SU1559308A1 - Способ определени мгновенных значений фазового сдвига электрических сигналов - Google Patents
Способ определени мгновенных значений фазового сдвига электрических сигналов Download PDFInfo
- Publication number
- SU1559308A1 SU1559308A1 SU884408855A SU4408855A SU1559308A1 SU 1559308 A1 SU1559308 A1 SU 1559308A1 SU 884408855 A SU884408855 A SU 884408855A SU 4408855 A SU4408855 A SU 4408855A SU 1559308 A1 SU1559308 A1 SU 1559308A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- reference levels
- sign
- signals
- values
- time
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Phase Differences (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к информационно-измерительной технике. Цель - повышение точности измерени . По предлагаемому способу выдел ют временной интервал, равный полупериоду по моментам перехода опорного сигнала через опорные уровни +Uоп и -Uоп @ , равные по значению и противоположные на знаку, формируют опорные уровни +Uоп @ и -Uоп @ , +Uоп @ и -Uоп @ , выдел ют временные интервалы 0,5T-ΔТХ, 0,5T+ΔТХ по моментам перехода исследуемых сигналов в противоположных направлени х через опорные уровни Uоп @ и -Uоп @ , Uоп @ и -Uоп @ , измер ют значени N2 и N3 временных интервалов 0,5T-ΔТХ и 0,5Т+Δтх и значение N1 полупериода при частоте квантовани F1. Одновременно выдел ют дополнительный временной интервал, равный полупериоду исследуемых сигналов при значени х опорных уровней +Uоп @ и -Uоп @ , измер ют значение N4 дополнительного временного интервала при значении частоты квантовани F2≠F1, а о мгновенном значении фазового сдвига электрических сигналов суд т по выражению N1=F1-F2/F1 N3-N2/N4-N1. Значени опорных уровней +Uоп @ и -Uоп @ , +Uоп @ и -Uоп @ формируют равными по значению и противоположными по знаку, измер ют значени амплитуд исследуемых сигналов и устанавливают значени опорных уровней ±Uоп @ в α раз меньшими, чем значени опорных уровней ±Uоп @ .При этом знаки опорных уровней в каждый полупериод устанавливают соответствующими знакам сравниваемых сигналов с последующим формированием признаков квадранта. Поставленна цель достигаетс за счет компенсации аддитивных и мультипликативных составл ющих погрешности и уменьшени амплитудно-фазовых погрешностей. 2 з.п.ф-лы. 1 табл. 5 ил.
Description
Изобретение относитс к информационно-измерительной технике, в частности к фазометрии диапазона низких и инфранизких частот, и может быть использовано по пр мому назначению при измерении не только мгновен
ных значений фазового сдвига электрических сигналов, но и мощности, косинуса угла потерь и т.д., а также при реализации фазовых методов измерени свойств вецесть и материалов .
Целью изобретени вл етс повышение точности измерени .
На фиг Л представлены диаграммы, по сн ющие способ; на фиг.2 - структурна схема устройства, реализующего способ; на фиг.З формирователь временных интервалов; на фиг. - блок определени квадрата; на фиг.5 - дешифратор.
Устройство содержит формирователь 1 временных интервалов, первый - четвертый элементы И 2 - 5, первый генератор 6 импульсов частоты квантовани fKei второй генератор 7 импульсов частоты квантовани fKe3, первый - п тый счетчики 8-12 импульсов , мультиплексор 13 задатчик 1 числа N0,90, задатчик 15 числа N02 (f 2-f.,) f,, арифметический блок 16, отсчетно-регистрирующий блок 17 и блок 18 автоматического определени номера квадранта и знака измер емого фазового сдвига.
Первый выход формировател 1 вре-i менных интервалов через элемент И 2 и счетчик 8 соединен с первыми входами мультиплексора 13, вторые входы которого через счетчик 9 и элемент И 3 соединены с вторым выходом формировател 1.
Третий выход формировател 1 через элементы И k и счетчик 10 соединен с третьими входами мультиплексора 13, четвертые входы которого через счетчик 11 и элемент И 5 соединены с четвертыми выходами формировател 1. П тые и шестые входы мультиплексора 13 соединены с выходами соответственно задатчиков 1 и 15- числа, а седьмые входы через счетчик 12 соединены с шестым выходом формировател 1, п тый выход которого соединен с установочными входами счетчиков 8 - 12. Вторые входы элементов И 2 - k соединены с выходом первого генератора 6, а второй вход элемента , И 5 соединен с выходом второго генератора 7. С седьмого по дев тый выходы формировател 1 соединены с входами блока 18 определени номера
квадранта, четвертый вход которого
f соединен с клеммой опорного сигнала,
а выход - с управл ющим входом формировател 1.
Выходы мультиплексора 13 через арифметический блок 16, вторые входы которого соединены с выходами счетчика 12, соединены с входами отсчет5
0
но-регистрирующего блока 17. При этом формирователь временных интервалов 1 содержит (фиг.З) формирователь 19 опорных уровней, первый 20 и второй 21 управл емые делители напр жени , шесть компараторов 22 - 27, нуль-орган 28, четыре двухвходо- вых элемента ИЛИ-НЕ 29 - 32, один
трехвходовой элемент ИЛИ-НЕ 33 и один шестивходовой элемент ИЛИ-НЕ 3, три одновибратора 35 - 37, усилитель 38 мощности, четыре счетных триггера 39 - 2 и измеритель 3 от5 ношени амплитуд.
