SU881624A1 - Одноканальное устройство дл сравнени фаз - Google Patents

Description

(54) ОЛНОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СРАВНЕНИЯ

1

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть исполь-i зовано дл  повышени  быстродействи  и точности сравнени  фаз двух переменныг: напр жений без предварительного сглаживани  их высших гармоник и без предварительного выравнивани  амплитуд.

Известно устройство, содержащее периодический переключатель, соединенный со входными клеммами устройства , выход которого соединен с последовательно включенными cyMt.iaTOpoM, избирательным усилителем, фазочувствительным детектором,синхронным детектором и регистрирующим прибором, а также коммутационный генератор, вы ход которого подключен к управл ющим входам периодического переключател  и синхронного детектора, и фазовращатель со сдвигом фаз на 90°, вход которого соединен с одним из входов устройства, а выход - с управл ющим входом фазочувствительного детектора , второй и третий сумматоры, инвер тор, управл емый делитель напр жени  два амплитудных детектора, причем входы второго сумматора соединены со входами устройства, выход второго сумматора подключен через инвертор

ФАЗ

ко входу управл емого делител  напр жени , управл ющий вход которого соединен с выходом третьего сумматора, выход управл емого делител  напр жени  соединен с одним из амплитудных детекторов и с входом первого сумматора , вход второго амплитудного детектора соединен с выходом периодического переключател , а выходы амп10 литудных детекторов подключены ко входу третьего сумматора 1.

Однако, в данном устройстве не полностью подавл етс  неинформативна  часть сигнала. Это происходит из-за неидентичности.характеристик амплитудных детекторов, образующих измерительный элемент автоматической системы подавлени } кроме того, в измерительном элементе автоматичес20 кой системы подавлени  сравниваютс  огибающие по амплитудным значени м, а они не равны огибающим по основной гармонике, если формы кривых с|завниваемых -напр жений неодинаковы. Следовательно , это устройство может сравнивать начальные фазы двух напр жений одинаковрй формы.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  уст30 ройство сравнени  фаз, в которое внеден одноканапьный избирательный измерительный элемент автоматической системы подавлени  неинформативиой части сигнала, выполненный на втором фазочувствительном детекторе, сиг- i нсшьный вход которого соединен с выходом избирательного усилител , а выход - с управл ющим входом управл емого делител  напр жени , причем управл ющий вход второго фазочувствительного детектора, как и вход инвертора , подключен к тому из сравниваемых напр жений,.к которому подключен вход фазовращател  2,

Однако данное устройство не может Обеспечить высокую точность сравнени  фаз при большом быстродействии. Известно, что дл  повышени  быстродействи  одноканального устройства периодического сравнени  необходимо увеличивать частоту KOMMyTauvm. При увеличении частоты коммутации в известном устройстве по вл ютс  значительные динамические ошибки отслеживани  амплитудной модул ции компенсирующего напр жени  из-за неизбежной инерционности Фазочувствительного детектора, наход щегос  в канале системы автоматического подавлени  неинформативной части сигнала. Это приводит к неполному подавлению амплитудной модул ции, особенно при повышенных .частотах коммутации и при значительном отличии по амплитуде сравниваемых напр жений. Вследствие неполного подарлени  амплитудной модул ции не представл етс  возможным повышать коэффициент усилени  избирательного усилител  с целью увеличени  чувствительности и точности сравнени  фаз, вследствие насыщени  избирательного усилител  неинформативной частью сигнала.

Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи  и чувствительности .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство сравнени  фаз, содержащее периодический переключатель , соединенный со входными клеммами устройства, выход которого соединен с последовательно включенным сумматором, избирательным усилителем , первым Фазочувствительным детектором , синхронным детектором и регистрирующим узлом,а также коммутационны генератор,выход которого подключен к управл ющим входам периодического переключател  и синхронного детектора, и фазовращатель,вход которого соединен с одним из входов устройства,который прин т за опорный,а выход-с управл ющим входом первого фазочувствительного детектора, и второй фазочувствительный детектор, сигнальный вход которого соедир ен с выходом избирательного усилител , а управл ющий вход --С опорным входом устройства , а также последовггтельно включенные между собой инвертор и управл емый делитель напр жени , причем вход инвертора подключен к опорному входу устройства, введен второй периодический переключатель и второй синхронный детектор, управл емые от общего коммутационного генератора, а также сглаживающий фильтр частоты коммутации, один из входов второго периодического переключател  подключен к выходу управл емого делител  напр жени , а второй - к выходу инвертора , выход второго периодического переключател  соединен со вторым входом сумматора, сигнальный вход второго синхронного детектора соединен с выходом второго фазочувствительного детектора, а к выходу второго синхронного детектора подсоединен сглаживающий фильтр, выход которого соединен со вторым входом управл емого делител  напр жени .

