SU1684717A1 - Способ определени сигнала знака разности фаз и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в измерительных приборах и системах, Целью изобретени   вл етс  расширение области применени . Способ предусматривает формирование временного интервала, соответствующего сдвигу фаз между опорным и первым измер емым гармоническим сигналами, формирование первого и второго сигналов,св занных величиной и знаком разности фаз с исследуемыми сигналами, из сформированного временного интервала и сформированного дополнительного импульсного сигнала, который совпадает по частоте и фазе с вторым исследуемым сигналом и врем  действи  которого соответствует времени воздействи  введенной команды Пуск, сравнение длительностей первого и второго сигналов с опорной длительностью и определение сигнала разности фаз по результату сравнени . Особенностью способа  вл етс  введение дополнительного импульсного сигнала и его воздействие на врем  введенной команды Пуск. 2 с.п.ф-лы, 1 ил. (Л С

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в измерительных приборах и системах.

Цель изобретени  - расширение области применени .

На чертеже приведена структурна  электрическа  схема устройства дл  определени  сигнала знака разности фаз, реализующего способ определени  сигнала знака разности фаз.

Устройство дл  определени  сигнала знака разности фаз содержит первый 1, второй 2, третий 3 формирователи импульсов, первый триггер 4, второй триггер 5, третий триггер 6, инвертор 7, элемент И 8, первый элемент 9 задержки, четвертый триггер 10, генератор 11 импульсов, счетчик 12, четвертый формирователь 13 импульсов, второй элемент 14 задержки.

Перва  и треть  входные клеммы устройства через формирователи 1 и 2 импульсов соединены с входами R- и S-триггера 4, втора  входна  клемма устройства через формирователь 3 импульсов соединена с первым входом элемента 8 И и входом инвертора 7, выход которого соединен с тактовым входом триггера 10 (Dt-типа), вход D которого соединен с четвертой входной клеммой устройства, а выход - со вторым входом элемента 8 И. Выход элемента 8 И соединен с входом сброса счетчика 12, счетный вход которого соединен с выходом генератора импульсов. Старший разр д счетчика 12 соединен через четвертый форО 00

VI VJ

мирователь 13 импульсов с тактовым пхо- дом второго триггера (D-тима), вход D которого соединен с выходом первого триггера, эыходы второго триггера 5 через соответствующие элементы 9, 14 задержси положительного фронта соединены с R- и S-входами третьего триггера, выход которого  вл етс  выходом устройства.

Способ определени  сигнала знака разности фаз осуществл етс  следующим образом .

Сравниваемые по фазе первое и второе синусоидальные напр жени  и опорное синусоидальное напр жение (частоты Т) преобразуют в опорную, первую и вторую последовательность импульсов той же частоты , передние фронты которых совпадают с моментами положительных переходов через нулевой уровень соо т встстгзу ют их синусоидальных напр жений. Дальнейший процесс формировани  сигнала знака разности фаз осуществл етс  по передним Фронтам сформированных импульсов.

Разность фаз ( - ipo) между фронтами опорной и первой последовательности импульсов преобразуют п третью последовательность импульсов, следующих с частотой Г передние фронты которых совпадают по фазе с Фронтами импульсов опорной последовательности , а длительность которых равна:

360и

где (р ра} разность фэз между передними фронтами опорных импульсов и импульсов первой последовательности.

Формируют первый нспомо1ательный сигнал с частотой 1: - Kf, где К 1, преобразуют его путем делени  его частоты в К раз в четвертую последовательность им- пупьсон частоты f, Е.ВОДЯТ второй нспомош тельный двухуровневый сигнал так, что при его первом уровне фазу переднего фронта импульсов четвертой последовательности синхронизируют с фазой переднего фронта импульсов второй последовательности импульсов , а при изменении уровн  второго вспомогательного сигнала от первого уровн  ко второму и на все врем  напичи  второго уровн  второго вспомогательного сигнала фиксируют фазу переднего фронта импульсов четаертой последовательности на уровне, отличающемс  от фазы фронта второй последовательности импульсов в момент изменени  уровн  второго вспомогательного сигнала на величину, не

360° превышающую этом форми0

0

5

0

5

C

руют первый бинарный сигнал первого уровн  при ро р tp , и второго уровн  - при невыполнении этого услови .

В этом случае при первом уровне второго вспомогательного сигнала фаза фронта импульсов четвертой последовательности вследствие синхронизации ее с фазой импульсов второй последовательности совпадает с ней, в силу чего уровень первого бинарною сит нала соответствует текущему соотношению фаз р и pi , а знак разности фаз определ етс  в соответствии с тем уровнем первого бинарного сигнала, продолжительность которого превышает Тп .

При изменении уровн  второго вспомогательного сигнала и фиксации фазы фронта четвертой импульсной последовательности на момент этою изменени  сигнал знака разности фаз будет уже определ тьс  величиной этой зафиксированной (с точностью

360Г

5

0

) фазы четвертой импульсной последовательности .

