкие к оптимальным алгоритмы работы измерител разности фаз (фиг.1), в состав которого входит блок формировани информационных импульсов и блок врем кодовых преобразователей (фиг„2 и 3), дл четырех различныхусловий: на входе устройства присутствует высокочастотна помеха, создающа ложные переходы через нуль} во входных формировател х имеетс смещение нулевых линий,одновременное воздействие первого и второго факторов на режим измерени , высокочастотна помеха и смещение нулевых линий отсутствутат. При воздействии на входные сигналы высокочастотной помехи, если заранее известно, что измер ема разность фаз Д Ф находитс не в районе О или 180., то дл ее нахождени целесообразно использовать алгоритм, производ щий вычислени по формуле 3 -1, если -180 йФ О° + 1, если 0° дф +180° ( дл обозначени кодов, вводимых в микропроцессорную систему 4, используютс их эквивалентны, получаемые с выходов блока 2 формировани инфор г ционных импульсов). Сумма вида t, i,j означает, что с выходов входного коммутатора 18 на блок 19 электронных ключей поступают три одинако вые последовательности импульсов ioi где кажда из них квантуетс с помощью одного из трех генераторов квантующих импульсов. Если заранее неизвестна приближен на величина измер емой разности фаз лф или известно, что она находитс районе О или 180°, то дл ее нахождени целесообразно использовать алгоритм,, производ щий вычислени по формуле , Б этом случае управл ющий сигнал от микропроцессорной системы 4 поступает на электронные переключатели 10 и 11, подключа тем самым блок 7 подавлени широкополосных шумов с коррекцией . При смещении нулевых линий во входных формировател х блок 7 подавлени широкополосных шумов с коррекцией отключен. В этом случае дл нахождени измер емой разности фаз Дф целесообразно использовать алгоритм, производ щий вьиислени по формуле в случае смещени нулевых линий во входных формировател х и воздействи : на входные сигналы высокочастотной помехи целесообразно примен ть следующую формулу: - 424/VTe V Ke) подключив при этом блок 7 подавлени широкополосных шумов с коррекцией. При отсутствии высокочастотной помехи во входном сигнале и смещени нулевых линий во входных формировател х вычисление измер емой разности фаз .лФ следует гфоизводить по формуле 5 т,. 360° 3 Предлагаемый измеритель разности фаз имеет возможность в автоматическом режиме производить выбор алгоритма измерени , наиболее близкого к оптимальному при различных услови х измерени , а затем производить вычисление по выбранному алгоритму. П р и м е р. В течение определенного промежутка времени, равного целому числу периодов сигнала Уд , про1 изводитс предварительный замер, в результате которого в коды преобраз ютс число вспомогательных информационных импульсов последовательностей г (назовем эти к ды также М « j. . ) и число квантующих импульсов, соответствующее длительност м каждото из основн информационных импульсов ГА и Та (н зовем эти коды также Т. и ig В микропроцессорной системе 4 вы числ ютс величины N. JN -N 1 V 1.1 1.1 I 2(N,,-N,.,, TAeHV Bl, и производитс р д сравнений, по ко торым выбираетс наиболее оптимальный алгоритм измерени в данных услови х . Если N 0 или N о и дв 1, следовательно, на входные сигналы воздействует высокочастотна помеха но нет смещений нулевых линий во входных формировател х. Исход из этого выбираетс алгоритм измерени который в конечном итоге производит вычислени по формуле (1). 63 Если N , и Тдц 1, 1, следовательно , отсутствует воздействие высокочастотной помехи, но существует смещение нулевых линий во входных формировател х. В этом случае дальнейша работа измерител разности фаз осуществл етс по алгоритму,производ щему вычислени по формуле (2). Если N /О или ГУ2 JO и Тдв 1 , следовательно, на входные сигналы воздействует высокочастотна помеха и имеетс смещение -нулевых линий во входных формировател х и в этом случае измеритель разности фаз работает по алгоритму, производ щему вычислени по формуле (3). Если и , то смещение нулевых линий во входных формировател х и воздействие высокочастотной помехи отсутствуют и вычислени разности фаз производ тс по формуле (4). В процессе проведени измерений в автоматическом режиме устройство имеет возможность параллельно с вычислением разности фаз непрерывно контролировать правильность выбора алгоритма измерени и цри необходимости мен ть его.In block 3, the time of code converters of the duration of the main information I1: pulses of each sequence is converted into a code. The code also converts the number of auxiliary pulses in each sequence. The instants of the appearance of auxiliary pulses clarify the limits of the measurement time interval. The codes from block 3 of time of code converters are fed to microprocessor system 4. From the control