SU661393A1

SU661393A1 - Phase shift meter

Info

Publication number: SU661393A1
Application number: SU752195659A
Authority: SU
Inventors: Николай Петрович Сухоставцев
Original assignee: Предприятие П/Я А-1490
Priority date: 1975-12-08
Filing date: 1975-12-08
Publication date: 1979-05-05

Description

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ СДВИГА ФАЗ(54) PHASE SHIFT METER

Изобретение относитс к области электрорадиоизмернтельной техники, а именно к двухкаиальным (|)азо.1етрам, и может быть использовано при измерении фазовы.х сдвигов . Известны измерители разности фаз триггерного типа с псключепием зон неопределенности в пределах периода, содержан1ие формирую цее устройство, формирователи коротких импульсов, соответствующих моментам перехода входн1 1х сигналов через нуль, измерительные триггеры и индикатбр 1. В этих измерител х дл устранени неопределенности показаний вблизи 180° фазовых сдвигов между входными сигналами в один из каналов добавл етс фиксированный фазовый сдвиг. В этом случае не исключаютс зоны неопределенности как таковые , а нереноситс (сдвигаетс ) измер ема разность фаз из зоны неопределенности на определенный (фиксированный) угол. В этом измерителе разность фаз вблизи 180° определ етс оператором по фор.муле ФИЗМ ±ФОАВИГА+ (±ФПОК.), гдефлок,- показание прибора после введени сдвига в один из каналов, так как в этом случае нет соответстви между величиной измер емой разности фаз и показанием прибора. Отмечаетс значительное врем измерени в зонах неопределенности; при записи показаний фазоизмерител регистрирующими приборами (самописец, ЦПУ и т.д.) фазовые сдвиги между входными сигналамн в зонах неустойчивой работы триггеров выпадают из общей фазовой характеристики , что приводит к ощибочным результатам . Использовать такие фазоизмерители в автоматических системах без участи оператора невозможно. Известны также фазоизмерители, где неопределенность показаний индикатора устран етс в пределах периода делением частоты входных сравниваемых сигналов по фазе 21. Однако они обладают пониженной точнoqтью и разрешающей способностью, так как при делении частоты входных сигналов в п раз уменьшаетс и фазовый сдвиг между ними.The invention relates to the field of electro-radio equipment, namely, two-cased (|) azo.1meters, and can be used in the measurement of phase shifts. Trigger type phase difference meters are known with the uncertainty zones within the period, containing the device forming, short pulse shapers corresponding to the transition time of the input signals and zero signals, measuring triggers and indicators 1. In these meters, to eliminate the uncertainty of the readings near 180 ° phase shifts between input signals a fixed phase shift is added to one of the channels. In this case, the uncertainty zones as such are not excluded, but the measured phase difference from the zone of uncertainty is not carried (shifted) by a certain (fixed) angle. In this meter, the phase difference near 180 ° is determined by the operator according to the formula FIZM ± FOAVIGA + (± FPOK), where the block is the instrument reading after introducing a shift into one of the channels, since in this case there is no correspondence between the measured difference phases and instrument readings. Significant measurement times are noted in areas of uncertainty; when recording phase meter readings by recording devices (recorder, CPU, etc.), phase shifts between input signals in areas of unstable operation of the flip-flops fall out of the overall phase characteristic, which leads to fault-free results. It is impossible to use such phase meters in automatic systems without the participation of the operator. Phase-measuring devices are also known, where the uncertainty of the indicator readings is eliminated within the period by dividing the frequency of the input signals by phase 21. However, they have a reduced accuracy and resolution, since the frequency shift between the input signals decreases by a factor of 5 when dividing the frequency of the input signals.

Цель изобретени - повышение точности и разрешающей способности.The purpose of the invention is to improve the accuracy and resolution.

