SU815675A1

SU815675A1 - Digital phase meter for measuring phase shift mean value

Info

Publication number: SU815675A1
Application number: SU792734215A
Authority: SU
Inventors: Виктор Владимирович Дюняшев; Анатолий Дмитриевич Зеня; Валентин Евстафьевич Тырса
Original assignee: Харьковский Автомобильно-Дорожныйинститут
Priority date: 1979-03-05
Filing date: 1979-03-05
Publication date: 1981-03-23

Description

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к фазовым измерениям, и может быть использовано для измерения среднего значения сдвига фаз меж дву двуя периодическими сигналами.The invention relates to information-measuring technique, in particular to phase measurements, and can be used to measure the average value of the phase shift between two two periodic signals.

Известен цифровой фазометр для из мерения серднего значения сдвига фаз (цифровой фазометр с постоянным време-. нем измерения), содержащий формирую•щие устройства, триггеры, логические элементы И, генератор квантующих импульсов, счетчик импульсов и делитель частоты [1].A digital phase meter is known for measuring the heart rate value of a phase shift (digital phase meter with a constant measurement time), which contains formative devices, triggers, AND gates, a quantizing pulse generator, a pulse counter, and a frequency divider [1].

Недостатком таких фазометров явля- 15 ется недостаточная точность, обусловленная двумя методическими погреш ностями: высокочастотной и низкочастотной погрешностями дискретного преобразования. 20The disadvantage of such phase meters is the insufficient accuracy due to two methodological errors: high-frequency and low-frequency errors of discrete conversion. 20

Известен также цифровой фазометр дня измерения среднего значения сдвига фаз, работающий на принципе совпадения регулярных импульсных последовательностей, содержащий 25 ключи, формирователь импульсов триггер, коммутатор, логическую схему И, линии задержки, схему запрета, генератор, счетчик периодов и счетчик квантующих импульсов [2].. 30Also known is a digital phase meter of the day for measuring the average value of the phase shift, operating on the principle of coincidence of regular pulse sequences, containing 25 keys, a pulse shaper trigger, a switch, a logic circuit AND, delay lines, a ban circuit, a generator, a period counter and a quantizing pulse counter [2] .. thirty

Недостатком известного фазометра является малое быстродействие, обусловленное необходимостью ожидания первого совпадения импульса генератора с импульсом формирователя.A disadvantage of the known phase meter is its low speed, due to the need to wait for the first coincidence of the generator pulse with the shaper pulse.

Цель изобретения - увеличение быстродействия фазометра.The purpose of the invention is to increase the speed of the phase meter.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой фазометр для измерения среднего значения сдвига фаз, содержащий входные ключи, управляющие входы которых соединены с выходами первого триггера, форкшрователь импульсов, выход которого соединен с первые входом схемы совпадения, второй вход которой соединен с генератором квантующих импульсов и первыми входами первого и второго ключей, выходы которых соединены со счетчиками квантующих импульсов, а выход схемы совпадения соединен со входами первого триггера и электронного коммутатора, выходы которого соединены со вторыми входами первого и второго ключей, выход третьего ключа соединен со счетчиком периодов, введены клю4инвертор, три ключа, элемент ИЛИ и рва триггера, входы которых соеди-_ йены с выходами пятого и шестого ключей, первые входы которых соеди рены с выходом схемы совпадения, в торые входа соединены соответственно с первым входом элемента ИЛИ и с выходом первого входного ключа и вторыми входами четвертого ключа и ключаинвертора, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй ³и третий входы которого соединены соответственно с выходами четвертого и второго входного ключей, а выход соединен со входом формирователя импульсов, первые входы четвертого ключа и ключа-инвертора соединены соответственно с выходами второго и третьего триггеров, причем выход формирователя импульсов соединен с первым входом третьего ключа, второй 15 вход которого соединен с первым входом второго ключа.This goal is achieved by the fact that in a digital phase meter for measuring the average value of the phase shift, containing input keys, the control inputs of which are connected to the outputs of the first trigger, a pulse forerunner whose output is connected to the first input of the coincidence circuit, the second input of which is connected to the quantizing pulse generator and the first inputs of the first and second keys, the outputs of which are connected to counters of quantizing pulses, and the output of the matching circuit is connected to the inputs of the first trigger and electronic switch whose odes are connected to the second inputs of the first and second keys, the output of the third key is connected to a period counter, a key inverter, three keys, an OR element and a trigger ditch are introduced, the inputs of which are connected to the outputs of the fifth and sixth keys, the first inputs of which are connected to the output of the matching circuit, in which the inputs are connected respectively to the first input of the OR element and to the output of the first input key and the second inputs of the fourth key and inverter key, the output of which is connected to the first input of the OR element, the second ³ and third inputs of which connected to the outputs of the fourth and second input keys, and the output is connected to the input of the pulse shaper, the first inputs of the fourth key and the inverter key are connected respectively to the outputs of the second and third triggers, and the output of the pulse shaper is connected to the first input of the third key, the second 15 input of which connected to the first input of the second key.

