Устройство для сравнения фаз Советский патент 1985 года по МПК G01R25/04 

Устройство относится к автоматике и измерительной техника и может быть использовано, например, в устройства регулирования фазы и фазометрах. Известно устройство для сравнения фаз а содержащее первый и второй формирователи, входами соединенные с входами устройства, а выходами подключенные соответственно к первым входам первого и второго триггеров, вторые входы которых соединены с вхо дами устройства, первый и второй эле менты И, выход последнего из которых соединен с первым индикатором, а вхо ды - с выходами триггеров, третьи входы которых соединены с выходом первого элемента И, два инвертора, а также второй и третий индикаторы, соединенные с выходами триггеров через инверторы щ , Недостаткам такого устройства являются ограниченные область применения и быстродействие, Наиболее бл11зким к изобретению является устройство для сравнения фаз, содержащее первый и второй счетные триггеры, входы которьпс сое.цинены с входами устройства, установочные входы которых объединены с входом установки нуля устройства, а выходы через два формирователя и непосредственно с входами соответствующих триггеров, третьи входы которых объединены и подключены к выходу первого элемента И, входами соединен кого с выходами формирователя ,,двухвходовьй элемент И, выходом соединен ный с-иервьм индикатором, а входаjiH с первым- выходами триггеров, вторые входы которых через инверторы соединены с вторым и третьим индикаторами 2 . Недостатком известного устройства является ограниченное быстродействие которое обусловлено тем, что сравнение фаз опорного и измерительного сигнала происходит через два периода входных сигналов. Такое явление может привести к ошибкам в определении момента совпадения фаз или момента перехода фаз от отставания к опережению, что особенно важно при сравнении фаз сигналов с несколько отличакщимися частотами. Кроме того, неоднозначно определяется фиксация совпадения фаз, заключанщаяся в том, что до подачи сигналов устройство уже индицирует нулевой фазовый сдвиг что создает неудобства в работе. Цель изобретения - повышение быстродействия сравнения фаз между опорным и исследуемым сигналами. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для сравнения фаз, содержащее первый и второй счетные триггеры, установочные входы которых объединены с входом установки нуля устройства, первый и второй формирователи, выходы которых соединены с первыми входами двухвходового элемента И, выходом соединенного с первым индикатором, а входы - с входами устройства, второй и третий индикатрры и инвертор, введены первый и второй элементы ИЛИ, выходами соединенные соответственно с вторьм и третьим индикаторами, дополнитель;ные первый, второй, третий и четвертьй четырехвходовые элементы Hj выходы каждой пары из которых подключены к элементам ИЛИ, первые входы указанных четырехвходоных элементов И объединены и попарно соединены с выходами формирователей и со счетными входами обоих триггеров, вторые входы всех четырехвходовьк элементов И попарно через инвертор подсоединены к выходу двухвходового элемента И, третьи и четвертые входы первоЕо и четвертого введенных элементов И соединены соответственно с единичным выходом первого счетного триггера и с кулевьв- выходом второго счетного триггера, третьи и четвертые входы второго и третьего четырехвходовых элементов И подключены соответственно к единичному выходу второго счетного триггера и нулевому выходу первого. За счет введения четырехвходовьи элементов И и двух элементов ИЛИ обеспечивается постоянноесравнение фазового положения каждого пронормированного по длительности импульса опорной и счетной последовательности с индикацией соответствующего результата сравнения в каждьЕЙ период сравнения. Таким алгоритмом контроля исключаются пропуски за счет дискретизации (по двум периодам, как было в прототипе) сравнений, а следовательно, повышается в два раза быстро действие. Кроме того, благодаря нормировке по длительности входных опорного и измерительного сигналов

формирователями, а также новых связей их выхода с элементом И обеспечивается индикация момента совпадения фаз только во время действия сигналов,