Это достигаетс тем, что измеритель сдвига фаз, содержащий в каждом из двух каналов последовательно соединенные формирующее устройство и триггер-делитель частоты, во тором канале инвертор, вход которого подключен к выходу триггера-делител , общие дл обоих каналов филЬтр и пороговые устройства, св занные между собой , измерительный триггер и индикатор, снабжен коммутирующими элементами, формировател ми коротких импульсов, вычитающим устройством с коммутируемым коэффициенто передачи, дополнительным ф.ильтром , ключевым фазовым дискриминатором, при этом входы формирователей коротких импульсов подключены к формирующим устройствам , а выходы св заны с коммутирующими элементами и измерительными триггерами , последовательно включенные вычитающее устройство и дополнительный фильтр включены между измерительными триггерами и индикатором, входы ключевого фазового дискриминатора подключены к триггеруделителю первого канала и инвертору второго канала, а выход - к фильтру.This is achieved by the fact that the phase shift meter, which contains in each of the two channels serially connected forming device and trigger-frequency divider, in the torus channel is an inverter, whose input is connected to the output of the trigger-divider, common for both channels and threshold devices connected between each other, the measuring trigger and the indicator, equipped with switching elements, short pulse formers, a subtracting device with a switched transmission factor, an additional filter, a key phase disk The terminator, while the inputs of short pulse shapers are connected to the forming devices, and the outputs are connected to switching elements and measuring triggers, a series of subtractive devices and an additional filter are connected between the measuring triggers and the indicator, the inputs of the key phase discriminator are connected to the trigger of the first channel and the second inverter channel, and the output - to the filter.

На фиг. 1 приведена структурна схема предлагаемого измерител ; на фиг. 2 - временные диаграммы процессов формировани выходных напр жений фазоизмерител во всех его режимах.FIG. 1 shows the structural scheme of the proposed meter; in fig. 2 shows time diagrams of the processes of formation of output voltages of a phase meter in all its modes.

Измеритель разности фаз содержит формирующие устройства 1 и 2, формирователи коротких импульсов 3-6, соответствующих моментам перехода входных сигналов через нуль, причем формирователи 3 и 4 вырабатывают импульсы, соответствующие фронтам сформированных входных сигналов, а формирователи 5-6 - импульсы, соответствующие спадам сформированных сигналов , делители частоты на два 7 и 8; логический элемент НЕ 9; ключевой фазовый дискриминатор 10, 11 нижних частот; компараторы положительного 12 и отрицательного 13 напр жений, коммутирующие элементы 14-17, управл емые компараторами 12 и 13; измерительные триггеры 18 и 19; вычитающее устройство 20 с измен емым коэффициентом передачи, второй фильтр 21 нижних частот и индикатор 22.The phase difference meter contains forming devices 1 and 2, shapers of short pulses 3-6, corresponding to the moments of the input signal crossing through zero, and shapers 3 and 4 produce pulses corresponding to the fronts of the generated input signals, and shapers 5-6 - pulses corresponding to the decays of the formed signals, frequency dividers for two 7 and 8; logical element NOT 9; key phase discriminator 10, 11 low frequencies; comparators of positive 12 and negative 13 voltages, switching elements 14-17, controlled by comparators 12 and 13; measuring triggers 18 and 19; a variable gain subtracter 20, a second low pass filter 21 and an indicator 22.

Измеритель работает следующим образом .The meter works as follows.

Сигналы Uo,, Ug, разность фаз которых подлежит измерению, подаютс на входы формирующих устройств 1 и 2. С выходов формирующих устройств напр жени (фиг. 2 а, б) поступают на формирователи коротких импульсов 3-6. Короткие импульсы с выходов формирователей (фиг. 2, в, г, д, е через нормально замкнутые контакты коммутирующих элементов 14-17 поступают перекрестно в основном режиме на триггеры 18 и 19 дл управлени ими. При маль1х фазовых сдвигах триггер 18 устанавливаетс вThe signals Uo ,, Ug, the phase difference of which is to be measured, are fed to the inputs of the shaping devices 1 and 2. From the outputs of the voltage shaping devices (Fig. 2 a, b) go to shapers of 3-6 short pulses. Short pulses from the outputs of the formers (Fig. 2, c, d, d, e) through the normally closed contacts of the switching elements 14-17 cross in the main mode to the flip-flops 18 and 19 to control them. At small phase shifts, the trigger 18 is set to