На чертеже показан фазометр для измерения среднего значения сдвига фаз. 20The drawing shows a phase meter for measuring the average value of the phase shift. 20

Фазометр содержит входные ключи 1 и 2, триггеры 3, 4 и.5, ключ-инвертор- 6 , ключи 7-12, элемент ИЛИ 13, формирователь 14 импульсов, схему 15 совпадения, электронный коммутатор 25 16, генератор 17 квантующих импульсов, счетчик 18 периодов, счетчики 19 и 20 квантующих импульсов.The phasometer contains input keys 1 and 2, triggers 3, 4 and 5, an inverter key 6, keys 7-12, an OR 13 element, a pulse shaper 14, a matching circuit 15, an electronic switch 25 16, a quantizing pulse generator 17, a counter 18 periods, counters 19 and 20 quantizing pulses.

Фазометр работает следующим образом.The phasometer works as follows.

Входные синусоидальные напряжения периода Ту, сдвиг фаз между которыми необходимо измерить, подают на первые входы входных ключей 1 и 2. Триг-ас гер 3 находится в первом устойчивом состоянии и удерживает входной ключ . 1 открытым, а входной ключ 2 - закрытым. Напряжение, подлкюченное к открытому входному ключу 1 является опорным напряжением, а входное напря- 40 жение, подключенное к входному ключу 2 - измеряемым напряжением. Опорное напряжение через входной ключ 1, а далее через нормально открытый ключ 7 и элемент ИЛИ 13 и через 45 нормально . открытый ключ-инвертор 6 и элемент ИЛИ 13 поступает на формирователь 14 импульсЬв, который в моменты перехода напряжения через нуль в положительном направлении формирует прямоугольные импульсы длительностью -С. Таким образом, частота; fj. следования импульсов опорного напряжения на выходе формирователя 14 импульсов равна удвоенной частоте входного напряженияThe input sinusoidal voltages of the Tu period, the phase shift between which must be measured, are fed to the first inputs of the input keys 1 and 2. Trigger 3 is in the first stable state and holds the input key. 1 is public, and input key 2 is private. The voltage connected to the open input switch 1 is the reference voltage, and the input voltage 40 connected to the input switch 2 is the measured voltage. The reference voltage through the input key 1, and then through the normally open key 7 and the element OR 13 and through 45 normally. the public inverter key 6 and the OR element 13 is supplied to the pulse shaper 14, which forms rectangular pulses of duration -C at the moments when the voltage passes through zero in the positive direction. Thus, the frequency; fj. the pulse repetition of the reference voltage at the output of the shaper 14 pulses is equal to twice the frequency of the input voltage

Эти импульсы с выхода формирователя 14 импульсов поступают на первые входа схемы 15 совпадения и ключа 10 С выхода генератора 17 квантующих импульсов на второй вход схемы 15 и на первые входы ключей 11 и 12 посту пают квантующие импульсы длительностью % и с периодом следования Т_о.These pulses from the output of the pulse shaper 14 are fed to the first inputs of the coincidence circuit 15 and key 10 From the output of the quantizing pulse generator 17 to the second input of the circuit 15 and to the first inputs of the keys 11 and 12, quantizing pulses of duration% and with a repetition period T _o are received.

