SU732761A1

SU732761A1 - Commutation phase meter

Info

Publication number: SU732761A1
Application number: SU772554112A
Authority: SU
Inventors: Николай Вениаминович Маслов; Рустем Леонтьевич Григорьян; Владислав Тимофеевич Кондратов; Юрий Алексеевич Скрипник
Original assignee: Предприятие П/Я А-1490
Priority date: 1977-12-16
Filing date: 1977-12-16
Publication date: 1980-05-05

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при построении быстродействующих измерителей фазовых сдвигов между двумя гармоническими сигналами, изменяющимися в широком частотном диапазоне, работающих в условиях действия периодических, в частности сетевых, помех.The invention relates to the field of measurement technology and can be used in the construction of high-speed meters of phase shifts between two harmonic signals that vary in a wide frequency range, operating under the action of periodic, in particular network, interference.

Известен коммутационный фазометр, содержащий коммутатор, линейный фазовый детектор, управляющий триггер и дискриминатор, причем фазовый детектор соединен с источниками входных сигналов непосредственно и через коммутатор, который по двух входах подключен к управляющему триггеру и к синхронному детектору, связанный с избирательным усилителем частоты коммутации и регистрирующим устройством, в которых для уменьшения влияния переходных процессов, обусловленных периодической коммутацией исследуемых сигналов, частота коммутации синхронизируется одним из исследуеьих сигналов (1].Known switching phase meter containing a switch, a linear phase detector, a control trigger and discriminator, and the phase detector is connected to the input sources directly and through a switch, which is connected at two inputs to a control trigger and to a synchronous detector connected to a selective switching frequency amplifier and recording a device in which to reduce the influence of transients due to periodic switching of the studied signals, the switching frequency is synchronous is being generated by one of the studied signals (1].

Недостатком такого фазометра является большая погрешность измерений, возникающая при перестройке выходных избирательных цепей, необходимость которой обусловлена изменением частоты коммутации при изменении частоты исследуемых сигналов. Для увеличения быстродействия предложено выделение фазовой информации производить путем стробирования выходного напряжения фазового детектора в конце каждого такта (полупериода частоты коммутации) .The disadvantage of such a phase meter is the large measurement error that occurs during the tuning of the output selective circuits, the need for which is due to a change in the switching frequency with a change in the frequency of the studied signals. To increase the speed, it is proposed to extract phase information by gating the output voltage of the phase detector at the end of each clock cycle (half-cycle of the switching frequency).

Известно также устройство, содержащее коммутатор, управляемый формирователем коммутационных интервалов, состоящим из дискриминатора, трехвходовой схемы И_л двух одновибрато15 ров и триггера, линейный фазовый детектор, амплитудно-импульсный модулятор, одновибратор — формирователь строб-импульсов, блок вычитания сигналов и регистрирующее устройство, причем вход дискриминатора форьмрователя коммутационных интервалов подключен к одному из входов фазометра, выход линейного фазового детектора, входы которого непосредственно и че25 рез коммутатор подключены ко входам фазометра, подключен ко входу амплитудно-импульсного модулятора, ко второму входу которого подключен выход формирователя строб-импульсов, под30; ключенного входом к выходу первого одновибратора формирователя коммутационных интервалов, а выход амплитудно-импульсного модулятора подключен через блок вычитания к регистрирующему устройству [2].It is also known a device comprising a switch controlled by generator switching intervals consisting of discriminator trehvhodovoy AND circuit _L two odnovibrato15 pit and the flip-flop, a linear phase detector, a pulse amplitude modulator, a monostable multivibrator - shaper strobe pulse unit signal subtraction and recording unit, wherein the input of the discriminator of the switching interval shaper is connected to one of the inputs of the phase meter, the output of a linear phase detector, the inputs of which are directly and indirectly the mutator is connected to the inputs of the phase meter, connected to the input of the amplitude-pulse modulator, to the second input of which the output of the gate-pulse generator is connected, under 30; connected by the input to the output of the first one-shot driver of the switching intervals, and the output of the amplitude-pulse modulator is connected through the subtraction unit to the recording device [2].

Недостатком этого устройства является значительная случайная погрешность измерения, обусловленная помехами и наводками, наложенными на выходное напряжение фазового детектора.The disadvantage of this device is a significant random measurement error due to interference and interference superimposed on the output voltage of the phase detector.

Цель изобретения — уменьшение случайной погрешности измерения фазовых сдвигов за два такта коммутации.The purpose of the invention is to reduce the random error in the measurement of phase shifts for two switching cycles.

