SU892344A1 - Фазометр - Google Patents

Description

(54) ФАЗОМЕТР

1

Насто щее изобретение относитс  кэлектроизмерительной технике и может быть использовано дл  измерени  сдвига фаз между гармоническими сигналами .

Известен фазометр, содержащий первый и второй усилители-ограничители , выходы которых через дифференцирукнцие цепи подключены к входам триггера, выход которого подключен к индикаторному прибору 1.

Недостатками известного устройства  вл ютс  невозможность измерени  фазовых сдвигов близких к О, вследствие сбоев в работе триггера при почти одновременном поступлении запускающих импульсов на его входы, погрешности за счет асимметрии уровней ограничени  в усилител х-ограничител х , вли ни  конечной длительности фронтов выходных импульсов усилителей-ограничителей и дифференцирующих цепей.

Известен фазометр, содержащий первое и второе входные устройства, первую и вторую формирующие цепи, каскад совпадений, усредн ющее уст-ройство , причем выходы входных устройств через формирующие цепи подключены к входам каскада совпадений.

выход каскада совпадений, выход каскада совпадений соединен с входом усредн ющего устройства, к выходу которого подключен индикатор 2.

Недостатком известного устройства  вл етс  неоднозначность отсчета фазовых сдвигов в пределах -180°-0°-+ +180° . .

Наиболее близким к изобретению

10  вл етс  фазометр, содержащий усилители-ограничители , линии задержки, схемы антисовпадени , усредн ющие схемы, вычитающую схему, индикаторы модул  и знака разности фаз, причем,

15 выходы усилителей-ограничителей соединены со входами первой схемы аитисовпадени , выход которой через первую схему усреднени  соединен с индикатором модул  разности фаз,

20 входы первой и второй линий задержки соединены с выходами соответствующих усилителей-ограничителей, а их выходы - с первыми входами второй и третьей схем антисовпадени , второй

25 вход второй схемы антисовпадени  соединен с выходом второго усилител ограничител , а второй вход третьей схемы антисовпадени  соединен с выходом первого усилител -ограничите30 л , выходы второй и третьей схем аитисовпадени  через схемы усреднени  соединены со входами вычитающей схемы , выход которой соединен со входом индикатора знака разности фаз 3.

Этот фазометр обеспечивает определение не только модул , но и знака измер емой разности фаз в пределах -180°-0°-+180°.

Недостатками известного устройств  вл етс  погрешность определени  знака разности фаз при измерении фазовых сдвигов, близких к О, возникающа  из-за возможного неравенства времен задержек линий задержки, инерционность в определении знака разности фаз при ее переходе О вследствие наличи  схем усреднени  в канале определени  знака разности фаз, погрешность обусловленна  асим.1етрией уровней ограничени  в усилител х-ограничител х , а также наличие двух индикаторов, что усложн ет работу оператора и снижает производительность труда.

Цель изобретени  - повышение точности и быстродействи  определени  знака сдвига фаз при измерении малых фазовых сдвигов.

Поставленна  цель достигаетс  тем что в фазометр,содержащий первые и вторые формирователи, инверторы, элементы задержки, элементы совпадени , элемент логического сложени , узел суммировани  и усреднени  с дифференциальными входами и индикатор , причем, вход второго формировател  подключен ко второму входному сигналу, а. выходы первого и второго формирователей подключены ко входам первого и второго инверторов, выходы которых подключены ко входам соответственно первого и второго элементов задержки.и первым входом. второго и первого элементов совпадени , вторые входы которых подключены соответственно к выходам второго и первого формирователей, а выходы к первому и второму входам элемента логического сложени , введены третий четвертый, п тый и шестой элементы совпадени , и второй триггеры первый и второй и третий ключи, первый и второй пороговые элементы, сумматор, масштабный преобразователь источник опорного напр жени , коммутатор и фазосдвигающий блок, причем, вход последнего подключен к первому входному сигналу и первому, а выход ко второму входам коммутатора, выход которого подключен ко входу первого формировател , первые входы третьего и четвертого элементов совпадени  подключены ко входам первого .и второго элементов задержки, вторые-- к выходам первого и второго элементов совпадени , а выходы - к первым и вторым входам первого триггера соответственно , причем,.первыйи второй выходы последнего подключены соответственно к первым входам п того и шестого элементов совпадени , вторые входы которых подключены к выходу элемента логического сложени , а выходы - ко вторым входам соответственно первого и второго ключей, первые входы которых подключены к выходу источника опорного напр жени , а выходы соответственно к первым и вторым входам узла суммировани  и усреднени , выход которого подключен к входам первого и второго пороговых элементов и первому входу сумматора, ,выход которого подключен к индикатотору , а второй вход - к выходу третьего ключа, первый вход которого через масштабный преобразователь подключен к выходу источника опорного напр жени , а второй - к третьему входу коммутатора и выходу второго триггера, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго пороговых элементов.