При совпадении во времени выходного импульса формирователя 14 с квантующим импульсом срабатывает' схема 15 и импульс без выхода поступает на входа триггера 3 и электронного коммутатора 16 и на первые входы ключей 8 и 9. Триггер 3 перебрасывается во второе устойчивое состояние, закрывая входной ключ 1 и открывая входной ключ 2, через который измеряемое напряжение начинает поступать на вход элемента ИЛИ 13 и далее на формирователь 14 импульсов. Одновременно с этим срабатывает электронный коммутатор 16 и на его обоих выхбдах появляется единичный.уровень напряжения, который открывает ключи 10, 11 и 12. Через открытый ключ 10 с выхода формирователя 14 импульсов на вход счетчика 18 периодов начинают поступать импульсы измеряемого напряжения, через открытые ключи 11 и 12 на входа соответственно счетчиков 19 и 20 начинают поступать квантующие импульсы с выхода генератора 17. При поступлении импульса с выхода схемы 15 на первые входы ключей 8 и 9 возможны два случая их срабатывания в зависимости от того, совпал во времени квантующий импульс с инвертированным или неинвертированным импульсом опорного напряжения. Если имеет место первый случай, то срабатывание схемы 15 вызвано совпадением во времени импульса, сформированного из опорного напряжения, поступающего через ключ-инвертор 6 и элемент ИЛИ 13, с квантующим импульсом. Тогда на втором входе ключа 9 в течение полупериода опорного напряжения присутствует опорное напряжение и импульс с выхода схемы’проходит через ключ 9, перебрасывая триггер 5. Тем самым на время измерения закрывается ключ 7.When the output pulse of the driver 14 coincides with the quantizing pulse in time, the circuit 15 is activated and the pulse without output enters the inputs of trigger 3 and electronic switch 16 and the first inputs of keys 8 and 9. Trigger 3 is transferred to the second stable state, closing input key 1 and opening the input key 2, through which the measured voltage begins to flow to the input of the element OR 13 and then to the pulse shaper 14. At the same time, the electronic switch 16 is activated and a single voltage level appears on both of its outputs, which opens the keys 10, 11 and 12. Through the public key 10, from the output of the pulse generator 14, the measured voltage pulses begin to arrive at the counter input 18 periods, through the public keys 11 and 12 at the inputs of the counters 19 and 20, respectively, quantizing pulses begin to arrive from the output of the generator 17. When a pulse arrives from the output of circuit 15 to the first inputs of the keys 8 and 9, two cases of their operation depending on t On the other hand, a quantizing pulse coincided in time with an inverted or non-inverted reference voltage pulse. If the first case takes place, then the operation of the circuit 15 is caused by the coincidence in time of the pulse generated from the reference voltage supplied through the inverter switch 6 and the OR element 13, with a quantizing pulse. Then, at the second input of the key 9, during the half-period of the reference voltage, the reference voltage is present and the pulse from the output of the circuit passes through the key 9, transferring the trigger 5. Thus, the key 7 is closed for the duration of the measurement.