Первый вход формировател 1 временных интервалов соединен с первыми входами измерител 43 отношени амплитуд, первого - п того ксмпаратоQ ров 22 - 26. Второй вход формировател 1 временных интервалов соединен с вторым входом измерител 3 отношени амплитуд; первыми входами третьего 2k и шестого 27 компараторов.
5 I
Вторые входы первого 22 и второго 23 компараторов соединены с первым и вторым выходами формировател 19 опорных уровней, к второму выходу
0 которого подключен и сигнальный вход первого управл емого делител 20 напр жени . Вторые входы четвертого 25 и п того 26 компараторов соединены с третьим и четвертым выходами формировател 19 опорных уровней, к четвертому выходу которого подключен и сигнальный вход второго управ- |л емого делител 21 напр жени . Управл ющие входы делителей 20 и 21 на0 пр жени объединены и подключены к выходу измерител ЦЗ отношени амплитуд .
Выходы компараторов 22 - 26 подключены к первым входам соответст .с венно элементов ИЛИ-НЕ 29 - 32, чьи выходы соединены со счетными входами триггеров 39 - 2, выходы которых вл ютс первыми четырьм выходами формировател 1 временных интервалов.
Вход установки нул триггеров 39 - 2 соединен с п тым выходом формировател 1 временных интервалов и подключен к выходу усилител 38 мощности , чей вход через первый одновиб- ратор 35 соединен с седьмым выходом
формировател 1 и подключен к выходу нуль-органа 28. вход которого соединен с первым входом формировател 1 временных интервалов.
Второй вход элемента ИЛИ-НЕ 29 соединен с входом элемента ИЛИ-НЕ 34 и подключен к выходу четвертого компаратора 25. Второй вход элемента ИЛИ-НЕ 30 соединен с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ 33, с входом элемента ИЛИ-НЕ 34 и с выходом п того компаратора 26.
Второй вход элемента ИЛИ-НЕ 31 соединен с входом элемента ИЛИ-НЕ 3, восьмым выходом формировател 1, подключен к выходу компаратора 27.
Второй вход элемента ИЛИ-НЕ 32 соединен с третьим входом элемента ИЛИ-НЕ 33 и подключен к выходу компаратора 23. При этом один из входов элемента ИЛИ-НЕ 34 соединен чере второй одновибратор 36 с выходом элемента ИЛИ-НЕ 33. Выход элемента ИЛИ- НЕ 3 через третий одновибратор 37 соединен с шестым выходом формировател временных интервалов. Вход элемента ИЛИ-НЕ 34 вл етс третьим входом формировател 1 временных интервалов 3.
Блок 18 автоматического определени номера квадранта и знака измер емого фазового сдвига состоит (фиг.4) из узла определени знака мгновенного значени сдвинутого по фазе сигнала (блоки 44 - 57), узла определени знака производной сдвинутого по фазе сигнала (блоки 58 - &7), узла предустановки характера цепи (блоки 68 и 69), дешифратора 70 признаков и индикаторов квадрантов и знака измер емого фазового сдвига (индикаторы 71 76).
В блоке 18 автоматического определени номера квадранта и знака измер емого фазового сдвига вход ключа 44 соединен с одним из входов нуль-органа 61 и вл етс четвертым входом блока . Цепь управлени ключа через одновибратор 51 подключена к первому входу блока 18, с которым соединены вход установки единицы триггера 54 и вход инвертора 58.
Выход ключа 44 подключен к входу интегратора 45, управл ющий вход которого соединен с входом установки нул триггера 54 и подключен через одновибратор 52 к выходу логического элемента 53.
Выход интегратора 45 подключен к объединенным первым входам первого 46 и ВТОРОГО 47 компараторов, вторые
10
5593086
входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами источника 48 опорного напр жени .
Выходы компараторов 46 и 47 подключены соответственно к первым входам первого 49 и второго 50 элементов И-НЕ. вторые входы которых объедине-, ны и соединены с выходом первого триггера 54. Выходы первого 49 и второго 50 элементов И-НЕ подключены соответственно к входам установки единицы и нул второго триггера 55 и через инверторы 56 и 57 к входам элемента ИЛИ-НЕ 53.
Второй вход нуль-органа 61 подключен к земл ной шине, выход соединен с входом установки единицы триггера 66, чей вход установки нул подключен через одновибратор 62 к выходу элемента ИЛИ-НЕ 63. Выход триггера 66 соединен с первыми входами элементов И-НЕ 64 и 65, вторые входы которых вл ютс соответственно вторым и третьим входами блока 18. Выходы элементов И-НЕ 64 и 65 соединены соответственно с входами установки единицы и нул триггера 67 и через инверторы 59 и 60 с входами элемента ИЛИ-НЕ 63.
Выходы задатчика 69 состо ний подключены к установочным входам триггера 68.
Пр мые и инверсные выходы триггеров 55, 67 и 68 подключены соответственно к первому - шестому входам дешифратора 70, первые шесть выходов которого через индикаторы 71 - 76
15
20
25
30
35
соединены с клеммой питани +Vfl, a
седьмой выход дешифратора 70 вл етс выходом блока 18. Седьмой вход дешифратора 70 подключен к третьему входу блока 18.
Первые входы дешифратора 70
(фиг.5) соединены с первыми входами элементов И 77 - 80, вторые входы подключены к первым входам элементов И 81 - 84, третий вход дешифратора 70 соединен с вторыми входами элементов
И 77,Ь2,75 и 84,четвертый вход соединен с вторыми входами элементов И 78,81 80 и 83, п тый вход соединен с входами элементов И 77, 78, 81 и 82, а шестой вход дешифратора 70 соединен
с входами элементов И 79, 80, 83 и
84,
Выходы элементов И 77 и 78. 81 и 82 подключены к входам элемента ИЛИ- НЕ 85, а элементов И 79 и 80, 83 и
- к входам элемента ИЛИ-НЕ 86. Выходы элементов ИЛИ-НЕ 85 и 86 вл ютс выходами дешифратора 70.