На фиг. 1 изображена функциональна  схема предлагаемого фазометра; на фиг. 2 и фиг. 3 - временные диаграммы , по сн ющие его работу; на фиг. 4 - показана выходна  характеристика фазометра.

Основными узлами фазометра  вл ютс  формирователи 1 и 2, инверторы

3и 4, элементы 5 и б задержки, элементы 7-12 совпадени , элемент 13 логического сложени , триггеры 14

и 15, управл емые ключи 16-18, узел 19 суммировани  и усреднени  с диф .ференциальными входами, сумматор 20 (пороговые элементы 21 и 22, фазосдвигающий блок 23, коммутатор 24, источник 25 опорного напр жени , масштабНЕЛй преобразователь 26, индикатор 27

Устройство работает следующим образом .

Входные напр жени  Ug,; и , сдвиг фаз между которыми измер етс , поступает на входы формирователей 1 и 2, причем иду поступает непосредственно на формирователь 2, а Ugx или непосредственно на вход формировател  1, или через фазосдвигающий блок 23, в зависимости от состо ни  коммутатора 24, формирователи 1 и 2 кодируют пол рность входных сигналов двоичным кодом а инверторы 3 и

4образуют обратные кода (фиг.2 в, г,д,е; фиг, 3 в,г,д,е,). Пр мой код сигнала Ug и обратный код сигнапоступают на входы элемента

ла и

вхо.

