SU661394A1 - Устройство дл измерени сдвига фаз двух сигналов - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к автоматике и контрольно-измерительной технике, может б1з1ть использовано в измерительной аппаратуре , самонастраивающихс  системах, фазовых системах управлени  дл  исследовани  систем автоматического регулировани  частотными методами.

Известны устройства дл  измерени  фазового сдвига сигналов, построенные на схемах с промежуточным преобразованием фазового сдвига во временной интервал I.

Недостатки этого устройства - низка  точность измерени  и малое быстродействие.

Наиболее близко к предлагаемому устройство дл  измерени  и запоминани  сдвига фаз двух сигналов, содержащее измерительный блок, выход которого соединен с первым входом блока считывани , вторые входы которого соединены с выходами первого триггера, формирующий блок, первый выход которого через первый ключ соединен с первым входом первого триггера, с первым входом второго и третьего ключей и через четвертый ключ - с общим входом второго триггера, выход которого соединен с первым входом измерительного блока, вторыми входами первого и четвертого ключей и через

первый формирователь импульсов - со вторым входом измерительного блока и с первым входом третьего триггера, выходы которого соединены с третьим и четвертым в.чодами измерительного блока, два диода и второй формирователь импульсов 2.

У этого устройства ограниченное быстродействие , так как фазовый сдвиг измер етс  один раз за период - в первый полупериод, контроль фазового сдвига происходит лигнь в первый полупериод следующего периода. Ирименение в качестве ключей электромеханических реле существенно ограничивает частотный диапазон контролируемых сигналов и точность измерени .

Цель изобретени  - повышение быстродействи  и точности устройства.

5

Claims (2)