единичное состо н.ие импульсом формировател 3, соответствующим фронту сформированного сигнала Uo., в нулевое состо ние :- импульсом формировател 6, соответствующим спаду сформированного сигнала Us (фиг. 2, ж).the unit state of the pulse generator 3, corresponding to the front of the generated signal Uo., to the zero state: - the pulse generator 6, corresponding to the decline of the generated signal Us (Fig. 2, g).

Триггер 19.устанавливаетс в единичное состо ние импульсом формировател 4, соответствующим фронту сигнала US, и в нулевое состо ние - импульсом формировател 5, соответствующим спаду сигнала Ua (фиг. 2, 1,3).The trigger 19 is set to one state by the pulse of the driver 4 corresponding to the front of the signal US, and to the zero state by the pulse of the driver 5 corresponding to the decrease of the signal Ua (Fig. 2, 1.3).

Выходные сигналы триггеров подаютс на входы вычитающего устройства 20, например , выполненного на основе дифференциального усилител . В этом режиме коэффициент передачи вычитающего устройства равен половине максимального своего значени , ухудшени разрешающей способности фазоизмерител при этом не происходит, так как коэффициент передачи вычитающего устройства может быть больше «1. Разностный сигнал поступает на фильтр 21. Напр жение на его пропорционально измер емой разности фаз.The output signals of the flip-flops are fed to the inputs of a subtractor 20, for example, made on the basis of a differential amplifier. In this mode, the transfer coefficient of the subtractor is equal to half of its maximum value, while the resolution of the phase meter does not deteriorate, since the transfer coefficient of the subtracting device may be greater than "1. The differential signal is fed to the filter 21. The voltage on it is proportional to the measured phase difference.

Амплитудно-фазова характеристика фазоизмерител в основном режиме приведена на фиг. 2, а. Напр жение с выхода фильтра 21 поступает на индикатор 22, в качестве которого может использоватьс стрелочный прибор или аналого-цифровой преобразователь . Выходные сигналы формирующих устройств 1 и 2 поступают также на входы делителей частоты на два 7 и 8 цепи управлени , сигналы с поделенной вдвое частотой, один непосредственно, а другой - инвертированный элементом НЕ 9, подаютс на ключевой фазовый дискриминатор 10. Выходной сигнал дискри.минатора фильтруетс фильтром 11, знак и амплитуда выходного напр жени которого определ етс разностью фаз выходных сигналов.The amplitude-phase characteristic of the phase meter in the main mode is shown in FIG. 2, a. The voltage from the output of the filter 21 is fed to the indicator 22, which can be used as a pointer device or analog-to-digital converter. The output signals of the shaping devices 1 and 2 also go to the inputs of the frequency dividers to two 7 and 8 control circuits, the signals with a halved frequency, one directly and the other, inverted by the HE element 9, are fed to the key phase discriminator 10. The output signal of the discriminator filtered by filter 11, the sign and amplitude of the output voltage of which is determined by the phase difference of the output signals.

Напр жение с фильтра 11 поступает на два компаратора 12 и 13 напр жений. При малых фазовых сдвигах выходное напр жение фильгра 11 меньще пороговых значений компараторов.The voltage from filter 11 is supplied to two voltage comparators 12 and 13. With small phase shifts, the output voltage of the filter 11 is lower than the threshold values of the comparators.