7 совпадени , а обратный код сигнала Uj и пр мой код сигнала поступают на вхоДы элемента 8 совпадени . На входах элементов 7 и 8 совпадени  формируютс  импульсы, длительностьТ которых пропорциональна модулю иэмер емого сдвига фаз и однозначно св зана с ним в пределах фазовых углов О -180 (фиг. 2ж,з; фиг. 3 ж.з.) - период входных сигна . лов и вх и Uex ; - сдвиг фаз между U g и и бх 2 . Импульсные серии на выходах элементов 7 и 8 совпадени  сдвинуты относительно друг друга на половину периода входных сигналов, так как на их одноименных входах присутству ют взаимно-обратные коды. Эти имj пульсные серии суммируютс  элементом 13 логического сложени (фиг. 2 фиг, 3 и). При этом посто нна  составл юща  результирующей импульсно серии , не зависит от возможных сдвигов нулевой линии в формировате л х 1 и 2. . На входы элемента 9 логического совпадени  поступают выходной сигна элемента 7 совпадени  и обратный код сигнала Ugx предварительно задержанный на врем  Тjj с помощью элементазадержки 5 (фиг. 2 ж,к; фиг. 3 ж,к). А на входы элемента 10 совпадени  поступают выходной сигнал элемента 8 совпадени  и обратны код сигнала Ugyij предварительно задержанный на врем  Tjj, с помощью элемента задержки 6 (фиг. 2 з,л,). В зависимости от знака разности фаз между U gx и b-x/i, а одного из элементов совпадени  9 или 10 в моменты соответствующие началу очередного периода опережающего напр жени  будут по вл тьс  короткие импульсы ( фиг. 2 м,н, фиг. 3м,и,) Если1-Ч 70-то импульсы по в тс  на вы ходе элемента 10 совпадени  (фиг. 2 а на выходе элемента 9 совпадени  в врем  будет нулевой потенциал (фиг.2 н) .Если же ,т.е. напр жен и опережает напр жение Ug на выходе элемента 10 совпадени  будет нулевой потенциал (фиг.3 м),а на выходе элемента 9 совпадени  в момен ,ты соответствующие началу очередного периода сигнала Ug, будут по вл тьс  короткие импульсы(фиг.3 н) Выходные сигналы элементов 9 и 10 совпадени  подаютс  соответственно на S и R входы триггера 14. Если импульсы с выхода элемента 9 совпадени  установ т триггер 14 в единич ное состо ние (фиг. 2 о,п.), открое с  элемент 11 совпадени  и импульсы с выхода элемента 13 логического сл жени  начнут поступать на управл ющий вход управл емого ключа 16 (фиг. 2 р), на выходе которого формируютс  импульсы длительности Т, соответствующей значению модул  измер емого сдвига фаз, амплитуда которых равна стабильному значению VQ задаваемому источником 25 опорного напр жени  (фиг. 2 т) . Эти импульсы поступают на неинвертирующий вход узла 19 суммировани  и усреднени . Управл ющий ключ 17 в это врем  закрыт нулевым сигналом элемента 12 совпадени  (фиг. 2с) и на его выходе тоже нулевой потенциал (фиг.2 у) Если Ч О , то импульсы с выхода элемента 10 совпадени  установ т триггер 14 в нулевое состо ние, (фиг. 3 о.п.) откроетс  элемент 12 совпадени , а элемент 11 совпадени  закроетс , и импульсы с выхода элемента 13 логического сложени  станут поступать на управл ющий вход управл емого ключа 17 (фиг. 3с), на выходе которого будут формироватьс  импульсы стабильной амплитуды VQ и длительности i:f (фиг. 3 у) . Импульсы с выхода управл емого ключа 17 поступают на инвертирующий вход узла 19 суммировани  и усреднени , а управл емый ключ 16 при этом закрыт нулевым потенциалом с выхода элемента 11 совпадени  (фиг. 3 р), и на его выходе будет нулевой сигнал(фиг.3 т). На выходе узла 19 суммировани  и усреднени  в это врем  будет посто нный сигнал, модуль которого равен 9 ° T,j - длительность импульсов на  е : выходе элемента 13 логи . ческого сложени ; период следовани  импульсов на выходе элемента 13 логического сложени . Поскольку импульс на выходе элемента логического сложени  13 формируетс  в течение каждого полупериодг входных сигналов, то т - т , ,j 2 где Т - период входных сигналов U Подставл   (1) и (3) в (2) получаем v, 15,4, .1 т.е. модуль сигнала на выходе узла 19 суммировани  и усреднени  пропорционален модулю измер емого сдвига фаз. Пол рность этого сигнала положительна , если импульсы поступают с выхода ключа 16 на неинвертирующий вход схемы сумкшровани  и усреднени  т.е. при (фиг. 2 ф) и отрицательной, если импульсы поступают на инвертирующий вход этой схемы, что соответствует Ч О (фиг. 3 ф) Этим самым достигаютс  однозначна  св зь между измер емым сдвигом фаз и посто нным сигналом на выходе узла 19 суммировани  и усреднени  в диапазоне .