1. Достигаетс  эта цель тем, что в устройство дл  измерени  сдвига фаз двух сигналов , содержащее измерительный блок, выход которого соединен с первым входом блока считывани , вторые входы которого соединены с выходами первого триггера, форми0 рующий блок, первый выход которого через первый ключ соединен с первым входом второго и третьего ключей и через четвертый ключ - с общим входом второго триггера. ВЫХОД которого соединен с первым входом измерительного блока и вторыми входами первого и четвертого ключей и через первый .формирователь импульсов - со вторым входом измерительного блока и с первым входом третьего триггера, выходы которого соединены с третьим и четвертым входами измерительного блока, два диода и второй формирователь импульсов, введен четвертый триггер, причем второй выход формирующего блока через диод, включенный в пр мом направлении, соединен с входом второго триггера и через второй диод, включенный в обратном направлении, - с выходом третьего ключа и общим входом четвертого триггера , выход которого соединен с п тым входом измерительного блока, со вторыми входами третьего и второго ключей; выход последнего св зан со вторым входом первого триггера, а выход второго формировател  импульсов - со вторым входом третьего триггера и с щестым входом измерительного блока. На фиг. 1 представлена функциональна  электрическа  схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, по сн ющие его работу . Устройство дл  измерени  сдвига фаз двух сигналов содержит измерительный блок 1, блок считывани  2, триггер 3, формирующий блок 4, ключи 5-8, триггер 9, формирователи импульсов 10 и 11, триггер 12, диоды 13 и 14, триггер 15. Устройство работает следующим образом . Измер емые сигналы Xt - опорный и Xi - контролируемый в виде напр жений, модулированных низкой частотой (400 1000Гц) подаютс  на формирующий блок 4, на выходе которого формируютс  ступенчатые напр жени , пол рность которых соответствует пол рности огибающих J/, Xz- При изменении пол рности напр жений с положительной на отрицательную на выходах формирующего блока 4 формируютс  отрицательные импульсы, а при обратном изменении - положительные. В исходном положении состо ние триггеров соответствует обозначенному на фиг. 2, т.е. на левых выходах триггеров сигнал отсутствует, и все ключи закрыты. Положим, сигнал Xi отстает от i (фиг. 2а). Устройство начинает работать в момент времени t О при изменении пол рности огибающей сигнала Xt с минуса на плюс. Положительный импульс с формирующего блока 4 через диод 13 поступает на триггер 15, перевод  его в состо ние «1, в результате чего открываютс  ключи 6 и 7 и ключ 16 измерительного блока 1. Далее при изменении пол рности огибающей напр жени  Хг на выходе формирующего блока 4 формируетс  .положительный импульс, который через открытый ключ 6 проходит на один вход триггера знака 3, в данном случае не измен   его состо ние. Если «1 на правом выходе триггера 3, это значит, что сигнал Хг отстает от Al, а если «1 - на левом, то Хг опережает Х{ . Положительный импульс с формирующего блока 4, проход  через открытый ключ. 7, возвращает триггер 15 в исходное состо ние , в результате чего закрываютс  ключи 6 и 7 и ключ 16 измерительного блока 1. При закрытии ключа 16 прекращаетс  зар д конденсатора 17 измерительного блока. Посто нную времени цепи зар да Т RC выбирают такой, чтобы на рабочей частоте в пределах промежутка времени, соответствующего фазовому сдвигу 180°, напр жение на конденсаторе нарастало линейно. При измерении фазового сдвига сигналов он преобразуетс  во временной интервал (врем  открыти  ключа 16), а временной интервал - в напр жение. Таким образом, при закрытии ключа 16 напр жение на конденсаторе 17 измерительного блока 1 соответствует фазовому сдвигу сигналов XtX , а знак фазового сдвига определ етс  состо нием триггера 3. Одновременно с возвратом триггера 15 в исходное состо ние на выходе формировател  импульсов 11 формируетс  положительный импульс, в результате чего измен етс  состо ние триггера 10 - на левом выходе устанавливаетс  «1 и тем самым измерительный конденсатор 17 подключаетс  ко входу блока считывани  2. Напр жение на выходе блока считывани  2, имеющего больщое входное сопротивление, пропорционально напр жению на измерительном конденсаторе 17, т. е. фазовому сдвигу измер емых сигналов, а его пол рность (или фаза несущей частоты, если выход - по переменному току), определ етс  состо нием триггера 3 и в данном случае отрицательна. Входное сопротивление блока считывани  2 выбирают высоким из услови  требуемой точности преобразовани  сигнала: относительное падение напр жени  на конденсаторе за врем  считывани  не должно превьинать требуемой относительной точности измерени  фазового сдвига. В следующий полупериод измерени  опорного сигнала на выходе формирующего блока 4 формируетс  отрицательный импульс, который, нроход  через диод 14, измен ет состо ние триггера 9, в результате чего срабатывают ключи 17, 5, 8. Ключ 18 подключает конденсатор 19 на зар д. Далее при изменении пол рности сигнала Хг с плюса на минус на выходе формирующего блока 4 формируетс  