Первые входы И элемента 4И-ИЛИ-НЕ 87 объединены и вл ютс входом дешифратора 70. Вторые входы И элемента Ж-ИЛИ-НЕ 87 подключены к выходам элементов И 82. 81, 79 и 80, а выход соединен с входом одновибратора 88, чей выход вл етс выходом дешифратора 70.
Первые и вторые входы элементов ИЛИ-НЕ 89 - 92 подключены соответстiвенно к выходам элементов И 77, 78, 81, 82 и 79, 80, 83, 8Ь. Выходы элементов ИЛИ-НЕ 89 - 92 вл ютс соответственно первым - четвертым выходами дешифратора 70.
Сущность предложенного изобретени по сн етс эпюрами напр жений, приведенными на фиг.1, и заключаетс в следующем. Допустим, что необходимо измерить мгновенное значение фазового сдвига сигналов.
электрических
sinfl(t) U1(t)«Umasin(()
(1)
(2)
ъ и,
с разными амплитудами U mi и mlf
Согласно предлагаемому способу вначале формируют опорные уровни
+иогми -иопо -Uвп,, равные по величине и противоположные по знакам, т.е. |Ufln, l-U0fM I , |Uflnl | |-U Oft4l. Значени этих опор35
Определ ют знак + или - мгно венных значений сдвинутого по фазе сигнала U4(t) в момент времени td перехода через нуль опорного сигна Ц, (t) в положительном направлении. Знак мгновенного значени , сдвинут го по фазе сигнала, может быть опр делен, например, путем подачи на на копительный конденсатор (или интег ратор) в течение короткого промежу ка времени dt t1-t0 сигнала U2(t), с последующим сравнением полученно го напр жени с положительным и от цательным опорными уравнени ми, бл кими к нулевому, т.е. +Uоп и-й()оп. Превышение полученного напр жени уровн +dUon характеризует положительный знак мгновенного значени сигнала U(t), а превышение (по мо
g П 1«и t
ных уровней устанавливают из услови , 40 Дулю УРОВНЯ -диоп - отрицательный
знак.
Затем определ ют знак производной сдвинутого по фазе сигнала U(t
например, повышени помехозащищенности процесса измерени при отношении сигнал/шум больше трех; Причем lUoe, 7 Пм и tUon 4 UW, где ишдействующее значение напр жени шума. д5 нуль опорного сигнала U1(t) или в При этом значени опорных уровней выбирают различными, т.е. Uonf 3: Uen7. Если априори действующего значени шума ии неизвестно и измерить
в момент времени t перехода через
момент времени t. перехода через нуль сдвинутого по фазе сигнала Знак производной обычно определ по моментам времени перехода CHI-
его невозможно или электрические сиг- налом U(t) опорных уровней +Uдп и
налы U,(t) и U2(t) не вл ютс аддитивной смесью сигнала и шума, то значени опорных уровней ±Ue0t и tU4ol устанавливают, например, с учетом наличи нелинейных искажений, смещающих момент времени перехода j через нуль первой (основной) гармоники исследуемых сигналов. Если шумы и нелинейные искажени отсутствуют,
55
-Uflr,3. Если, по истечении момента времени t3, сигнал U,j(t) переходит опорный уровень +ивпз, знак производ ной положительный, а если -и„„,, то
ОнЭ
отрицательный.
Согласно способу характеризуют знаки + и - признаками 1м и О (.соответственно.Индуктивный и емкост ный характеры исследуемой цепи (чеОП1
5
0
5
0
5
то значени опорных уровней +U +U0(I выбирают произвольными или, например , с учетом температурной стабильности и дрейфа выходного сигнала компараторов или других используемых устройств сравнени .
Затем измер ют отношение амплитуд o(Umi /иго-г исследуемых сигналов в течение, например, интервала времени 4t t4-t0.
Пб полученному значению амплитуд исследуемых сигналов устанавливают значени опорных уровней Utfrt3 e/U0/T2 и иопз т/иОП2, в Л раз превышающие значени опорных уровней . При этом знаки опорных уровней в каждый полупериод опорного сигнала устанавливают соответствующими знакам сравниваемых сигналов (1) и (2).
Определ ют знак + или - мгновенных значений сдвинутого по фазе сигнала U4(t) в момент времени td перехода через нуль опорного сигнала Ц, (t) в положительном направлении. Знак мгновенного значени , сдвинутого по фазе сигнала, может быть определен , например, путем подачи на накопительный конденсатор (или интегратор ) в течение короткого промежутка времени dt t1-t0 сигнала U2(t), с последующим сравнением полученного напр жени с положительным и отрицательным опорными уравнени ми, близкими к нулевому, т.е. +Uоп и-й()оп. Превышение полученного напр жени уровн +dUon характеризует положительный знак мгновенного значени сигнала U(t), а превышение (по
знак.
Затем определ ют знак производной сдвинутого по фазе сигнала U(t)
нуль опорного сигнала U1(t) или в
в момент времени t перехода через
нуль опорного сигнала U1(t) или в
момент времени t. перехода через нуль сдвинутого по фазе сигнала ), Знак производной обычно определ ют по моментам времени перехода CHI-
налом U(t) опорных уровней +Uдп и
-Uflr,3. Если, по истечении момента времени t3, сигнал U,j(t) переходит опорный уровень +ивпз, знак производной положительный, а если -и„„,, то
ОнЭ
отрицательный.