На чертеже приведена структурна  схема устройства.

На схеме изображены периодические переключатели 1 и 2, инвертор 3, сумматор 4, управл емый делитель 5 напр жени , фазовращатель 6 с фазовым сдвигом фаз на 90, коммутационный генератор 7, избирательный усилитель 8, фазочувствительные детекторы 9 и 10, синхронные детекторы 11 и 12, регистрирующий узел 13 и сглаживающий фильтр 14.

Устройство работает следующим образом.

Сравниваемые напр жени  UQ и U в общем случае сдвинутые по фазе на некоторый угол (-Р , подаютс  на входные клеммы первого периодического переключател  1. С его выхода паке-, ты напр жени  UQ и U, следующие с частотой коммутации, воздействуют на один из входов сумматора 4. Одно из сравниваем 51х напр жений Ug , прин тое за опорное, в течение одного полупериода коммутации подаетс , с одной стороны, через переключатель 1 на первый вход сумматора 4 и, с другой стороны, через инвертор 3 и синхронно работающий с переключателем 1 периодический переключатель 2 - на второй вход сумматора 4. Так как на входы сумматора 4 в течение этого полупериода подаютс  два одинаковых и противоположных по знаку напр жени  Ug и - UQ, то напр жение на выходе суммматора 4 в течение этого полупериода комм: тации равно нулю.

В течение второго полупериода коммутации через переключатель 1 на первый вход сумматора 4 подаетс  второе из сравниваемых напр жений и, а на второй вход cyNff/iaTOpa 4, через переключатель 2, подастс  напр жение с выхода де.пител  напр жени  5. фаза напр жени  на выходе делител  5 определ етс  фазой опорного

напр жени  U и не зависит от фазы второго сравниваемого напр жени  U, а амплитуда этого напр жени  задаетс  делителем напр жени  5.

Делитель напр жени  5 .управл етс  автоматически так, чтобы во второй полупериод коммута1и1и свести к нулю напр жение на выходе сумматора 4, если сравниваемые напр жени  UQ и и совпадают по фазе, таким образом , если сравниваемые напр жени  Up и и совпадают по фазе (if 0), на выходе сумматора 4 напр жение равно нулю и во второй полупериод коммутации, независимо от величин сравниваемых напр жений. Если же сравниваемые напр жени  не совпадают по фазе (р 0), во втором полупериоде коммутации на выходе сумматора 4 результирующее напр жение не равно нулю. Это напр жение оказываетс  сдвинутым относительно опорного Up на угол 90°. Амплитуда напр жени  на выходе сумматора во втором полупериоде коммутации пропорциональна углу сдвига фаз f, а начальна  фаза измен етс  на 180 при изменении знака f.

Итак, напр жение на выходе сумматора 4 определ етс  только сравниваемым углом сдвига фаз Y и в идеальном случае не зависит от уровней сравниваемых напр жений UQ и U, т.е. оно несет только полезную информацию. Это напр жение подаетс  на усилитель 8, настроенный на первую гармонику сравниваемых напр жений, в усилителе 8 подавл ютс  высшие гармоники, которые имеют место при сравнении несинусоидальных напр жений, и происходит усиление только информативной части сигнала. Так как избирательный усилитель 8 не насыщаетс  неинформативной частью сигнала (напр жение несущей частоты и боковых частот, вызванных амплитудной модул цией ) , то ОН может работать с очень большим коэффициентом усилени  (10 и более) без опасени  насыщени  неинформативной частью сигнала . Поэтому уртройство сравнени  фаз с высокой степенью точности регистрирует нулевой сдвиг фаз сравниваемых напр жений.

Напр жение с выхода усилител  8 попадает на сигнальный вход детектора 9, управл ющий вход которого подключен к выходу фазовращател  6, сдвигающего фазу на фиксированный угол, равный 90. На выходе детектора 9 выдел етс  огибающа  частоты коммутации, переменна  составл юща  которой пропорциональна разности фаз vf сравниваег их напр жений. Информаци о знаке угла сдвига фаз Y несет начальна  фаза переменной составл ющей напр жени  на выходе детектора 9.

Напр жение огибающей с выхода детектор-а 9 подаетс  на сигнальный

вход синхронного детектора 11, управл емого от генератора 7. Посто нна  составл юща  напр жени  на выходе детектора 11 пропорциональна разности фаз сравниваем:ах напр жений, что регистрируетс  индикатором 13.

Дл  автоматического управлени  делителем напр жени  5 с целью подавлени  неинформативной части сигнала используетс  напр жение, снимаемое с выхода усилител  8.