отрицательный импульс , который, проход  через открытый ключ 5 на левый вход триггера 3, не измен ет его состо ни , из чего следует,что Хг. остает от Xi и, проход  через открытый ключ 8, возвращает триггер 9 в исходное состо ние, в результате чего закрываютс  ключи 5, 8, 18. При закрытии ключа 18 прекращаетс  зар д конденсатора 19 измерительного блока , напр жение на котором пропорционально фазовому сдвигу. При возвращении триггера 9 в исходное («О) состо ние на выходе формировател  10 формируетс  положительный импульс, который щунтирует конденсатор 17 на общую шину, вызыва  его разр д, и измен ет состо ние триггера 12 («1 на правом выходе), тем самым подключа  конденсатор 19 на считывание. Таким образом происходит поочередный зар д измерительных конденсаторов 17, 19 и считывание с них: с начала первого (нечетного) полупериода - зар д конденсатора 17; в момент окончани  измерени  этот конденсатор подключаетс  на считывание, а другой подготавливаетс  к работе - с него происходит сброс напр жени ; с начала следующего (четного) полупериода второй конденсатор подключаетс  на зар д, затем на считывание и т.д. Пол рность (или фаза несущей частоты) выходного напр жени  блока считывани  2 указывает на отставание или опережение сигнала Xj относительно Xt и определ етс  состо нием триггера 3. Положим теперь, что сигнал Хг опережает Х{ (фиг. 26). При изменении пол рности огибающей сигнала Х с минуса на плюс положительный импульс с формирующего блока 4 измен ет состо ние триггера 15 на «1. При этом срабатывают ключи 6, 7, 16; ключ 16 подключает конденсатор 17 на зар д. При изменении пол рности огибающей напр жени  Xz, в данном случае с плюса на минус, на выходе формирующего блока 4 формируетс  отрицательный импульс , который, проход  через открытый ключ 6 измен ет состо ние триггера 3 знака. На левом его выходе оказываетс  «1, на право.м «О, из чего следует, что сигнал Хг опережает Х . Соответственно измен етс  пол рность или фаза выходного напр жени  блока считывани  2. В остальном схема работает описанным образом. Во второй полупериод на триггер 3 знака при неизменном пор дке следовани  сигналов поступает положительный импульс, но уже через ключ 5 на левый вход, и не измен ет его состо ни . Если пор док следовани  сигналов изменилс , т. е. Хг отстает от Xi, во второй полупериод через ключ 5 на левый вход триггера 3 поступает отрицательный импульс и на левом его выходе оказываетс  «О, на правом - «1, из чего следует, что Хг. отстает от Xi, и соответственно измен етс  пол рность (или фаза несущей частоты) выходного напр жени  схемы считывани . Таким образом, триггер 15 подключает через ключи на зар д конденсатор 17 в нечетные полупериоды, а триггер 9 - конденсатор 19 в четные полупериоды. При размыкании цепи зар да зар женный конденсатор подключаетс  на считывание, а другой конденсатор подготавливаетс  к зар ду: с него производитс  сброс напр жени . Знак фазового сдвига определ етс  состо нием триггера 3 и пол рностью импульсов формирующего блока 4, поступающих через ключи 5 и 6, управл емые триггерами 15 и 9. Таким образом, по сравнению с известными предлагаемое устройство дл  измерени  и запоминани  сдвига фаз двух сигналов имеет следующие преимущества: 1)повыщенные быстродействие и точность (в два раза), так как сигнал измер етс  в каждый полупериод, а не один раз за период. 2)больщий частотный диапазон измер емых сигналов благодар  применению в качестве ключей на электромеханических реле, а электрических ключей - на интегральных микросхемах. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  сдвига фаз двух сигналов, содержащее измерительный блок, выход которого соединен с первым входом блока считывани , вторые входы которого соединены с выходами первого триггера , формирующий блок, первый выход которого через первый ключ соединен с первым входом второго и третьего ключей и через четвертый ключ - с общим входом второго триггера, выход которого соединен с первым входом измерительного блока и вторыми входами первого и четвертого ключей и через первый формирователь импульсов - со вторым входом измерительного блока и с первым входом третьего триггера, выходы которого соединены с третьим и четвертым входами измерительного блока, два диода и второй формирователь импульсов, отличающеес  тем, что, с целью повышени  быстродействи  и точности, в него введен четвертый триггер, причем второй выход формирующего блока через диод, включенный в пр мом направлении, соединен со входом второго триггера и через второй диод, включенный в обратном направлении, - с выходом третьего ключа и общим входом четвертого триггера, выход которого соединен с п тым входом измерительного блока, со вторыми входами третьего и второго ключей; выход последнего св зан со вторым входом первого триггера, а выход второго формировател  импульсов - со вторым входом третьего триггера и с щестым входом измерительного блока. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 240840, G 01 R 25/00, 1962.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 332443, G 01 R 25/00, 1972.

   Г

   , р . Т .

   Ш

   НМ5