Согласно способу характеризуют знаки + и - признаками 1м и О (.соответственно.Индуктивный и емкостный характеры исследуемой цепи (че91
тырехполюсника) также характеризуют признаками 1 и О соответственно.
О номере квадранта, в котором находитс измер емый фазовый сдвиг, суд т по кодам признаков: 111(110) - 1-й квадрант; 101(100) - 11-й квадрант; 001(000) - 111-й квадрант и 011(010) - IV-й квадрант.
Услови определени номера квадранта приведены в таблице, где старший разр д кода признака характеризует знак мгновенного значени сдвинутого по фазе сигнала, второй разр д - знак производной, а младший разр д характеризует известный или определ емый априори индуктивный (емкостной) характер цепи или знак измер емого фазового сдвига: 1 - Kf, 0м - -цН.
Одновременно по моментам времени перехода исследуемых сигналов через опорные уровни ±U0fM , ±Uon2 и +Uon3 формируют временные интервалы 0,5Т; 0,5T-dtx и 0,51-Mt.
Временной интервал, равный полупериоду , выдел ют по моментам времени перехода опорного или сдвинутого по фазе сигнала через нулевой или опорные уровни +Uon1 и -Uon1, равные по значению и противоположные по знаку. Допустим, что указанный временной интервал выдел ют по моментам времени t, и t6 перехода опорного сигнала (1) через опорные уровни +и0щ и -U on г- I
В этом случае момент времени t1, ограничивающий сверху временной интервал длительностью 0,5Т, определ етс из равенства
Umi sinftt U Откуда
(3)
1. Uom
S1n----.
(4)
Момент времени t, ограничивающий снизу временной интервал длительностью 0,5Т, определ етс из равенства
5930810
Выделенный временной интервал длительностью 0,5Т с. учетом выражений (0 и (6) определ етс из равенства
э ,l5T-t1 0,5T. ()
Временные интервалы 0,5Т-йЈж и 0,5Т+дил выдел ют по моментам време 0 ни t и t7, t и t3 перехода исследуемых сигналов (1) и (2) в противоположных направлени х через опорные уровни +Uon} и -UMt, +иопг и соответственно. При этом временной
)5 интервал
zlt,j t7-t4 0, 3t3 t9-t2 0,.
(8) (9)
Измер ют значени временных интервалов (7)г (8) и (9) при частоте квантовани Ј1 . В результате с учетом погрешностей измерени , получают
25
N, 0,51(1+2,)+,-f, ;(10)
N1(0,)d+y) + ; (11)
N3 (0,5T+4tx)(1 + y)+/J33 f,. (12) где 0,5Tyf,, (0,5T-atx) yf7 и (0,5Т+
Ч.-.
) rf1 - мультипликативные составл ющие погрешностей измерени полупериода и временных интервалов 0,5Т- -4t и 0,5T+dtx; d,f ,(Лв,+ Дкй ) f ; f, Utf,+ JKe4)f1 иЛ3Ј,7(/1в9+ +Акй )ff - аддитивные составл ющие погрешностей выделени и измерени
полупериода и временных интервалов 0,51+ и 0,5T-4tx; Дкв„ Йк81и /3 кй - погрешности квантовани временных интервалов; /5 а «- аддитивна составл юща погрешности выделени
временных интервалов 0,5Т, 0,5T-/ltx и 0,5T+/sty.
Одновременно с временными интервалами (7), (8) и (9) выдел ют дополнительный временной интервал,- равный
полупериоду исследуемых сигналов
(flt t-j-t O.ST.
(13)
-Umi sinnt,-UorM. Из (5) получаем, что
(5)
sin lUti+0,5T. Ыu tni
Причем временной интервал atf вы- 55 дёл ют при значени х опорных уровней
(6)
+Uoni и -иОП1
Затем измер ют значение дополнительного интервала времени ut -tf11
,5Т при значении частоты кванто1559308
вани ,,
В результате с учетом погрешности измерени получают
N4«CO,5T(i+y; + 4l4J.f2,,(14;
Ј2(4«3+/)кВ ; fj ТЕ,
- аддитивна и мультипликативна составл ющие погрешности измерени временного интервала
н ,9o ЈsiЈi- SAI&UH
VX У° Ј, N4-N, N
01
м Ц&хЗТ+Л Ш1У-) ) О+J) +Л 2 К, ntO.STO + jO + Hj- 0,5T(Hr) +
on° fnЈi. l2flti±Iair l/iiiJi LЈi
при 010
N при
0,5T(f«-f1)-(fl4f7-4tff)/
кодах признаков 111, 101 и 000, или по выражению
e9(f Ј«lЈL 5Л1Й1 +180°(16)
fi
N4-Nf
кодах признаков 110, 100 и 001, 011, причем знак результата измерени определ ют по состо нию младшего разр да кодов признаков: +С/Јпри 1 и О, где N,, Nt, N и ц4 результаты измерений временных интервалов N02(f -fi;/f1.
Определ ем значени разностей 4N«-(, MdN4i 4fi-4iЈi
ЛЫп(Л3-л ) f,
-d«62 f,
4k63-4«8 f,
«g+
(17;
/
ЛЫ,
i4i-44f r4tff« Ч,3+ЛК(И)-Uo ,f /W, d,(fa-f, )-/ «в4Ј2- -dKftlf,.(18)
Из выражени (17) видно, что аддитивна составл юща погрешности выделени временных интервалов 4ta и dtj автоматииески исключаетс . Разность / кв|-/1кв л за вл етс величиной второго пор дка малости, которой можно пренебречь, особенно при малых значени х 4tK, а следовательно, и фазового сдвига сигналов, так как в этом случае д„4всл,.в- поскольку
КоЗ Кот
Q,$T-Qtx 0,5i+utK.