Поставленная цель достигается тем, что в коммутационный фазометр, содержащий коммутатор, подключенный к клеммам входных сигналов и управляемый формирователем коммутационных интервалов, состоящим из дискриминатора, соединенного с одной из клемм входного сигнала, трехвходового элемента И, двух одновибраторов, выходы каждого из которых подсоединены к первому и второму входам трехвходового элемента И, и триггера, соединенного пр входу с выходом трехвходового элемента И, а по выходам - с коммутатором и с первым одновибратором, выход первого одновибратора и вход второго одновибратора объединены, а выход дискриминатора соединен с третьим входом трехвходового элемента И, содержащий также фазовый детектор, соединенный одним входом непосредственно с клеммой входного сигнала, а другим — через коммутатор, последовательно соединенные амплитудноимпульсный модулятор, блок вычитания сигналов и регистрирующий блок и формирователь строб-импульсов, подключенный к амплитудно-импульсному модулятору, введены интегратор, управляемый введенным формирователем интервалов интегрирования и включенный между фазовым детектором и амплитудноимпульсным модулятором, а также достигается тем, что’ формирователь интервалов интегрирования состоит из дискриминатора, подключенного к источнику питания, одновибратора, формирователя коротких импульсов, трехвходового элемента И, триггера со счетным входом и триггера с раздельными входами, причем трехвходовый элемент И соединен одним входом с выходом одновибратора, другим - с выходом дискриминатора и третьим — с выходом триггера с рездельными входами, один из которых соединен с выходом формирователя коротких импульсов, а другой — с выходом формирователя строб-импульсов, при этом счетный вход триггера подключен к выходу трехвходового элемента И, а выходы его один - к входу интегратора и входу формирователя стрОб-импульсов, другой — к входу одновибратора, вход формирователя коротких импульсов соединен с выходом первого одновибратора формирователя коммутационных интервалов.This goal is achieved by the fact that in the switching phase meter containing a switch connected to the input signal terminals and controlled by a switching interval shaper, consisting of a discriminator connected to one of the input signal terminals, a three-input element And, two one-shots, the outputs of each of which are connected to the first and the second inputs of the three-input element And, and the trigger connected to the input with the output of the three-input element And, and the outputs - with the switch and the first one-shot, the output of the first the single vibrator and the input of the second single vibrator are combined, and the discriminator output is connected to the third input of the three-input element And containing also a phase detector connected by one input directly to the input signal terminal and the other through a switch, pulse-amplitude modulator connected in series, the signal subtraction unit and the recording unit and a strobe-pulse shaper connected to an amplitude-pulse modulator, an integrator introduced, controlled by the introduced interval shaper is integrated I and connected between the phase detector and the amplitude-pulse modulator, and is also achieved by the fact that the shaper of the integration intervals consists of a discriminator connected to a power source, a single vibrator, a shaper of short pulses, a three-input element And, a trigger with a counting input and a trigger with separate inputs, and the three-input element And is connected by one input to the output of a one-shot, the other - with the output of the discriminator and the third - with the output of the trigger with separate inputs, one of which is connected to the short pulse shaper, and the other with the output of the strobe pulse shaper, while the counting input of the trigger is connected to the output of the three-input element And, and its outputs are one to the input of the integrator and the input of the str-pulse generator, the other to the input of the one-shot, shaper input short pulses connected to the output of the first one-shot shaper switching intervals.

Функциональная схема устройства приведена на чертеже.Functional diagram of the device shown in the drawing.

Фазометр содержит коммутатор 1, фазовый детектор 2, интегратор 3, амплитудно-импульсный модулятор 4, формирователь 5 строб-импульсов, блок 6 вычитания сигналов, регистрирующий блок 7, формирователь 8 коммутационных интервалов, состоящий из дискриминатора 9, трехвходового элемента И 10, триггера 11, первого и второго одновибраторов 12 и 13, Формирователь 14 интервалов интегрирования, состоящий из формирователя 15 коротких импульсов, триггера 16 с раздельными входами, трехвходового элемента И 17, дискриминатора 18, триггера 19 со счетным входом, одновибратора 20.The phasometer contains a switch 1, a phase detector 2, an integrator 3, an amplitude-pulse modulator 4, a strobe-pulse shaper 5, a signal subtracting unit 6, a recording unit 7, switching interval shaper 8, consisting of a discriminator 9, a three-input element And 10, a trigger 11 of the first and second one-shots 12 and 13, Shaper 14 integration intervals, consisting of a shaper 15 short pulses, a trigger 16 with separate inputs, a three-input element And 17, a discriminator 18, a trigger 19 with a counting input, a single-shot torus 20.