Устройство дл  определени  сигнала знака разности фаз работает следующим образом.

На третью входную клемму устройства поступает сигнал, задающий начало отсчета фазовых сдпигов ко1 гролируемых сигналов, поступающих на пг тую и вторую клеммы устройства (предполагаетс , что все входные сигналы имеют синусоидальную форму; сигнал на третьей клемме  вл етс  опорным ).

На выходах формирователей 1-3 по вл ютс  короткие положительные импульсы, передний фронт которых соответствует нулевой фазе каждого из входных напр жений .

I la вход R триггера 4 от формировател  1 импульсов поступают импульсы начала отсчета фазовых сдвигов при этом на выходе триггера 4 устанавливаетс  уровень О.

По положительному фронту импульса, поступающего от формировател  2 импульсов на вход S триггера 4, на его выходе устанавливаетс  уровень 1.

Таким образом, длительность сигнала с уровнем О на выходе триггера 4 пропорциональна фазовому сдвигу сигнала на первой входной клемме устройства. Положительный импульс, вырабатываемый формирователем 3 импульсов, инвертируетс  инвертором 7, благодар  чемучетвертыйтриггер 10, Ортипа, на тактовый вход которого воздействует импульсе выхода инвертора 7, принимает состо ние , соответствующее уровню сигнала на его входе D (на четвертой входной клемме), причем это осто ние может изменитьс 

лишь по заднему фронту импульса, вырабатываемого формирователем 3 импульса,

Допустим, на четвертой клемме ycia- ноплен уровень 1, в ЭТОР-I случае трипер 10 также находитс  в состо нии 1, вслсдсл- пие чего на выходе элемента О И присутствуют импульсы, совпадающие по времени с 1 мпульсами на выходе формировател  3. Эти импульсы воздействуют на вход сброса и нулевое состолние сметчика 12, и yciaiiPR- лиоают его в нулевое сосю ние.

Разр дность счетчика 12 и частота F генератора 11 св заны с частотой f входных сигналов на клеммах с первой по третью соотношением

- f

где п - разр дность счетчика.

Следует заметить, чго и этом условии HCI чего-либо особенного: в измерительных системах зачастую имеетс  оперный высокочастотный генератор, преобрлзовтнием частоты которого получены различные частоты измерительной системы, в маетности, и частоты питани  датчиков, вырабатываю щих исследуемые сигналы,

В общем случае генератор 11 может быть сделан в виде генератора с управл емой частотой, если частоты измер емых сиг- налов переменные: дл  посто нной чаеюты исследуемых сигналов всегда может быть построен генератор фиксированной частоты , удовлетвор ющий данному условию).

Цикл переполнени  счетчика 12 при

f -- - с точностью до квант

(5.1

равен периоду измер емого 2n f

сигнала.

Поэтому при возвращении старшего разр да счетчика в нулевое состо ние короткий импульс, формируемый формирователем 13 импульсов, совпадает по времени (с точностью до dt , который может быть сделан пренебрежимо малым) с импульсом на выходе формировател  3.

Таким образом, благодар  синхронизации счетчика 12 фронтом второго сигнала, фаза выходного импульса с точностью до

360° 360°

2

К

совпадает с фазой вто рого сигнала.

Импульс с выхода формировател  13 воздействует на тактовый вход второго триггера П Dt-типа, устанавлива  его в состо ние , соответствующее уровню на его оходе D,

Таким образом, если фазовый СДЕ.ИГ си; нала, поступающего на первую входную клемму устройства, превышает фазовый сдвиг сигнала, поступающего на вторую входную клемму, на выходе триггера 5 устанавливаетс  сигнал с уровнем О, если не превышает 1,

В случае, если фазовые сдвиги контролируемых сигналов совпадают или близки к нулю, возникают колебани  сигнала на выходе триггера 5. Частота этих колебаний не превышает частоты контролируемых сигналов . В установившемс  режиме уровни сигналов на выходах триггеров 5 и 6 совпадают. Допустим, на пр мом выходе триггера 5 единичный уровень, на инверсном - нулевой .

При приближении фазы импульса формировател  13 к одному из фронтов сигнала на входе D триггера 5, вследствие помех, может произойти случайное переключение триггера 5 о противоположное состо ние, которое, в силу случайности процесса, не может сохранитьс  более нескольких периодов входного сигнала.

Колебание сигнала на выходе триггера 5 имеет место в некотором диапазоне значений разности фаз контролируемых сигналов; при равенстве фазовых сдвигов колебани  имеют максимальную частоту (можно показать, что эта максимальна  час- J 2

тота равна

), и средн   длительность

единичных и нулевых состо ний триггера 5 приблизительно равны, и малы по сравнению с временем задержки положительного фронта импульсов, равного Тп (практически величина Тп на пор док превышает период входных сигналов), обеспечиваемого элементами 9 и 14 задержки. Поэтому ни один из положительных фронтов на выходах Q и Q триггера 5 не достигает входов S и R триггера 6, который не мен ет свое состо ние .