Что касаетс величины ДЙ41 (18), то соответствующим выбором частот квантовани можно обеспечить равенет12
k84
(fr
5
Л ,,„„ погрешность квантовани временного интервала ut4 ; аддитивна составл юща погрешности выделени временного интервала at4.
.
О мгновенном значении базового сдвига электрических сигналов суд т по выражению с учетом погрешностей результатов промежуточных измерений
(15)
5
0
5
0
5
0
5
ва
и г
и л,
f 1
К61 1 КВ4
В этом случае достигаетс равенство нулю аддитивной составл ющей погрешности измерени 4N4t , т.е. 0. Тогда выражение (16) принимает вид
и 90° itllL
f, 0,5T(f7-Ј.,)
(19)
nrio2dt)f ,, 90 s-r.(T&-j
0,5T
Из выражени (Т9) видно, что пред лагаемый способ измерени обеспечивает исключение как аддитивных, так и мультипликативных составл ющих noi- решности измерени . Кроме того, как видно из выражений, моменты времени Ц, t4 t7 и tg, ограничивающие выдел емые временные интервалы, не завис т от неравенства амплитуд исследуемых сигналов.
В результате обеспечиваетс также исключение и амплитудно-фазовой погрешности измерени , характерной дл известного способа. Диапазон измерени расширен до +ЗбО°. Кроме того, автоматически определ етс номер квадранта и знак измер емого фазового сдвига.
Устройство работает следующим образом .
Электрические сигналы (1) и (2), фазовый сдвиг которых подлежит измерению , подаютс на первый и второй входы формировател 1 временных интервалов .
Последний обеспечивает не только формирование временных интервалов (7), (8), (9) и (13), но и формирование импульса сброса триггеров 39 - 2 и счетчиков 8-12 импупь13
сов в нуль. Кроме того, в формирователе 1 временных интервалов формируютс счетные импульсы, которые устанавливают последовательность ввода в арифметический блок 16 выходных кодов чисел, записанных в счетчиках 8 - 11 ив задатчиках 1 и 15.
В моменты времени перехода в положительном направлении опорного электрического, сигнала (1) через нуль с помощью нуль-органа 28 формируютс короткие импульсы. Эти импульсы нормируютс по длительности с помощью первого одновибратора 35, а затем усиливаютс с помощью усилител 38 мощности.
Выходные импульсы усилител 38 мощности используютс дл автоматической установки в нуль триггеров 39 - 42 и счетчиков 8-12 импульсов перед началом процесса измерени т.е. в начале каждого периода опорного сигнала (1). С помощью формировател 19 опорных уровней на его первом, втором, третьем и четвертом выходах устанавливают требуемые значени опорных уровней +U0m , +uoni uoni и -uoni« Полученные сигналы поступают на вторые входы компараторов 22, 23, 25 и 26 соответственно . Кроме того, опорные уровни +и0пги -Ueni с второго и четвертого выходов формировател 19 поступают на сигнальные входы первого 20 и второго 21 делителей напр жени На управл ющие входы делителей 20 и 21 напр жени поступает выходной сигнал (или измерител 43 отношени амплитуд исследуемых сигналов (1) и (2), где К и S коэффициенты пропорциональности; о/ Umi/Umi - отношение амплитуд. В результате на входы третьего 2k и шестого 27 компараторов с выходов делителей 20 и 21 напр жени поступают соответственно опорные уровни (при )
опз от
At6NJent/e ;(20)
-Uon3 -uor,,r,i/ 2 U
в о( раз меньшие, чем опорные уровни
и .
На первые входы компараторов 22, 23, 25 и 26 поступает электрический сигнал (1), а компараторов 2k и 27 - электрический сигнал (2). В момент
, . 559308
14
10
5
20
30
35
40
времени t0 (фиг.1) начала измерени на выходе усилител 38 мощности формируетс импульс, устанавливающий триггеры 39 - 42, а также счетчи- ки 8, 9, Ю и 12 импульсов в исходное состо ние, т.е. в нуль. В моменты времени tf, tt, t, t6 и t7 (фиг.1) на выходах компараторов 22 - 26 соответственно по вл ютс импульсы сравнени . Эти импульсы объедин ютс с помощью элементов ИЛИ-НЕ 29 32 таким образом, что при поступле нии их через указанные элементы ИЛИ- НЕ соответственно на счетные входы триггеров 39 - 42 на выходах последних формируютс временные интервалы (7), (8), (9) и (13).
Рассмотрим теперь работу блока 18 автоматизированного определени номера квадранта и знака измер емого фазового сдвига.
Сдвинутый по фазе сигнал поступает на вход ключа 44 (фиг.А)
25 В момент времени t Q перехода через нуль опорного сигнала U(t) (фиг.1) с выхода нуль-органа 28 формировател 1 временных интервалов поступает короткий импульс, соответствующий логическому нулю, на вход одновибратора 51 блока 18. Одновременно этот импульс поступает на вход инвертора 58 и на вход установки единицы триггера 5k, перевод его в состо ние логической единицы на выходе.
С помощью одновибратора 51 формируетс импульс заданной длительности -0, , достаточной дл зар да емкости интегратора 45. подключенного к выходу ключа 44. Выходной сигнал интегратора 45 поступает на первые объединенные входы компараторов 46 и 47. На второй вход компаратора 46 поступает опорный уровень +AU с
45 первого выхода источника 48 опорного напр жени , а на второй вход компаратора 47 поступает опорный уровень -4U с второго выхода источника 48.