0

В первый полупериод коммутации, когда переключатели .1 и 2 подают на входы сумматора 4 противофазные напр жени  Up и -Uoi Напр жение на входе усилител  8 равно нулю. Во второй

5 полупериод коммутации при полной компенсации неинформативной части сигнала , если сдвиг фаз между сравниваемыми напр жени ми U и U равен нулю, напр жение на выходе усилител  8 так0 же равно нулю. Если же cpaвнивae ьIe напр жени  Uo и U не совпадают по фазе , то во втором полупериоде коммутации на выходе усилител  8 будет напр жение, фаза которого находитс  в квадратуре с фазой опорного напр 5 жени  Up . Это информативна  часть сигнала,

При недокомпенсации или перекомпенсации неинформативной части сигнала на выходе усилител  8, во втором

0 полупериоде коммутации, по вл етс  составл юща  напр жени , котора   вл етс  синфазной или противофазной опорному напр жению У. Эта составл юща  напр жени  выпр мл етс  фазочув5 ствительным детектором 10, управл емым от опорного напр жени  UQ.

Таким образом, по вление переменной составл ющей частоты коммутации на выходе детектора 10 свидетельству0 ет о неполной компенсации неинформативной части сигнала в сумматоре 4. Информацию о недокомпенсации или перекомпенсации неинформативной части сигнала несет начальна  фаза напр жени  на выходе детектора 10.

5

Затем напр жение с выхода детектора 10, измен ющеес  с частотой коммутации , подаетс  на сигнальный вход синхронного детектора 12, который производит его выпр мление. Сглажи0 вающий фильтр 14 на выходе детектора 12 вьщел ет посто нную составл ющую этого выпр мленного напр жени , котора  подаетс  на управл ющий вход делител  напр жени  5. Коэффициент пе5 редачи управл емого делител  5 автоматически устанавливаетс  таким, чтобы свести к нулю переменную составл ющую частоты коммутации на выходе детектора 10, т.е. чтобы полнс1стью

0 ско 1пенсировать в сумматоре 4 неинформативную часть сигнала.

Claims (2)

1. В предлагаемом устройстве, с целью повыиени  быстродействи , можно существенно увеличить частоту коммутации, без опасени  насыщени  избирательно5 го усилител  колебани ми боковых частот , вызванных неудовлетворительно подавленной амплитудной модул цией. Это возможно, так как подавление амплитудной модул ции в предлагаемом устройстве, в отличие от известного, происходит без динa /шчecкиx ошибок отслеживани , в св зи с введением второго периодического переключател  работающего синфазно с основным переключателем . В св зи с введением дополнительных звеньев ч указанным св з м автоматически подавл етс  амплитудна  модул ци  и колебани  несущей частоты по основной гармонике при высоких часто . тах коммутации, поэтому избирательный усилитель используетс  дл  усиле ни  только информативной части сигнала - колебаний боковых частот, вызванных фазовой модул цией. Это позво л ет существенно повысить быстродействие , чувствительность и точность сравнени  начальных фаз основных гар моник двух напр жений независимо от их формы и амплитудных соотношений. Формула изобретени  Одноканальное устройство дл  срав нени  фаз, содержащее периодический переключатель, соединенный со входными клеммами устройства, выход кото рого соединен с последовательно вклю ченными сумматором, избирательным усилителем, первым Фазочувствитель ным детектором, синхронным детектором и регистриоуюшим узлом, а также коммутационный генератор, выход которого подключен к управл ющим входам периодического переключател  и | синхронного детектора, и фазовращатель , вход которого соединен с одной из входных клемм устройства, а выход - с управл ющим входом первого фазочувствительного детектора, второй фазочувствительный детектор, сигнальный вход которого подсоединен к выходу избирательного усилител , а управл ющий вход - к первой входной клемме устройства и через инвертор к управл емому делителю напр жени , отличающеес  тем, что, с целью повышени  быстродействи  и чувствительности, в него введены второй периодический переключатель и второй синхронный детектор, подключенные своими управл ющими входами к коммутационному генератору, а также фильтр, при этом, один из входов второго периодического переключател  подключен к выходу управл емого делител  напр жени , а второй - к выходу инвертора, выход второго периодического переключател  соединен со вторым входом сумматора, сигнальный вход второго СИНХРОННОГО детектора соединен с выходом второго фазочувствительного детектора, а к выходу второго синхронного детектора подсоединен фильтр, выход которого соединен со вторым входом управл емого делител  напр жени . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР по за вке № 2591035/21, кл. G 01 R 25/00, 02.03.78.
2. 2.Авторское свидетельство СССР по за вке № 2706329/21, кл. G 01,R 25/00, 02.01.79.

   Uc и