Устройство для измерения угла сдвига фаз Советский патент 1984 года по МПК G01R25/00 

io

i

D

Изобретение относится к фазоизме.рительной технике и может быть использовано для измерения угла сдвиг фаз двух электрических колебаний в диапазоне низких и инфранизких частот.

Известно устройство для измерения угла сдвига фаз по авт.св. № 651269, содержащее последовательно соединенные ключ, сумматор, цифровой делитель и регистратор, при этом первый вход ключа соединен через умножитель с генератором сигналов эталонной частоты, а второй и третий входы - с выходами каналов обработки информации, каждый иэ которых включает последовательно соединенные линейный усилитель,фиксатор уровней и блок выделения моментов перехода гармонического сигнала через максимальное значение, выход которого является выходом канала, первый и вторрй входы соединены с входами, а третий вход - fc выходом генератора ударного возбуждения, при этом четвертый и пятый входы соединены с кнопками Пуск и Сброс соответственно, а выходы коммутатора соединены с вторыми входами фиксаторов уровней ij .

Недостатком известного устройства является недостаточно высокая точность измерения, обусловленная большим уровнем .случайной погрешности.

Целью изобретения является повышение точности измерения путем уменьшения случайной составляющей погрешности измерения.

Цель достигается тем, что устройство для измерения угла сдвига фаз дополнительно снабжено элементом ИЛИ, а в каждый канал введены цифровой фильтр, запоминающий блок формирователь, фильтр нижних частот и управляющий элемент, при этом выход генератора ударного возбуждения соединен с входом цифрового фильтра, выход которого соединен с входом запоминающего блока, выходами соединенного с входами формирователя и фильтра нижних частот, выход которого через управляющий элемент соединен с дополнительным входом генератора ударного возбуждения, а выход каждого формирователя соединен с одним из входов элемента ИЛИ, выход которого соединен с дополнительным входом коммутатора.

На чертеже приведена структурная схема устройства. Оно содержит коммутатор 1, сумматор 2, цифровой делитель 3, регистратор 4, генератор 5 сигналов эталонной частоты, умножитель 6 частоты, ключ 7, а каналы содержат линейные усилители

8 и 9, фиксаторы 10 и 11 уровней, генераторы 12 и 13 ударного возбуждения, блоки 14 и 15 выделения моментов перехода сигналов через максимальное значение, цифровые фильт ры 16 и 17, запоминающие блоки 18 и 19, фильтры 20 и 21 нижних частот, управляющие элементы 22 и 23, формирователи 24 и 25, кнопки 26 и 27 Пуск и Сброс, а также эле0 мент 28 ИЛИ,

Входные сигналы поступают на линейные усилители 8(9), соединенные о фиксаторами 10(11) уровней, выходы которых соединены с входами

5 блоков 14(15) выделения моментов перехода сигналов через максимальное значение и генераторов 12(13) ударного возбуждения, первые выходы которых Соединены соответственно с

0 входами петель автоподстройки частоты, включающих последовательно соединенные цифровой фильтр 16(17), запоминающий блок 18(19), фильтр 20(21) низкой частоты и управляю5 Щнй элемент 22(23), соединенный с третьими входами генераторов 12(13) ударного возбуждения, второй выход которых соединен с третьим входом блоков 14(15). выделения моментов

п перехода сигналов через максимальные значения, четвертый и пятый входы которых соединены с кнопками 26 и 27 Пуск и Сброс, а выходы через последовательно соединенные

ключи 7, сумматор 2, цифровой делитель 3-е регистратором 4, при этом третий вход ключа 7 через умножитель 6 частоты соединен с генератором 5 сигналов эталонной частоты,, а вторые выходы запоминаквдих бло0 ков 18(19) через форлшрователи 24(25) соединены с входами элемента 28 ИЛИ, выход которого соединен с коммутатором 1, а выходы последнего соединены с фиксаторами

5 10 и 11 уровней.

Устройство работает следующим образом.

Гармонические колебания поступают на оба входа устройства и с помощью линейных усилителей 9 и 8 усиливаются до выбранного фиксированного значения, одинакового для обоих каналов. При нажатии кнопки 27 Сброс все счетные узлы устройства приводятся в исходное состояние, при

нажатии кнопки 26 Пуск приводятся в рабочее состояние блоки 14 и 15. Усиленные гармонические колебания приходят на входы фиксаторов 10 и

0 11 уровней, которые задают п постоянных уровней напряжения Щ по п/2 одинаковых попарно уровней в положительной и отрицательной областях напряжения и генерируют короткие