Принцип действия фазометра следующий .The principle of operation of the phase meter is as follows.

Исследуемые сигналы и U₂ поочередно с частотой коммутации подключаются к фазовому детектору 2. При этом, в один такт коммутации к фазовому детектору 2 подключаются сигналы и и_г . а в другой такт на оба входа фазового детектора 2 подается сигнал U.The studied signals and U _{2 are} alternately connected with the switching frequency to the phase detector 2. At the same time, the signals and and _{g are} connected to the phase detector 2 in one clock cycle. and in another cycle, a signal U is applied to both inputs of the phase detector 2.

В результате коммутации на выходе фазового детектора 2 выделяется импульсное напряжение с амплитудой, пропорциональной сдвигу фаз между сигналами и U₂ , изменяющееся с частотой коммутации.As a result of the switching at the output of the phase detector 2, a pulse voltage with an amplitude proportional to the phase shift between the signals and U ₂ , which varies with the switching frequency, is released.

Выходное напряжение фазового детектора 2 поступает на интеграторThe output voltage of the phase detector 2 is supplied to the integrator

3, на выходе которого формируется ~ последовательность пилообразных сигналов. Интегрирование выходного напряжения фазового детектора 2 осуществляется с задержкой (на время переходного процесса) относительно момента переключения исследуемых сигналов и происходит в каждом такте коммутации в течение одного’и того же интервала времени.3, at the output of which a ~ sequence of sawtooth signals is formed. The integration of the output voltage of the phase detector 2 is carried out with a delay (for the duration of the transition process) relative to the moment of switching of the studied signals and occurs in each switching cycle for the same time interval.

В конце каждого такта интегрирования амплитудо-импульсным модуляторомAt the end of each integration step, by an amplitude-pulse modulator

4, на импульсный вход которого в определенный момент времени поступает короткий строб-импульс с формирователя4, the pulse input of which at a certain point in time receives a short strobe pulse from the driver

5, осуществляется стробирование выходного напряжения интегратора 3. Очевидно, что разность амплитуд двух соседних’ выходных импульсов модулятора 4 пропорциональна сдвигу фаз между исследуемыми сигналами.5, the output voltage of the integrator 3 is gated. It is obvious that the difference in the amplitudes of two adjacent ’output pulses of the modulator 4 is proportional to the phase shift between the studied signals.

В блоке 6 вычитания сигналов производится выделение информации о фазовом сдвиге и преобразование ее в форму, удобную для регистрации. Обработка информации в блоке 6 производится за два такта коммутации в цифровой или аналоговой Форме.In block 6 of the subtraction of signals is the selection of information about the phase shift and converting it into a form convenient for registration. Information processing in block 6 is performed in two switching cycles in a digital or analog Form.

Формирование управляющих сигналов в предлагаемом устройстве осуществляется следующим образом.The formation of control signals in the proposed device is as follows.

Короткие импульсы с выхода дискриминатора 9, соответствующие моменту перехода одного из исследуемых сигналов (Щ) через нуль поступают на элемент И 10, открытую в начальный момент времени по двум другим входам, что позволяет одному из импульсов пройти на счетный вход триггера 11 и опрокинуть его в противоположное состояние.Short pulses from the output of the discriminator 9, corresponding to the moment of transition of one of the studied signals (U) through zero, go to the element And 10, which is open at the initial time by two other inputs, which allows one of the pulses to go to the counting input of trigger 11 and topple it into opposite state.

Перепад напряжения с одного из плеч триггера 11 опрокинет в неустойчивое состояние на время задержки одновибратор 12, после чего дальнейшее прохождение импульсов через элемент И 10 прекратится.The voltage drop from one of the shoulders of the trigger 11 will overturn the univibrator 12 into an unstable state for the delay time, after which the further passage of the pulses through the And 10 element will stop.