При совпадении во времени выходного импульса формирователя 14, сформированного и измеряемого напряжения, с квантующим импульсом срабатывает схема 15. Импульс с его выхода, поступая на вход триггера 3, возвращает его в исходное состояние. Входной ключ 2 закрывается, а входной ключ 1 открывается и опорное напряжение через открытый ключ-инвертор 6, элемент ИЛИ 13 и формирователь 14 импульсов начинает поступать на первые входа схемы 15 и ключа 10. Тот же импульс с выхода схемы 15, поступая на вход электронного коммутатора 16, снимает единичный уровень напряжения с его первого выхода, закрывая ключ 12. Тем самым в счетчике 20 квантующих импульсов формируется код п.When the output pulse of the driver 14, the generated and measured voltage coincides with the quantizing pulse, the circuit 15 is triggered. The pulse from its output, arriving at the input of trigger 3, returns it to its original state. The input key 2 is closed, and the input key 1 is opened and the reference voltage through the public inverter key 6, the OR element 13 and the pulse shaper 14 begins to arrive at the first inputs of the circuit 15 and the key 10. The same pulse from the output of the circuit 15 is received at the input of the electronic switch 16, removes a unit voltage level from its first output, closing the key 12. Thus, the code p. is generated in the counter 20 of quantizing pulses.

При совпадении во времени выходного импульса формирователя 14 импульсов, сформированного из опорного напряжения, с квантующим импульсом, снова срабатывает схема 15. Импульс ₍с его выхода, поступая на электрон ный коммутатор 16 снимает единичный уровень напряжения с его второго вы-, хода, закрывая ключи 10 и 11. Тем самым в счетчике 18 периодов формируется кйд А, а в счетчике 19 квантующих импульсов формируется код т. .When the output pulse of the pulse shaper 14, formed from the reference voltage coincides with the quantizing pulse, the circuit 15 is activated again. The pulse 15 ₍ from its output arriving at the electronic switch 16 removes a unit voltage level from its second output, closing the keys 10 and 11. Thereby, kyd A is formed in the counter of 18 periods, and the code t is generated in the counter 19 of quantizing pulses.

Коды А, т, пи значение Т_о посту- ⁵пают в ЭЦВМ для вычисления искомого сдвига фаз. В случае совпадения импульса, сформированного из опорного напряжения, поступившего через ключ . 7 и элемент ИЛИ 13, с квантующим импульсом, импульс с выхода схемы 15 проходит через ключ 8 и перебрасывает триггер 4, так как на втором входе ключа 8 в течение полупериода опорного напряжения присутствует вход- 15 ное напряжение. Тем самым на время измерения закрывается ключ-инверторCodes A, m, pi, the value of T _about ⁵ comes into the computer to calculate the desired phase shift. In the case of coincidence of the pulse generated from the reference voltage received through the key. 7 and the OR element 13, with a quantizing pulse, the pulse from the output of the circuit 15 passes through the key 8 and transfers the trigger 4, since the input 15 voltage is present at the second input of the key 8 during the half-period of the reference voltage. Thus, the inverter key is closed during the measurement

6. После второго срабатывания элемента И 15, опорное напряжение поступает на вход формирователя 14 им- 2Q пульсов через ключ 7.6. After the second actuation of the AND element 15, the reference voltage is supplied to the input of the pulse shaper 14- 2Q pulses through the key 7.

В ЭЦВМ сдвиг фаз определяется из выраженияIn a computer, the phase shift is determined from the expression

4> = 27 (2) ^Τχ 25 где - временной интервал, .соответствующий сдвигу фаз (фазовый интервал).4> = 27 (2) ^Τχ 25 where is the time interval corresponding to the phase shift (phase interval).

Быстродействие в.предлагаемом фазометре повышается за счёт сокраще ния в два раза времени ожидания начала измерения (времени между моментом подключения опорного напряжения ко входу фазометра и началом измерения, то есть первым совпадением опорного квантующего импульса). А сокращение этого времени вдвое достигается увеличением до начала измерения частоты опорного напряжения в два раза. Временной интервал t между последователь-40 ными совпадениями импульсов длитель ностью следующих с периодами Т_х и Т_о, определяется выражениемThe speed of the proposed phase meter is increased by halving the waiting time for the start of measurement (the time between the moment the reference voltage is connected to the input of the phase meter and the start of measurement, i.e., the first coincidence of the reference quantizing pulse). And the reduction of this time by half is achieved by doubling before measuring the frequency of the reference voltage. The time interval t between successive coincidences of pulses of the duration following with periods T _x and T _o is determined by the expression