5 импульсы в моменты пересечения входным сигналом выбранного уровня напряжения U . Коммутатор 1 осуществляет выбор одного из уровней Uj, и по окончании измерения при выбранном, уровне .1) производит переключение фиксаторов 10 и 11 на другой уровень напряжения, одинаковый для обоих фиксаторов, таким образом происходит перебор всех п значений уровней напряжения l} . Выходные импульсы фиксаторов 10 и 11 поступают на входы блоков 14 и 15 и на входы генераторов 12 и 1 ударного возбуждения, которые запускаются от первого импульса соответствующего фиксатора и прекращают генерацию по второму импульсу фиксатора. Оба генератора 12 и 13 генерируют последовательность импульсов высокой частоты, синхронных относительно первого (запускающего импульса соответствующего фиксатора уровней. Импульсы генераторов 12 и 13 ударного возбуждения каждого канала поступают также на вход цифровых фильтров 16, 17, которые состоят и двоичного счетчика и набора элемен тов совпадений./ Цифровой фильтр 16(17) выделяет импульс, длительность которого рав последнему неполному периоду высоко частоты. Длительность этого импульса преобразуется в напряжение и фиксирует ся запоминакмдим блоком 18(19), выпо ненным, например, .в виде интегратор далее через фильтр 20(21) нижних частЬт полученное напряжение поступает на управляющий элемент 22(23) В качестве управляющего элемента может .быть использован переход транзистора, конденсаторы с изменяющейся емкостью (вариканы, вариконды), включенные в контур генератора и т..д. Управляющее напряжение изменяет частоеу генератора ударного возбуждения и совмещает срез последнего импульса высокочастотного пакета с фронтом фиксатора 10(11). Импульсы на выходе запоминающего блока 18(19) каждого канала через формирователь 24(25) и элемент 28 ИЛИ блокируют коммутатор 1, обеспечивая возможность подстройки частоты прежде переключения уровня. Посл завершения подстройки частоты длительность импульса части периода стремится к нулю, формирователи 24(25) не могут сформировать импульс запирания, и блокировка снимается. На выходах блоков 14 и 15 выделя ются короткие импульсы, соответствующие моментам перехода сигнала через максимальное значение. Синхронность начала и конца заполняющих импульсов повышает точность выделения точки максимума. Выходной, импульс блока 14 открывает ключ 7 и импульсы генератора 5 эталонной частоты через умножи-. телБ 6 частоты поступают на сумматор 2. Выходным импуЛЪсом блока 15 закрывается электронный ключ 7 и блокируется умножитель 6. После перебора коммутатором 1 всех п заданных уровней напряжения в сумматоре фиксируется число .2 NJ где N число импульсов умножителя 6, пропорциональных сдвигу фаз на уровне напряжения и.; . С прмощью делителя 3 выч 1сляется число импульсов Пер 21 МЛп пропорциональное усредненному по числу уровней п сдвигу фаз, близкому к сдвигу фаз между первыми гармониками входных сигналов. Регистратор 4 вычисляет усредненное значение сдвига фаз согласно формуле ;; (1) - с .° где N; число импульсов, соответствующее мгновенному значению угла tf сдвига фаз на уровне U; , число уровней напряжения, частота входных сигналов} частота генератора 5, коэффициент умножения (36, 360, 3600 и т.д.). Таким образом, преимуществом Устройства является обеспечение синхронности начала и конца заполняемого временного интервала с импульсами высокочастотного заполнения, что повышает точность измерения за счет уменьшения случайной составляющей погрешности измерения. Кроме того, синхронность пакета заполняющих импульсов с фронтами импульса заполнения позволит уменьшить частоту генераторов ударного возбуждения в несколько раз в зависимости от значения частот. Это позволит сократить объем аппаратуры за счет уменьшения объема счетчиков, что особенно важно в диапазоне инфранизких частот. Устройство в то же время использует точку максимума входного сигнала, определяемую по нескольким уровням ограничения и заполнения временного интервала синхронным с его границами пакетом заполняющих импульсов, что позволяет существенно снизить систематическую погрешность от влияния нелинейных искажений входных сигналов и случайную погрешность от влияния несинхронности заполняющих импульсов.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА СДВИГА ФАЗ по авт.св. № 651269, ;О т л и ч а ю щ е е с я тем, что, , :с целью повышения точности измерений, оно снабжено элементом ИЛИ, а в каждый канал введены цифровой фильтр, запоминаю&шй блок, формирователь, фильтр нижних частот и управляющий элемент, при этом выход генератора ударного возбуждения соединен с входом цифрового фильтра,выход которого соединен с входом запоминающего блока,выходами соединенного с входами формирователя и фильтра нижних частот,выход которого через управляющий элемент соединен с дополнительным входом генератора ударного .возбуждения, а выход каждого формирователя соединен с одним из входов элемента ИЛИ, выход которого соединен с дополнительным входом коммутаJTopa.

.15

tM

б-

to

tr