5о При положительном мгновенном значении сдвинутого по фазе сигнала срабатывает компаратор 46, а при отрицательном - компаратор 47. В первом (втором) случае выходной импульс
с компаратора 46 проходит через элемент 49 (50) 11-НЕ на вход установки единицы (нул ) триггера 55, перевод его в состо ние логической единицы (нул ) на его пр мом выходе.
15
Одновременно выходной импульс элементов 49 ($0) поступает через инвертор 56 (57) и элемент 33 ИЛИ-НЕ на вход одновибратора 52. Последний формирует импульс, соответствующий логическому нулю и длительности г, достаточной дл разр да емкости интегратора 45. Выходной импульс одно- вибратора 52 переводит триггер 5 в нуль, тем самым запреща прохождение выходных импульсов компараторов 46 и 47, и управл ет работой интегратора 45.
Состо ние выходов триггера 55 характеризует знак мгновенного значени сдвинутого по фазе сигнала. Выходные сигналы триггера 55 поступают на первый и второй входы дешифратора 70.
С помощью блока 18 определ ют и знак производной сдвинутого по фазе сигнала, соответствующий моменту времени t3, который определ ют с помощь нуль-органа 61. Выходной импульс нуль-органа 61 устанавливает триггер 66 в единицу. В результате на первых входах элементов 64 и 65 И-НЕ по витс потенциал, разрешающий прохождение через элементы 6k и 65 выходных импульсов компараторов 24 и 2 Эти импульсы соответствуют моменту времени ц. Они устанавливают триггера 67 з состо ние логической единицы на его пр мом выходе при положительном знаке производной и в состо ние логической единице на его инверсном выходе при отрицательном знаке производной (фиг.Чб). Это достигаетс подачей импульсов на входы установки единицы или нул триггера 67. В блоке 18 задание индуктивного или емкостного характера исследуемой цели осуществл етс с помощью
15
Дл формировани сигнала, соответствующего увеличению на BQe результата измерени , в дешифратор вве«- Зо ден элемент И-ИЛИ-НЕ 87. Входы элементов И блока элементов 87 подключены соответственно к выходам элементов И 81, 82, 79 и 80, а первые объединенные входы - к седьмому входу дешифратора 70, соединенному с выходом компаратора 27 формировате- ,л 1„ При кодах 001, 011, 110 и 100 выходной импульс компаратора 27 пос- тупает через элемент 87 на вход од- 40 новибратора 88. Последний формирует счетный импульс, который через седьмой выход дешифратора 70, третий вход и шестой выход формировател 1 временных интервалов (через шестой вход
задатчика 69 состо ни . При иидуктив- элемента 34 и одновибратор 37) постуном характере цепи триггер 66 устанавливаетс в единицу на его пр мом выходе, а при емкостном характере - в единицу на его инверсном выходе.
С помощью дешифратора 70 по состо ни м выходов триггеров 55s 67 и 68 формируютс коды признаков (см. таблицу).
Работа дешифратора 70 (фиг.5) состоит в следующем. С помощью логических элементов И 77 - 84 коды признаков объедин ютс . В результате сигнал логической единицы по вл етс на выходе логического элепает на счетный вход счетчика 12 импульсов . Полученный выходной код счетчика 12 импульсов и вл етс командой об увеличении результата 50
измерени на 18о
После выделени временных интервалов (7), (8), (9) и (13) с выходов триггеров 39 - 42 формировател 1 че- .j рез первый - четвертый выходы формировател 1 временных интервалов на первые входы элементов И 2 - 5 соответственно поступают пр моугольные импульсы, соответствующие логической
16
0
5
0
мента И: 77 при коде 111; 78 - при коде 101; 81 - при коде 001, 82 - при коде 011, 79 - при коде 110, 80 - при коде 100, 83 - при коде 000, 84 - при коде 010.
С помощью элементов ИЛИ-НЕ 89 - 92 объедин ютс выходные сигналы элементов И 77, 79, 78, 80, 81, 83, 82 и 84 поскольку они соответствуют квадрантам I, II, III и IV.
Выходы элементов ИЛИ-НЕ 89 - 92 вл ютс соответственно первым - четвертым выходами дешифратора 70 и характеризуют номер квадранта измер емого фазового сдвига.
Выходы элементов И 77 - 78, 81 - 82 и 79 - 80, 83 - 84 объедин ютс с помощью элементов ИЛИ-НЕ 85 и 86 соответственно. Выходные сигналы элементов 85 и 86, соответствующие логическому нулю, вл ютс п тым и шестым выходами дешифратора и характеризуют соответственно положительный и отрицательный знак измер емого фазового сдвига.
Дл формировани сигнала, соответствующего увеличению на BQe результата измерени , в дешифратор вве«- о ден элемент И-ИЛИ-НЕ 87. Входы элементов И блока элементов 87 подключены соответственно к выходам элементов И 81, 82, 79 и 80, а первые объединенные входы - к седьмому входу дешифратора 70, соединенному с выходом компаратора 27 формировате- ,л 1„ При кодах 001, 011, 110 и 100 выходной импульс компаратора 27 пос- тупает через элемент 87 на вход од- 0 новибратора 88. Последний формирует счетный импульс, который через седьмой выход дешифратора 70, третий вход и шестой выход формировател 1 временных интервалов (через шестой вход
5
5
элемента 34 и одновибратор 37) поступает на счетный вход счетчика 12 импульсов . Полученный выходной код счетчика 12 импульсов и вл етс командой об увеличении результата
измерени на 18о
После выделени временных интервалов (7), (8), (9) и (13) с выходов триггеров 39 - 42 формировател 1 че- рез первый - четвертый выходы формировател 1 временных интервалов на первые входы элементов И 2 - 5 соответственно поступают пр моугольные импульсы, соответствующие логической
17
единице, длительностью, определ емой выражени ми (7). (8), (9) и (13).