Чем больше величина разности фаз контролируемых сигналов, тем меньше веро тность переключени  триггера 5 в ложное состо ние и меньше врем  его нахождени  в этом ложном состо нии; одновременно, веро тность его переключени  в истинное состо ние и продолжительность его нахождени  в этом состо нии, соответственно, больше. Очевидно, зона, в которой имеют место флуктуации состо ни  триггера 5, зависит от уровн  помех, и чем этот уровень меньше, тем большую задержку Тп должны обеспечивать элементы 9 и 14. Однако, начина  с некоторой разности фаз, длительность преимущественного состо ни  триггера 5 превысит величину Тп. после чего

триггер 6 перейдет и останетс  п состо нии, соответствующем преимущественной разности фаз в приграничной области.

Допустим теперь, что необходимо определить знак разнос)и фаз в определенный момент времени.

Пусть в этот момент на четвертой клемме сигнал изменитс  с единичного уровн  на нулевой.

Последний после этого момента времени импульс выхода формировател  3 пройдет через элемент 8 И и сбросит счетчик 12, после чего трип ер 10 переключитс  в нулевое состо ние и закрое элемент 8 И.

Начина  с этого момента времени, местоположений на временной оси импу/и-со. формируемого формироваюлем 13, совпадает на момент по влени  нулевого уровн  на четвертом входе с точностью до Л с фазой сигнала на втором входе бпзгодзр  тому, что врем  переполнени  счатчи   12 равно периоду входного сигнала, а импульсы на его вход сброса больше не поступают.

Таким образом, в данном устройстве обеспечиваетс  фиксаци  фазы четвертой импульсной последовательности.

Таким образом, функциональные возможности изобретени  позвол ет как фор мировать текущее значение знака разнесли фаз, так и знак разности фаз, характеризующий фазу одного из сигналов на заданный момент времени; при необходимости аналогичные преобразовани  могут быть выполнены и с первым сигналом, при этом сигнал знака разности фаз будет характеризовать соотношение двух фаз на требуемый момент времени.

Claims (2)

1. Способ определени  сигнала знака разности фаз, заключающийс  в том, что преобразуют первый и второй исследуемые и опорный синусоидальный сигналы соответственно в первую, вторую и опорную импульсные последовательности, передние фронты импульсов которых совпадают с моментами перехода через нулевой уровень соответствующих синусоидальных сигналов , формируют из первой и опорной импульсных последовательностей тргтью импульсную последовательность, передний и задний фронты имиульсос которой совпадают соответственно с передними фронтами импульсов опорной и первой импульсных последовательностей, формируют первый и второй сигналы из третьей и второй импульсных последовательностей, причем первый сигнал формируют при опережении фазы третьей импульсной последоват:пьности над второй, а второй - при опережении второй импульсной последова- тел носгм над третьей, сравнивают длительности п°рпиго и второго сигналов с опорной длительностью и определ ют знак

разности фаз между первым и вторым исследуемыми сигналами по результату сравнение , отличающийс  тем. что, с целью расширени  области применени , при фор- мпровг: ии первого и второго сигналов в

качестЕе второй импульсной последовательности используют дополнительный импульсный сигнал, который совпадает по флзе и частоте с сигналом второй импульсной последовательности, причем врем  воздействи  дополнительного импульсного сигнала соответствует времени измерени , определ емому введенной командой Пуск.

2. Устройство дл  определени  сигнала

знака разности фаз, содержащее первый, и третий формирователи, входы ко- TCOi-ix  вл ютс  соответственно первым, TV TL;;;- и вторым в,-.одами устройства, пер- пий, о горой и трети . триггеры, первый элемент задержки, элемент И и инвертор, причем выходы первого и второго формиро- у.пелей соединены соответственно с R- и С-зходами пероого триггера, выход которого соединен с D-входом второго триггера, а

выход третьего триггера  вл етс  выходом устройства, отличающеес  тем, что, с целью расширени  области применени , введены генератор импульсов, выход которого соединен последовательно со счетным

входпч введенного счетчика, введенным четвертым формирователем и тактовым входом второго триггера, четвертый триггер, D-вход которого  вл етс  введенным четвертым входом устройства, тактовый вход

которого через инвертор соединен с выходом третьего формировател  и первым входом элемента И, второй вход которого соединен с Т-выходом четвертого триггера, а выход элемента И соединен с входом сброса счетчика, второй элемент задержки, причем первый и второй выходы второго триггера через первый и. второй элементы задержки соединены соответственно с S- и Р -входами третьего триггера.

0x1

н

-к

Вых

ЦПм