Через время задержки одновибратор 12 возвратится в исходное состояние и запустит одновибратор 13 и формирователь 15 коротких импульсов. Выходным сигналом одновибратора 13 элемент И 10 будет поддерживаться в закрытом состоянии, а выходной сигнал формирователя 15 установит триггер 16 в единичное состояние. С этого момента времени ранее закрытый элемент И 17 открывается и импульс с выхода дискриминатора 18, соответствующий моменту перехода через нуль напряжения помехи, пройдет на счетный вход триггера 19 и опрокинет его в единичное состояние. Перепад напряжения с выхода триггера 19 опрокинет в неустойчивое состояние на время интегрирования одновибратор 20, после чего дальнейшее прохождение импульсов через элемент И 17 прекратится. ·After the delay time, the one-shot 12 will return to its original state and start the one-shot 13 and the shaper 15 short pulses. The output signal of the one-shot 13 element And 10 will be maintained in a closed state, and the output signal of the shaper 15 will set the trigger 16 in a single state. From this point in time, the previously closed element And 17 opens and the pulse from the output of the discriminator 18, corresponding to the moment of transition of the interference voltage through zero, passes to the counting input of the trigger 19 and overturns it into a single state. The voltage drop from the output of the trigger 19 will overturn into an unstable state at the time of integration of the one-shot 20, after which the further passage of the pulses through the element And 17 will stop. ·

Через время интегрирования одновибратор 20 возвратится в исходное состояние, элемент И 17 снова откроется и очередной импульс с выхода дискриминатора 18 возвратит триггер 19 в исходное (нулевое) состояние. Перепад напряжения с выхода триггера 19 запустит формирователь 5, выходной короткий импульс которого установит триггер 16 в исходное (нулевое) состояние. После этого с некоторой задержкой возвратится в исходное состояние одновибратор 13, время задержки одновибратора 13 выбирается несколько больше времени задержки одновибратора 20, и к элементу И 10 снова будет приложено открывающее напряжение.After the integration time, the one-shot 20 will return to its original state, the And element 17 will open again and the next pulse from the output of the discriminator 18 will return the trigger 19 to its original (zero) state. The voltage drop from the output of the trigger 19 will start the shaper 5, the output short pulse of which will set the trigger 16 to its original (zero) state. After that, with a certain delay, the one-shot 13 will return to its original state, the delay time of the one-shot 13 is selected slightly longer than the delay time of the one-shot 20, and an opening voltage will be applied to the And 10 again.

Очередной импульс дискриминатора 9 поступит на счетный вход триггера 11 и опрокинет его в исходное состояние. Одновибратор 12 снова перебросится в неустойчивое состояние^ и весь процесс формирования управляющих сигналов повторится.The next impulse of the discriminator 9 will arrive at the counting input of the trigger 11 and will overturn it to its original state. The one-shot 12 again will be transferred to an unstable state ^ and the whole process of generating control signals will be repeated.

Таким образом, управляющие сигналы в предлагаемом устройстве определенным образом синхронизированы друг£5 относительно друга одним из исследуемых сигналов и сигналом помехи.Thus, the control signals in the proposed device in a certain way are synchronized each other £ 5 relative to each other by one of the studied signals and the interference signal.

При этом в каждый полупериод частоты коммутации укладывается целое число периодов исследуемых сигналов, 5 а в каждый интервал интегрирования — целое число периодов сигнала помехи. Кроме того; интегрирование начинается с задержкой на время переходных процессов, а стробирование выходного jq сигнала интегратора 3 осуществляется в конце каждого такта коммутации.In this case, an integer number of periods of the signals under investigation is stacked in each half-period of the switching frequency, 5, and an integer number of periods of the interference signal in each integration interval. Moreover; integration begins with a delay for the duration of transients, and the gating of the output jq signal of the integrator 3 is carried out at the end of each switching cycle.

Это позволяет стабилизировать переходный процесс, обусловленный коммутацией исследуемых сигналов, и одновременно уменьшить влияние помех 15 и ее гармоник, поскольку интегрирование при этих условиях обеспечивает максимальное сглаживание аддитивных помех и наводок, что в конечном итоге в значительной степени уменьшает 20 случайную погрешность измерения.This makes it possible to stabilize the transient process due to switching of the studied signals and at the same time reduce the influence of interference 15 and its harmonics, since integration under these conditions provides the maximum smoothing of additive interference and interference, which ultimately significantly reduces the 20 random measurement error.

Применение настоящего фазометра особенно эффективно в диапазоне частот 10 Гц — 1 кГц, поскольку весь цикл измерения, состоящий из двух тактов коммутации, составляет не более 1-2 с.The use of this phase meter is especially effective in the frequency range 10 Hz - 1 kHz, since the entire measurement cycle, consisting of two switching cycles, is no more than 1-2 s.

Claims

1. Authors certificate of the USSR 356588, cl. G 01 R 25/00, 1975.

2. The author's certificate of the USSR 571770, cl. G 01 R 25/00, 1976.