На вторые входы элементов И 2 - 5 выходов генераторов 6 и 7 поступают пр моугольные импульсы с частотами следовани f K8, (дл элементов 2 - U) и fKB2 (дл элемента 5). В результате на счетчики 8-10 импуль сов поступают соответственно Nf (}Q) N3 (11) и N3 (12) импульсов, а на счетчик 11 импульсов - N4 (Ц) импульсов . Коды чисел N1 - N ф .с выходов счетчиков 8-11 импульсов, а также коды чисел Н01и Мог с выходов задатчиков 1 и 15 чисел поступают через мультиплексор 13 в определенной последовательности на вход
арифметического блока 16. I
Управление работой мультиплексора
13 и арифметического блока 16 осуществл етс выходным кодом счетчика 12 импульсов. Последний устанавливаетс путем подачи на счетчик 12 через элемент 3 и одновибратор 37 с выходов компараторов 2b - 27 непосредственно , а с выходов компараторов 22, 23 и 26 - через элемент ИЛИ-НЕ 33 и второй одновибратор 36. Дл осуществлени команды Увеличение результата измерени на 180° на шестой вход элемента ИЛИ-НЕ 3k, соединенного с третьим входом формировател 1 временных интервалов, с выхода блока 18 автоматического определени номера квадранта и знака измер емого фазового сдвига поступает дополнительный импульс, характеризующий указанную команду.
С помощью арифметического блока 16 осуществл етс вычисление мгновенного значени фазового сдвига электрических сигналов (1) и (2) согласно выражени м (15) или (16). Результат вычислени -индицируетс отсчет- но-регистрирующим блоком 17.
В отличие от известных способов измерени , предлагаемый способ повышает точность измерени за счет исключени аддитивной и мультипликативной составл ющих погрешности измерени , а также за счет реализации нового алгоритма обработки результатов промежуточных измерений, способствующего достижению положительного эф-
фекта. I.
Выделение и формирование именно
временных интервалов длительностью
5930810
),5Т-дг.х и 0,5T+dt обеспечивает исключение аддитивной составл ющей погрешности, измерени удвоенного 5 (2utx) значени временного сдвига сигналов. При этом врем измерени не превышает периода опорного сигнала .
Исключение аддитивной составл ю- Ю щей погрешности измерени полупериода осуществл етс за счет выделени не одного, а двух временных интервалов длительностью 0,5Т и измерение их при двух различных частотах 15 квантовани fKf}l и ,.
Исключение мультипликативной составл ющей погрешности измерени фазового сдвига достигаетс за счет реализации операции делени и введени коэффициента пропорциональности ог° (f j-f2J /f т учитывающего тот факт, что различные временные интервалы измер ютс при разных частотах квантовани , и привод щего к соответствию масштабов результатов измерений временных интервалов, состо щих в числителе и знаменателе выражени (15). Кроме того, существенный вклад в
повышение точности измерени мгновенного значени фазового сдвига электрических сигналов (1) и (2) вносит формирование опорных уровней ±иот ±ио«7и ±иопэ наход щихс в
определенных соотношени х между собой . Повышение точности измерени достигаетс также за счет исключени погрешности от неравенства амплитуд исследуемых сигналов путем предварительного измерени не амплитуд этих сигналов, как в известных способах , а путем измерени отношени d. амплитуд исследуемых сигналов и использовани полученного результата
при формировании опорных уровней
Uon -Uorrj -U
on 1
/«С.
л Выполнение условий выбора значений опорных уровней ±Uoni и ±иопг обеспечивает повышение точности измерени фазового сдвига за счет уменьшени вли ни помех шумов на результат измерени при наличии последних в исследуемых сигналах, т.е. обеспе- чиваетс повышение помехозащищенности устройства, реализующего предлагаемый способ измерени .
ормула и
19 з о б р
1559308
е т е н и
с 10
Claims (3)
1. Способ определени мгновенных значений фазового сдвига электрических сигналов, заключающихс в том, что формируют и измер ют временные интервалы, пропорциональные полупериоду и временному сдвигу сравниваемых по фазе сигналов по моментам перехода через нулевой или опорные уровни +Uof|1 и -Uon, , с последующей обработкой результатов измерений по определенному выражению, отличающийс тем, что, с целью повышени точности измерени , дополнительно формируют опорные уровни и -иол2 +иолзи -Von и временные интервалы 0,5T-Јtx и 0,5T-f- f/utx по моментам времени перехода исследуемых сигналов в противоположных направлени х через опорные уровни +иопэ и опэ +иопг и иопг, измер ют значени временных интервалов 0, и Q,5J+Atx, и значение полупериода при частоте квантовани f одновременно формируют дополнительный временной интервал, равный поПупериоду исследуемых сигналов, при значени х опорных уровней и -U0nl, измер ют значение дополнительного интервала времени при другом значении частоты квантовани f f ( формируют трехразр дные коды признаков, а мгновенные значени фазового сдвига электрических сигналов определ ют по выражени м
qn°fi:Ll Nj-Nj
N
Vr
90
f
N4-N,
при кодах признаков 111, 101 и 000, 010 или
90
,°liili SjcSs
N4-N,
+ 180
при кодах признаков 110, 100, 001,
011,
где N, - результат измерени временного интервала 0,5Т при частоте квантовани ft;
20
N - результат измерени временного интервала 0, при частоте квантовани Ј1; N, - результат измерени временного интервала 0, при частоте квантовани ff- ; N - результат измерени временного интервала 0,5Т при час- тоте квантовани f2,
причем знак результата измерени определ ют по состо нию младшего разр да кодов признаков: +с/ при П1 и - при О.
