SU980013A1 - Способ измерени сдвига фаз и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА ФАЗ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано при создании ци фовых фазометров дл  измерени  сдвига фаз электрических колебаний низкой частоты. Известен способ измерени  фаз, заключающийс  в том, что подсчитывают за калиброванный интервал времени число периодов известной частоты, попавших в промежутки времени между моментами смены пол рности входных сигналов, причем дискретно измен ют в течение начального промежутка време частоту заполнени  с приходом каждого импульса с выхода irvi -го разр да счет чика , перезаписыва  при этом единицу в том же разр де, запоминают частоту счета, которой заполн ют счетчик, и затем фиксируют по вление импульса в предпоследнем разраде счетчика, чтобы с приходом после этой фиксации KMnynb са окончани  ближайшего из набора калиброванных интервалов времени, начало которых совпадают, закончить счет Г 1 . К недостаткам известного способа относ тс  большое врем  измерени  (несколько периодов измер емых колебаний), что может привести к значительной ошибке в измерении, если за врем  измерени  фазойый сдвиг мен етс ; кроме того, по свл етс  дополнительна  погрешность измерени  сдвига фаз из-за несинхронности окончани  калиброванного интервала времени и конца интервала фазы. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ измерени  сдвига фаз, заключающийс  в том, что подсчитываютс  импульсы частоты счета за временной интервал, пропорциональный сдвигу фаз исследуемых колебаний, за интервал времени, пропорциональный периоду исследуемых колебаний, дискретно измен ют частоту счета с каждым переполHeuH iM счетчика, запоминают частоту

счета, при этом количество импульсов, пропорциональное значению остатка от делани  периода исследуемых колебаний на число, кратное минимальному периоду исследуемого колебани , записанному в счетчике, равномерно распредел ют по периоду исследуемых колебаний, одновременно вычита  их из импульсов частоты счета, заполн ющих временной интервал, пропорциональный сдвигу фаз f 2 J .

Недостаток такого способа - пониженна  точность измерени , обусловленна  динамической погрешностью. Кроме того при измерении сдвига фаз на низких и сверхнизких (инфранизких) частотах значительно врем  измерени  (до двух периодов частоты исследуемых колебаний).

Известно устройство дл  изменени  сдвига фаз, содержащее формирователь, соединенный через блок управлени  с входами первого и второго вентилей, дешифратор, соеданенный с первыми входами группы элементов И, счетчики и регистрирующий счетчик, преобразователь код-напр жение, управл ющий генератором ударного возбуждени  3 .

Недостатком такого устройства  вл етс  низка  точность. Кроме того, перед началом измерени  требуетс  некоторое врем  дл  предварительной установки частоты и последующей автоматической подстройки частоты генератора ударного возбуждени . При неправильном захвате частоты схемой автоподстройки (более чем однократное nepenojtнение делител ) сдвиг фаз измер етс  неточно.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  цифровой фазометр, содержащий формирователь , блок управлени , элементы И, счетчики , блок вычитани  импульсов, двоичный умножитель, генератор опорных частот , дещифратор, группу элементов И, элемен ИЛИ .

Недостаток известного устройства невысока  точность измерени , обусловленна  динамической погрещностью, когда на первом такте работы устройства измер етс  период Т, а на втором такте , во врем  измерени  tT , значение Т может быть иным. Другим недостатком  вл етс  то, что врем  измерени  сдвига фаз может достигать величины двух периодов исследуемых колебаний. При измерении сдвига фаз на низких и инфранизких частотах это врем  может быть значительным.

Цель изобретени  повыщение точности измерени  и быстродействи .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу измерени  сдвига

фаз, заключающемс  в том, что заполн ют период исследуемых колебаний импульсами первой частоты счета, дискретно уменьщарт эту частоту с каждым переполнением счетчика, заполн ют времен-

ной интервал, пропорциональный сдвигу фаз импульсами, равномерно распредел ют количество импульсов, пропорциональных значению остатка от делени  периода исследуемых колебаний на число,.