outputs of microprocessor system 4, signals are sent to the control inputs of block 2 for generating information pulses 3 and block 3 for code converters 3. From block 5 of control, modes and algorithms are set the meter. In the microprocessor system 4, according to the algorithm that is closest to the optimum in these conditions, the information entered into it is processed and the value of the phase difference is calculated, which is indicated in the display unit 6. In the simplest case, information processing can, for example, be carried out according to the formula LFy 2, where dF is the value of the phase difference; h is the sign of the phase difference; fc is the code corresponding to the phase difference transformed into a time interval by a single-half-period method with overlap; T is a code corresponding to the period of input signals. A variant of the implementation of block 2 of the formation of information pulses. presented in figure 2. The input signals A and B (even if the signal A is a reference are fed to a block 7 for suppressing broadband noise with correction, to shapers 8 and 9 of short pulses that form short pulses on the falling and leading edges of signals Li 6, and also to the first inputs of switches 10 and 11 The second inputs of electronic switches 10 and 11 are supplied with noise-free pulses from block 7. According to the control signal from microprocessor system 4, electronic switches 11 pass either signals A and S or pulses from block 7 to the output. The signals of block 7 are impulses -tj and are intended for correcting the subsequently calculated phase difference. From switches 10 and 11, signals are sent to device 12 for determining the sign of phase difference in conditions of wideband interference .Higger 13 is shifted 180 on the control signal from The control unit 5 or from the microprocessor system 4 creates a further phase shift of 180 in channel 6. The device 14 for forming a sequence of difference-phase time intervals forms three sequences. impulses i, t T1 and t „,: T1 tg ifl corresponds to the sequence of pulses received from the output of the half-trigger trigger time interval, - the sequence of pulses from the output of the trigger half-wave former, P1 of the pulse sequence from the output of the full-wave former - overlapping. Counting trigger 15 generates a sequence of pulses T, the duration of which corresponds to the period of the input signal UA. Elements 16 and 17 are shapers of short pulses on both fronts of signals arriving at their inputs. The sequences of information pulses T, i, d,, t, - ,, ij, e are basic, the sequences N, 2 i.l are auxiliary, and the signal ti is optional. A variant of building block 3 of time code converters is presented in FIG. Eight sequences of basic information pulses are fed to input switch 18, which supplies to six first inputs of electronic key block 19 a sequence of basic information pulses, the number and order of connection of which are determined by the measurement algorithm and set by the control signal from the microprocessor system 4. Auxiliary pulse sequences arrive at block 20 of counters, in which the number of pulses in each of the sequences is counted. The block of 20 meters consists of four auxiliary and six main meters. In block 19 of electronic keys consisting of six identical keys, a temporary quantization of the main information pulses is performed. From three generators 21-23 of quantizing pulses, signals are sent to a switch 24 of quantizing sequences, from the outputs of which quantizing sequences are fed to six inputs of an electronic switch unit 19. The number and order of connection of these quantizing sequences are determined by the measurement algorithm and are set by controlling the signal from the microprocessor system 4. The six main counters of block 20 calculate the number of quantizing pulses in the corresponding sequences of basic information pulses. The information from the block of 20 counters on the control signal from the microprocessor system 4 is recorded in ten registers of the memory block 25, from the outputs of which the information enters the microprocessor system 4, where it is processed according to a predetermined algorithm. Consider the closest to the optimal algorithms of the phase difference meter (Fig. 1), which includes the information pulse generation unit and the code converter time block (Figs. 2 and 3), for four different conditions: there is a high-frequency noise at the device input, creating false zero transitions} in the input drivers there is a zero-line offset, the simultaneous effect of the first and second factors on the measurement mode, high-frequency noise and zero-line offset