Тс = (3) 'tкак видно из выражения (3), увеличение вдвое частоты f^. · импульсов (уменьшение вдвое периода Τχ), поступающих на вход элемента И 15, приво дит к сокращению вдвое временного , . интервала Т_с, равного максимальному ³времени ожидания начала измерении. Время ожидания начала измерения сокра щается вдвое для любых фазовых сдвигов между входными напряжениями.Tc = (3) 't, as can be seen from expression (3), double the frequency f ^. · Pulses (halving the period Τχ), arriving at the input of element And 15, leads to a halving of the time,. the interval T _s equal to the maximum ³ waiting times for the start of the measurement. The waiting time for the start of measurement is halved for any phase shifts between the input voltages.

Claims

The inputs with the output cxeNHJ match, the second inputs are connected respectively to the first input of the OR element and to the output of the first input key and the second inputs of the fourth key and the inverter key, the output of which is connected to the first input of the OR element, the second and third inputs of which are connected respectively with the outputs the fourth and second input keys, and the output is connected to the input of the pulse generator, the first inputs of the fourth key and the inverter key are connected respectively to the outputs of the second and third triggers, and the output of the formatir pulses coupled to the first input of the third switch, which vtoroyvhod connected to the first input of the second key. The drawing shows a phase meter for measuring the average value of the phase shift. The phase meter contains input keys 1 and 2, triggers 3, 4 and. 5, key-inverter-b, keys 7-12, element OR 13 driver 14 pulses, coincidence circuit 15, electronic switch 16, generator of 17 quantizing pulses, counter 18 periods, counters 19 and 20 quantizing pulses. Phase meter works as follows. The input sinusoidal voltages of the period Tu, the phase shift between which it is necessary to measure, are fed to the first inputs of input keys 1 and 2. Three germs 3 are in the first steady state and keep input key 1 open and input key 2 closed. The voltage connected to the open input key 1 is the reference voltage, and the input voltage connected to the input key 2 is the measured voltage. The reference voltage is via the input key 1, and then through the normally open key 7 and the element OR 13 and through the normal one. the open key-inverter 6 and the element OR 13 are fed to the shaper 14 pulse, which at the time of zero-crossing in the positive direction forms rectangular pulses of a length f. Thus, the frequency; fj. following the pulses of the reference note at the output of the shaper 14 pulses is equal to twice the frequency of the input voltage. 21- (1) g Tjt These pulses from the shaper shaper 14 pulses go to the first inputs of the coincidence circuit 15 and the key 10 from the generator output 17 quantizing pulses to the second the input of the circuit 15 and the first inputs of the keys 11 and 12 receive quantizing pulses of duration 1 and with the period of the following TD. When the output pulse of the imager 14 coincides with the quantizing pulse, the circuit 15 operates and the pulse without output goes to the inputs of the trigger 3 and the electronic switch 16 and to the first inputs of the keys 8 and 9. The trigger 3 is transferred to the second steady state, closing the input key 1 and opening the input key 2, through which the measured voltage begins to flow to the input of the element OR 13 and further to the driver 14 pulses. At the same time, the electronic switch 16 is triggered and a single voltage level appears on its both outputs, which opens the keys 10, 11 and 12. Through the public key 1C, from the output of the pulse shaper 14 pulses, measured voltage pulses start to flow to the counter input for 18 periods , through the public keys 11 and 12, the inputs, respectively, of the counters 19 and 20 begin to flow in quantized. Pulses from the output of the generator 17. When a pulse arrives from the output of circuit 15 to the first inputs of key 8 and 9, they can be activated in two ways depending on whether the quantizing pulse coincides with an inverted or non-inverted reference voltage. If the first case occurs, the operation of circuit 15 is caused by the coincidence in time of the pulse generated from the reference voltage supplied through the key-inverter 6 and the element OR 13 with a quantizing pulse. Then, at the second input of the key 9, during the half-period of the reference voltage, a reference voltage is present and the pulse from the circuit output passes through the key 9, re-flip-flop 5. Thus, the key 7 closes for the measurement