5
2. Способ поп.1,отличаю- щ и и с тем, что значени опорных уровней +Uon, и -иОП1 , +Uonz и -Uoni устанавливают из услови Uoni(7
U,
ш
U
ont
I 7 ш где и ш - действующ
щее значение напр жени шума, а затем измер ют отношение амплитуд d исследуемых сигналов и устанавливают значени опор5
0
5
ных уровней +U меньшими, чем ней U и -U
Ол 3
и -U
Опэ
в d раз
значени опорных уров- ова Joni при этом знаки опорных уровней в каждый полупериод опорного сигнала устанавливают соответствующими знакам сравниваемых сигналов.
3. Способ по п.1, отличающий с тем, что коды признаков формируют путем определени знака мгновенного значени сдвинутого по фазе сигнала в момент времени перехода через нуль опорного сигнала в положительном направлении и при знаке + формируют 1 в старшем разр де
кода признака, при знаке
соот
ветственно 0, затем определ ют знак производной сдвинутого по фазе сигнала в момент времени перехода через нуль опорного или сдвинутого по фазе сигналов и формируют 1 во втором разр де кода признака при знаке производной 0 и 0 в случае знака производной 0, при индуктивном характере цепи в третьем разр де кода признака формируют 1, а при емкостном - 0.
/л ;.
нл
Ш йЧ-Н
1
m
,ot 001 011
i
a
i
i;
at
Составитель М.Катанова Редактор Н„Лазаренко Техред л. Сердюков аКорректор Т. Малец
Заказ 836
Тираж
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушска наб., д. 4/5
1 10
too OOP gn
23
SI
г t
3 ® Щ
w
it
15
f
Подписное
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU884408855A SU1559308A1 (ru) | 1988-04-11 | 1988-04-11 | Способ определени мгновенных значений фазового сдвига электрических сигналов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU884408855A SU1559308A1 (ru) | 1988-04-11 | 1988-04-11 | Способ определени мгновенных значений фазового сдвига электрических сигналов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1559308A1 true SU1559308A1 (ru) | 1990-04-23 |
Family
ID=21368168
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU884408855A SU1559308A1 (ru) | 1988-04-11 | 1988-04-11 | Способ определени мгновенных значений фазового сдвига электрических сигналов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1559308A1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2642529C2 (ru) * | 2015-09-10 | 2018-01-25 | ФГАОУ ВО "Севастопольский государственный университет" | Способ измерения фазовых сдвигов между двумя гармоническими сигналами одинаковой частоты |
-
1988
- 1988-04-11 SU SU884408855A patent/SU1559308A1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Фиштейн А.И. Ключевые фазомет- рические преобразователи. - М.: Наука, 1985, с. 6-15. Авторское свидетельство СССР 949536, кл. G 01 R 25/00, 1980. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2642529C2 (ru) * | 2015-09-10 | 2018-01-25 | ФГАОУ ВО "Севастопольский государственный университет" | Способ измерения фазовых сдвигов между двумя гармоническими сигналами одинаковой частоты |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
SU1559308A1 (ru) | Способ определени мгновенных значений фазового сдвига электрических сигналов | |
Bartošek et al. | A dead-time correction system for gamma-ray spectrometry of short-lived isotopes | |
PL80788B1 (ru) | ||
SU1404985A1 (ru) | Устройство дл определени номера жил кабел | |
Greenhall | A method for using a time interval counter to measure frequency stability | |
SU1663615A1 (ru) | Устройство дл передачи и приема информации | |
SU1599823A1 (ru) | Способ определени частоты следовани статистически распределенных электрических импульсов | |
SU1132235A1 (ru) | Устройство дл автоматического выбора диапазона измерени переменного напр жени | |
SU873144A1 (ru) | Частотный измеритель | |
SU1474567A1 (ru) | Способ поверки измерительных компараторов и устройство дл его осуществлени | |
SU1323988A1 (ru) | Способ измерени относительной погрешности электросчетчиков и устройство дл его осуществлени | |
SU748281A1 (ru) | Цифровой фазометр | |
US3395348A (en) | System for determining lowest voltage in a plurality of channels operable even when more than one channel has the same minimum voltage | |
SU1163279A1 (ru) | Устройство дл определени среднеквадратичного отклонени флюктуации фазы | |
SU1140060A2 (ru) | Устройство дл цифрового отображени формы электрического импульса | |
SU756305A1 (ru) | Низкочастотный частотомер 1 | |
SU1093992A1 (ru) | Автоматическое устройство дл измерени емкости и тангенса угла потерь | |
SU723588A1 (ru) | Статистический анализатор распределени частот | |
SU932420A1 (ru) | Цифровой измеритель скважности пр моугольных импульсов | |
SU1339501A1 (ru) | Устройство дл контрол и настройки систем импульсно-фазового управлени вентильными электроприводами | |
SU976483A1 (ru) | Селектор импульсов по периоду следовани | |
SU1422194A1 (ru) | Устройство дл контрол и измерени параметров микросборок | |
SU604002A1 (ru) | Частотно-импульсное вычиттающее устройство | |
SU1377761A1 (ru) | Способ преобразовани частотного переходного процесса в функцию напр жени | |
SU540253A1 (ru) | Способ измерени интервалов времени |