5 кратное минимальному периоду исследуемых колебаний, на первом такте формируют вторую частоту счета, дискретно увеличивают ее с каждым переполнением счетчика и заполнение Временного интервала пропорциональQ ного сдвигу фаз, осуществл ют импульсами посто нной частоты, запоминают полученное количество импульсов на втором такте, одновременно формируют временной интервал, списыванием заломнен5 ного количества импульсов импульсами второй частоты счета, ,при этом распределение производ т по максимальному значению сформированного временного интервала, соответствующего сдвигу фаз

U ЗбО, вычита  их из импульсов посто нной частоты, по полученной разности суд т о сдвиге фаз .

В устройство дл  осуществлени  способа измерени  савига фаз, содержащее генератор частот, первые выходы которого через первую группу элементов И, другие входы которых соединены с выходами первого дещифратора, соединены с входами первого элемента ЯЛИ, выход которого соединен с входом первого элемента И, другой вход которого соединен с первым входом устройства, а выход соединен с входом счетчика, старщие разр ды которого соединены с входами первого дещифратора, а младшие разр ды соединены с первым входом блока делени , второй элемент И, один вход которого соединен с вторым входом устройства , введены втора  группа элементов И, второй дешифратор, второй элемент ИЛИ, реверсивный счетчик, третий и четвертый элементы И, формирователь и триггер, входы которого соединены с выходами реверсивного счетчика и формировател , вход которого соединен с первым входом устройства, вторые входы генератора частот через вторую группу элементов И, другие входы которых соединены с выходами второго дешифратора. соединены с входами второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом третьего элемента И, третий вкод генератора частот соединен с вторым входом втброго элемента И и первым входом четвертого элемента И, вто рые входы третьего и четвертого элеме тов И соединены с выходом триггера, выходы второго и третьего элементов И соединены с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика соответственно, выход четвертого элемента И соединен с входом блока делени , причем входы второго дешифратора соединены с. выходами старших разр дов первого счетчика. На чертеже изображена функциональна  схема устройства дл  осуществлени способа измерени  сдвига фаз. Устройство содержит формирователь 1, триггер 2, элементы И 3-6, счетчи 7 с младшими разр дами 8 и старшими разр дами 9, блок 10 делени , в соста которого вход т блок 11 вычитани  импульсов , двоичный умножитель 12, счетчик 13, реверсивный счетчик 14, дешифраторы 15 и 16, генератор 17, группы элементов И 18 ...18, 19 ... ±9 , элементы ИЛИ 2О и 21. На пер вый вход 22 устройства поступает сигнал периода Т исследуемых колебаний. На второй вход 23 - сигнал интервала 1Г , который пр мопропорционален сдвиг фаз. Сдвиг фаз измер ют с помощью устройства следующим образом. На первом такте работы устройства на вход 22 поступает сигнал Т , на вход 23 - сигнал Т где 4 - сдвиг фаз. Генератор 17, группа элементов И 18, элемент ИЛИ 21, дешифратор 15 предназначены дл  формировани  второй частоты счета Генератор частот17, группа элементов И 19, элемент ИЛИ 21 дешифратор 16 предназначены дл  формировани  первой частоты счета РСЧ Дешифраторы 15 и 16 предназначены дл  определени  участка {номера диапазона), в котором находитс  значение Т , На врем Т элемент И 3 открыт, на его второй вход поступают импульсы первой частот счета РСЧ( выхода элемента 21 ИЛ Исходна  частота на выходе генератора 17 частот выбираетс  из услови . г .г г - 60 . дч д t| - заданна  дискретность измерени  сдвига фаз; F, v максимальна  частота исУМСдл следуемых колебаний. За период Т счетчик 7 управл ет работой генератора 17 частот, уменьша  (увеличива ) частоту РСЧ- СЧа выходе элемента ИЛИ 21 (ИЛИ 20) в К раз при каждом переполнении младших разр дов 8 счетчика 7 ( К- аелое число, равное выбранному увеличению текущего значени , измер емого периода по отношению к ранее измеренному,, в случае двоичных счетчиков К 2).v Емкость М младших разр дов 8 счетчика 7 соответствует заданной дискретности измерени  сдвига фаз ц oyyiivoПри переполнении импульсами первой частоты счета младших разр дов 8 в старшие разр ды 9 счетчика 7 записываетс  один импульс (это означает, что вышли на границу первого рабочего диапазона, гдеТ7/Ту и в этом случае частота Q не измен етс ). Если до окончани  периода исследуемых колебаний младшие разр5щы 8 счетчика 7 не переполн ютс  импульсами -ч,. - Г, то на этом первый такт измерени  заканчиваетс . В младших разр дах 8 счетчика 7 ааписано значение fvjj - oCт-т,,), - Л Т - -И1ОХ Если до окончани  периода исследуемых колебаний младшие разр5щы 8 счетчика 7 переполн ютс  еще раз, в старшие разр ды 9 счетчика 7 поступает еще один импульс, дешифратор 16 подает разрешение на элемент И из группы 19 -19 , на второй вход которого поступает частота , а дешифратор 15 подает разрешение на элемент И из группы 18 -18 , на второй вход которого поступает частота 2 FQ Коли до окончани  периода исследуем7з1х колебаний младшие разр ды 8 счетчика 7 не переполн тс  импульсами 1(-ц-Г0|2 то