time. When the output pulse of the former 14 coincides in time, the generated and the measured voltage, with a quantizing pulse, the circuit 15 is triggered. The pulse from its output, arriving at the input of the trigger 3, returns it to the initial state. The input key 2 is closed, and the input key 1 is opened and the reference voltage through the open key-inverter 6, the OR element 13 and the pulse shaper 14 begin to flow to the first inputs of the circuit 15 and the key 10. The same pulse from the output of the circuit 15 to the input The electronic switch 16 removes a single voltage level from its first output / closing key 12. Thus, a code n is generated in the counter of 20 quantizing pulses. When the output pulse of the driver 14 is generated from the reference voltage with the quantum The pulse 15 is triggered by the pulse. The pulse from its output, acting on the electronic switch 16, removes a single voltage level from its second output, closing the keys 10 and 11. Thus, in the counter of 18 periods, kyd A is generated, and in the counter 19 quantized The pulses are generated by the code T. The codes A, T, P, and the value of Td are fed to the computer to calculate the desired phase shift. In the case of coincidence of the pulse, formed from the reference voltage, received through the key 7 and the element OR 13, with a quantizing pulse, the pulse from the output of the circuit 15 passes through the key 8 and flips trigger 4, as at the second input of the key 8 during The reference voltage is present in the half-period of the reference voltage. Thus, the key-inverter 6 is closed for the measurement time. After the second triggering of the element 15, the reference voltage is fed to the input of the driver 14 of the pulses through the key 7. In the computer, the phase shift is determined from the expression H 2T (2) where t (is the time interval .the corresponding phase shift (phase interval). The performance in the proposed phase meter increases due to the reduction in waiting time for the start of the measurement (the time between the time when the reference voltage is connected to the input of the phase meter and the start of the measurement, i.e. the first match reference quantizing pulse.) And this time is halved by increasing the frequency of the reference voltage by two times before measuring. The time interval t between consecutive pulses of duration following with periods T and TQ is defined by (3) f Expression (3), doubling the frequency f of impulses (halving the period of TC) received by the input element And 15, halves the time interval T equal to the maximum waiting time for the beginning of the measurement. The waiting time for the start of measurement is halved for any phase shifts between input voltages. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A digital phase meter for measuring the average phase shift value, comprising input switches, the control inputs of which are connected to the outputs of the first trigger, a pulse driver, the output of which is connected to the first input of the coincidence circuit, the second input of which is connected to the generator of quantizing pulses and the first inputs of and second keys, the outputs of which are connected to quantizing pulse counters, and the output of the coincidence circuit is connected to the inputs of the first trigger and electronic switch, the outputs of which dinene with the second inputs of the first and second keys, the output of the third key is connected to the period counter, which also, in order to increase speed, a key-inverter, three keys, an OR element and two a trigger whose inputs are connected to the outputs of the fifth and sixth keys, the first inputs of which are connected to the output of the coincidence circuit, the second inputs are connected respectively to the first input of the OR element and to the output of the first input key and the second inputs of the fourth key and inverter key whose output is connected with nepBt 4 the input element OR, the second and third inputs of which are connected respectively to the outputs of the fourth and second input keys, and the output is connected to the input of the pulse former, the first inputs of the fourth key and the inverter key are connected respectively to the outputs of the second and third triggers, and the output of the pulse body is connected with the first input of the third key, the second input of which is connected to the first input of the second key. Sources of information taken into account in the examination 1. USSR author's certificate number 231665, Cl. G 01 R 25/08, 19.07.67.

2. USSR author's certificate number 381038, CL. G 01 R 25/08, 02.26.71 (prototype).