фазовых сдвигов -180°-0°-+ +180°. Таким образом можно записать Выходной сигнал узла 19 суммировани  и усреднени  19 через сумматор 20 подаётс  на индикатор 27, на выходе которого получаетс  отсчет измер емого сдвига,фаз. Как видно из временных диаграмм (фиг. 2 м, фиг. 3 н), длительность управл ющих импульсов поступающих на тот или иной вход триггера 14, равна T3j-()f если длительность импульсов, формируемых на выходах элементов 9 и 30 совпадени , больше ) , т.е. при сравнительно больших фазовых сдвигах входных сиг налов. В случае измерени  небольших по величине фазовых сдвигов может возникнуть ситуаци , когда Г «tjjCir t j ,), и тогда длительность управ л ющих импульсов у-т или Ug,nocjynaющих на соответствующие входы тригг ра 14, будет равна не t 3 (tj) , at И в случае маЛых Ч, особенно если частота входных сигналов Ugx, и и gx, велика, когда S очень, мало, при изме нении знака разности фаз могут возникнуть сбои в работе триггера 11. Поэтому, когда по модулю уменьшаетс  до величины соответствующей 1Ч|гл | (фиг. 4) , срабатывает пороговый .элемент 21,на его выходе по вл етс  запускающий импульс, постуПсмснций на счетный вход триггера 15, и последний переходит из нулевого состо ни  в единичное. Величина напр жени  V выбираетс  немного боль ше, чем 1 , соответствующей фазовым сдвигам равным по модулю и - 21 где t, равно Vt, илиТГзбЧто касаетс  времени задержки Tj И fjg элементов 5 и 6 задержки, то оно выбираетс  таким, чтобы обеспечить уверенное переключение триггера Перейд  в единичное состо ние триггер 15 переключает коммутатор 24 и сигнал Ujx-, поступает на вход формировател  i через фазосдвигающий блок 23, внос щую дополнительный фазовый сдвиг л причем, должно выполн тьс  условие . (8) В результате фазометр выходит из зоны где возможна неустойчива  работа триггера 15. При этом сигнал на выходе узла суммировани  и усреднени  19 равен . Одновременно с переключением коммутатора 24, триггер 15 открывает ключ 18, и выходной сигнал масштабного преобразовател  26 поступает на второй вход сумматора 20. Если коэффициент преобразовани  масштабного преобразовател  26 выбрать равным чь -Т-(10) то на его выходе будет сигнал а. . (11) Сумматор 20 суммирует выходные напр жени  узла 19 суммировани  и усреднени  и масштабного преобразовател  26 (последнее поступает через управл емый ключ 18). Напр жение на выходе сумматора 20 равно. Vi ( +dv) Vc,c/ S-t |т.е. сигнал на выхода сумматора 20 соответствует измер емому сдвигу фаз . Если при дальнейшем изменении.измер емого фазового сдвига (фиг. 4) получитс  так. что ,(13) ТО на выходе порогового элемента 21 вновь по витс  импульс и триггер 15 перейдет в нулевое состо ние, коммутатор 24 вновь переключитс , а управл емый ключ 18 закроетс . Входной сигнсШ и будет поступать на вход формировател  1, кмну  фазосдвигаиощий блок 23, а напр жение с выхода масштабного преобразовател  26 не будет подаватьс  на второй вход сумматора 20. Фазометр вновь выйдет из зоны неустойчивой работы триггера 14. Если фазовый сдвиг / +ДЧ увеличиваетс  до достаточно большой величины так, что l4-t-u l 4, то срабатывает пороговый элемент22, и импульс с его выхода поступает на вход установки нул  триггера 15 и Последний переходит в нулевое состо ние , переключа  коммутатор 24 и закрыва  ключ 18. Если же триггер 15 - в нулевом состо нии, то при увеличении сдвига фаз по модулю до Ч , состо ние триггера 15 не изменитс , так как импульс поступивший на вход установки нул  подтвердит нулевое состо ние триггера 15. Предложенное устройство имеет повышенную точность определени  разности фаз, при измерении фазовых сдвигов близких к О, имеет высокое быстродействие определени  знака фаз при ее переходе через О. Повышение точности и быстродействи  в определении знака измер емой разности фаз достигаетс  обеспечением независимости результата этой операции от вoз южнoro неравенства времен задержек элементов задержки и формированием сигнала, характеризующего знак разности фаз в течение каждого периода входных сигналов. Устройство может быть применено в информационно-измерительных прибоpax и системах дл  измерени  разности фаз между гармоническими сигналами .

Claims (3)

1.Скрипник Ю.А. Повышение точности измерительных устройств. .Киев, 1976, с. 153-154.

5

2.Галахова О.П. , Колтик Е.Д., Кравченко С.А. Основы фазометрии Л., Энерги , 1976, с. 140-141.

3.Авторское свидетельство СССР

№ 214667, кл. G 01 R 25/00,17.06.68.

0

«,

rrf п п п п п п г t

1

Р Ug

.t

фмЛ 5 8, дz/э еи жa JUe ii9 О пп Г1 т % п I у f п ,