на этом первый такт измерени  заканчиваетс . В младших разр дах 8 счетчика 7 записано значение Nа

--().

«аЕсли до окончани  периода исследуемых колебаний младших разр дов 8 счетчик 7 переполнитс  еще раз, то в старшие разр ды 9 счетчика 7 поступает еще один импульс, дешифратор 16 подает разрешение на элемент И из группы 19 -19 , на второй вход которого поступает частота Fo|4, а дешифратор 15 подает разрешение на элемент И из группы 18 -18, на второй вход которого поступает частота 4 FQ и т.д. до окончани  периода исследуемых колебаний . После окончани  первого такта измерени  на выходе элемента ИЛИ 21 устанавливаетс  частота F сщ

W( «-trtleo,; - цела  часть выражени  в скобка На выходе элемента ИЛИ 2О устанавливаетс  втора  частота счета fcMt Ч-о 2 В младших разр дах 8 счетчика 7 запи сано количество импульсов N сч ii -- РСЧ Т- -- РсчТДругими словами, перед началом измерени  устройство подготовлено дл  измерени  сдвига фаз на максимальной частоте исследуемы колебаний, если же частота меньше, то автоматически подстраиваетс  перва  частота счета ц ( втора  частота счета FCMO зaвиcI мости от частоты исследуемых колебани Кроме того, на первом такте измерени  ., временной интервал чГ, поступающий на ,. вход элемента И о, заполн етс  имг пульсами посто нной частоты го , посту паюшей на второй вход. Количество импульсов NC, поступивших через элемент И 5 на суммирующий вход реверсивного счетчика 14 равно NC г 60°

По заднему фронту периода исследуемых колебаний Т формирователь 1 вырабатывает импульс, который устанавливает триггер 2 в состо ние 1, и

начинаетс  второй такт измерени . На вычитающий вход реверсивного счетчика 14 через элемент И 6 будут поступать импульсы частоты . После обнулени  счетчика 14 импульс обнулени  с

его выхода поступает на вход триггера 27 озвраща  его в исходное, нулевое состо ние. На этом второй такт измерени  заканчиваетс . Врем  Ъ , в течение которого триггер 2 находилс  в состо -