are absent. When affecting the input signals of high-frequency interference, if it is known in advance that the measured phase difference D F is not in the O or 180 region, then it is advisable to use an algorithm that performs calculations using the formula 3 -1, if -180 OF ° + 1 if 0 ° df + 180 ° (to denote codes entered into microprocessor system 4, their equivalent is used, obtained from the outputs of the information pulse formation unit 2). A sum of the form t, i, j means that three identical pulse sequences ioi arrive from the outputs of the input switch 18 to the electronic keys block 19 where each of them is quantized using one of three quantizing pulse generators. If the unknown is not close to the magnitude of the measured phase difference LF or it is known that it is in the O or 180 ° region, then to find it, it is advisable to use an algorithm that performs calculations using the formula, In this case, the control signal from microprocessor system 4 is fed to electronic switches 10 and 11, thereby connecting the block 7 suppression of broadband noise with correction. When the zero lines are displaced in the input shapers, the broadband noise suppression unit 7 with the correction is turned off. In this case, to find the measured phase difference Df, it is advisable to use an algorithm that generates the effects by the formula in the case of displacement of zero lines in the input drivers and affects: the following formula should be applied to the high-frequency noise input signals: - 424 / VTe V Ke) connecting the block 7 suppression of broadband noise with correction. In the absence of high-frequency interference in the input signal and the displacement of the zero lines in the input drivers, the calculation of the measured phase difference. LF should be produced by the formula of 5 tons. 360 ° 3 The proposed phase difference meter has the ability to automatically select the measurement algorithm that is closest to the optimum under various measurement conditions, and then perform a calculation using the selected algorithm. PRI me R. During a certain period of time equal to an integer number of periods of the signal Od, preliminary measurement is performed, as a result of which the number of auxiliary information pulses of the sequences r (we call these also M j j.) And the number of quantizing pulses corresponding to the duration m each of the main information pulses GA and Ta (we call these codes also T. and ig. In microprocessor-based system 4, the values of N. are calculated. JN -N 1 V 1.1 1.1 I 2 (N ,, -N,. ,, TAeHV Bl , and a number of comparisons are made, according to which with the most optimal measurement algorithm under these conditions. If N 0 or N o and dv 1, therefore, the input signals are affected by high-frequency interference, but there are no shifts of the zero lines in the input drivers, so the measurement algorithm is chosen that ultimately performs the calculations according to the formula (1). 63 If N, and Tdc 1, 1, therefore, there is no effect of high-frequency interference, but there is an offset of zero lines in the input drivers. In this case, further work of the phase difference meter is performed using an algorithm that performs calculations using formula (2). If N / O or GU2 JO and Tdv 1, therefore, the input signals are affected by high-frequency interference and there is an offset of zero lines in the input drivers, and in this case, the phase difference meter operates according to an algorithm that calculates using formula (3). If and, then the zero line offset in the input shapers and the effect of high-frequency interference are absent and the phase difference is calculated using the formula (4). In the process of taking measurements in the automatic mode, the device has the ability, in parallel with the calculation of the phase difference, to continuously monitor the correctness of the choice of the measurement algorithm and the need to change it.

11777631177763

/м tne Т ТА Tg trj trz tnz/ m tne T TA Tg trj trz tnz

,WW4/, WW4 /

Фиг,3FIG 3

Claims

PHASE DIFFERENCE METER, comprising a block of input shapers and a control unit, a micro-, processor system and an indication unit connected in series, characterized in that, in order to increase the accuracy of phase shift measurement, it is equipped with a series-connected information pulse generation unit and a time-code unit converters that are connected to the microprocessor system, and the inputs of the information pulse forming unit are connected to the outputs of the input formers unit, and the outputs are and control - to control inputs of the block form information and pulses vremyakoO block pa converters. <d

FIG. 1

W)