Во втором режиме при фазовых сдвигах выходных сигналов, близких к плюсовой зоне неопределенности основного режима (положительна разность фаз, канал USприн т за опорный) или лежащих в ней, напр жение на входе компаратора 12 достаточно дл его срабатывани и переключени коммутирующ ,их элементов 14 и 15. Цепь установки триггера 9 в единичное состо ние отключаетс , триггер 19 во втором режиме находитс в нулевом состо нии. Триггер 18 устанавливаетс в единичное состо ние попрежнему импульсом формировател 3 (фиг. 2,8), а в нулевое - импульсом формировател 4. Коэффициент передачи вычитающего устройства устанавливаетс равным удвоен11ому значению по сравнению с основным режимом. Зона неустойчивой работы триггера 18 при этом возможна только при фазовых сдвигах, близких к нулю или 360° При выходе значени измер емой разности фаз за пределы зоны неустойчивой работы триггеров основного режима напр жение на входе компаратора 12 становитс меньше его порогового значени . Компаратор 12 возвращаетс в исходное состо ние, коммутирующие элементы 14 и 15 также переключаютс в прежнее состо ние, и фазоизмеритель снова работает в основном режиме. В третьем режиме при фазовых сдвигах сигналов, близких к минусовой зоне неопределенности основного режима (фазовый сдвиг близкий к - 180°), или лежащих в ней, напр жение на входе компаратора 13 достйточно дл его срабатывани , при этом переключаютс коммутирующие элементы 16 и 17, цепь установки триггера 18 в единичное состо ние прерываетс . Работает только триггер 19, который устанавливаетс в единичное состо ние импульсом формировател 6, соответствующим спаду сформированного сигнала Ш, а в нулевое состо ние - по-прежнему импульсом формировател 5. Коэффициент передачи вычитающего устройства так же, как и во втором режиме, удваиваетс .In the second mode, with phase shifts of the output signals close to the positive zone of the uncertainty of the main mode (positive phase difference, the US channel is for reference) or lying in it, the voltage at the input of the comparator 12 is enough to trigger and switch them, their elements are 14 and 15. The circuit for setting the trigger 9 to one state is turned off, the trigger 19 in the second mode is in the zero state. The trigger 18 is set to one state by the former pulse of the driver 3 (Fig. 2.8), and to zero one by the pulse of the driver 4. The transfer ratio of the subtractor is set to twice the value compared to the main mode. In this case, the zone of unstable operation of the trigger 18 is possible only with phase shifts close to zero or 360 °. When the value of the measured phase difference exceeds the limits of the zone of unstable operation of the main mode triggers, the voltage at the input of the comparator 12 becomes less than its threshold value. The comparator 12 returns to the initial state, the switching elements 14 and 15 are also switched to the previous state, and the phase meter again operates in the main mode. In the third mode, with phase shifts of signals close to the minus zone of the main mode uncertainty (phase shift close to –180 °), or lying in it, the input voltage of the comparator 13 is sufficient to trigger it, while switching elements 16 and 17 are switched, the trigger setup circuit 18 is interrupted in a single state. Only the trigger 19 operates, which is set to one state by the pulse of the driver 6 corresponding to the decay of the generated signal W, and to the zero state by the pulse of the driver 5. The transfer ratio of the subtractor is doubled as in the second mode.

Claims

The claims The phase shift meter, containing in each of the two channels serially connected forming device and trigger-frequency divider, in the second channel, the inverter, whose input is connected to the output of the trigger-divider, common filter for both channels and threshold devices connected to each other measuring trigger and indicator, characterized in that, in order to increase accuracy and resolution, it is equipped with switching elements, short pulse shapers, subtracting device from a switch the transmission coefficient, the additional filter, the key phase discriminator, while the inputs of the shapers of short pulses are connected to the forming | 1m device, and the outputs are connected to the switching elements and measuring triggers, the series-reading subtractor and the additional filter are connected between the measuring triggers and the indicator, the inputs the key phase discriminator is connected to the trigger-divider of the first channel and the inverter of the second channel, and the output is connected to the filter. Sources of information taken into account during the examination 1. USSR author's certificate No. 286073, cl. G 01 R 25/00, 01.27.1969.

2. USSR author's certificate number 359611, cl. G 01 R 25/04, 01/18/1971.

, - 0 - П Г1 ГЬ

6

l

Ffbfgt / f. n n

Sh