НИИ , равно

Ч

.... МТ .FpMT

-1

tf----О

РСЧ 360 ах бо

За врем  -t через элемент И блока 1О делени  поступают частоты FO

Nnг „-Ff,-м ч i 10 i-i

11

К

М

где N - емкость счетчиков 8 и 13. (-1)-о; Р -F -F 41 о 4-1 ы . -lo .. Н,.. т - т хч За врем  -Ь на выходе блока 11 вычитани  импульсов на выход устройства по- ступает количество импульсов VI ух , N . nW у S 360 ( 360° 360 & f которое зависит только от измер емого сдвига фаз и не зависит от частоты исследуемого колебани  и генератора частот . По сравнению с известным способом и устройством, осуществл ющим данный и jri iuuHv iBujM, ииущыи ва ющим данный ;. способ, в предлагаемом изобретении повышена точность измерени , поскольку г- F и период т , и интервал tотнос тс  к одному периоду исследуемых колебаний. Кроме того, быстродействие измерени  также повышено за счет того, что на втором такте формируетс  временной интервал в К раз менее короткий, чем интервал на первом такте измерени .

Claims (4)

1. Способ измерени  сдвига фаз, заключающийс  в том, что заполн ют период исследуемых колебаний импульсами первой частоты счета, дискретно уменьшают эту частоту с каждым переполнением счетчика, заполн ют временной интервал , пропорциональный сдвигу фаз импульсами, равномерно распредел ют количество импульсов, пропорциональных значению остатка от делени  периода исследуемых колебаний на число, кратное минимальному периоду исследуемых колебаний, о. тличающийс  тем что, с целью повышени  точности измерени  и быстродействи , на первом такте формируют вторую частоту счета, дискретно увеличивают ее с каждым переполнением счетчика, заполнение временного интервала, пропорционального сдвигу фаз, осуществл ют импульсами посто нной частоты, запоминают получен- ное количество импульсов на втором такте , одновременно формируют временной

интервал списыванием запомненного количества импульсов импульсами втopoйv частоты счета, при этом распределениеv производ т по максимальному значению сформированного временного интервала, соответствующего сдвигу фаз , вычита  их из импульсов посто нной частоты , по полученной разности суд т о сдвиге фаз.

2. Устройство дл  осуществлени  способа измерени  сдвига фаз, содержащее генератор частот, первые выходы которого через первую группу элементов И, другие входы которых соединены с выходами первого дещифратора, соединены с входами первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом первого элемента И, другой вход которого соединен с первым входом устройства, а выход соединен с входом счетчика, старщие разр ды которого соединены с

входами первого дешифратора, а младшие разр ды соединены с первым входом блока делени , второй элемент И, один вход которого соединен с вторы входом устройства, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности и быстродействи , в него введены втора  группа элементов И, второй дешифратор, второй элемент ИЛИ, реверсивный счетчик, третий и четвертый элементы И, формирователь и триггер , входы которого соединены с выходами реверсивного счетчика и формировател , вход которого соединен с первым входом устройства, вторые выходы генератора частот через вторую группу элементов И, другие входы которых соединены с выходами второго дешифратора соединены с входами второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом третьего элемента И, третий вход генератора частот соединен с вторым входом второго элемента И и nepBbnvi входом четвертого элемента И, втрые входы третьего и четвертого элемент И соединены с выходом триггера, выходы второго и третьего элементов И соединены с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика соответственно , выход четвертого элемента И соединен с входом блока делени , причем входы второго дешифратора соединены с выходами старших разр дов первого счетчика.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 248О73, кл. GOl R 25/ОО, 1968.

2.Авторское свидетельство СССР № 581443, кл. GO1R 2о/ОО, О5,О3.76.

3.Смирнов П. Т. Цифровые фазометр Л., Энерги  , 1974 , с. 22.

4.Авторское свидетельство СССР № 653577, кл. G01R 25/ОО, 25.03.79.

5lIb-t@: uJj

&

oo-orac