На фиг.1 представлена электрическая функциональная схема устройства для сравнения фаз; на фиг,2 - временные диаграммы работы устройства для случая опережения опорного сигнала (2,1) и отставания (2,11),

Устройство для сравнения фаз содержит первый и второй формирователи 1 и 2 сигнала калиброванной длительности, первьш и второй триггеры 3 и 4, четыре четьфехвходовых элементов И 5-8, двухвходовьш элемент И 9, инвертор 10, два элемента ИЛИ 11 и 12 и три индикатора - индикатор 13 (опережения фазы), индикатор 14 (равенства фаз) и индикатор 15 (отставания фазы), вход 16 опорного сигнала вход 17 измерительного сигнала и вход 18 установки нуля, соединенный с установочными входами триггеров 3 и 4, В устройстве первые входы элементов И5и6, 7и8 объединены соответственно с выходами формирователей 2 и 1, счетными входами триггеров 4 и 3, первым и вторым входами элемента И 9, Вторые входы элементов И 5 и 6, 7 и 8 подключены через инвертор 10 к выходу элемента И 9 и входу индикатора 14, Третьи и четвертые входы элементов И 5 и 8 подключены соответственно к единичному выходу триггера 3 и нулевому выходу триггера 4. Третьи и четвертые входы элементов И 6 и 7 подключе ны соответственно к единичному выходу триггера 4 и нулево 1у выходу трйг гера 3, Выходы элементов И 5 и 6, 7 и 8 объединены соответственно через элементы ИЛИ 11, 12 с индикаторами 13, 15,

Формирователи 1 и 2 нормируют входной сигнал произвольной формы и длительности в импульсные сигналы постоянной длительности, определяющей заданную погрешность сравнения фаз, Индикатор обеспечивает согласование выходных сигналов с выходов элементов 9,11 и 12, необходимое их усиление для срабатывания сигнального индикатора, например, лампочки накаливания. Остальные элементы схемы могут быть реализованы логическими микросхемами 133 или 155 серий.

На фиг,2 приняты следуюище обозначения сигналов: а и б - опорный и измерительный сигналы с выходов формирователей и 2, в и г - осциллограммы соответственно на единичном и нулевом выходах триггера 3; д и е осциллограммы соответственно на единичном и нулевом выходах триггера 4; ж, 3, к и л - осциллограммы на выходах элементов И 5, 6, 7 и 8 соответственно мин- осциллограммы напряжений на выходе элементов ИЛИ 1 и 12 соответственно,

KpoNffi того, серия осциллограмм фиг,2,1 поясняет работу устройства, когда опорный сигнал опережает измерительный, и фиг,2,II - наоборот, дл случая отставания опорного сигнала. Состояние индикаторов 13 и 15 опережения или отставания фазы изменяется на противоположное по величине интервала времени t, между опорным и измерительным импульсом. Если /2, то опорная последовательность опережает измерительную и срабатывает индикатор 13 (фиг,2,1 а). Если же tpi , то опорная последовательность фактически отстает от измерительной и при этом срабатывает индикатор 15 (фиг,2,II а).

Устройство работает следующ11м образом.

Рассмотрим случай, когда происходит опережение по фазе измерительноjro сигнала опорным (фиг, 2,1), В исходном состоянии счетные триггеры 3 и 4 установлены в состояние, при котором на их прямых выходах имеются низкие уровни напряжения, а на инверсных - высокие.

Входные сигналы А и Б поступают соответственно на входы формирователей 1 и 2, где преобразуются в нормированные по длительности импульсные последовательности (фиг,2 а, б), поступающие на счетные входы триггеров 3 и 4, По переднему фронту первого импульса (фиг,2 а) триггер 3 перебрасывается, в результате чего на его прямом выходе появляется высокий потенциал (фиг,2 в), а на инверсном - низкий (фиг,2 г). Срабатывание каждого из четырех элементов И воз-i можно при одновременном наличии на своих входах высокого потенциала, что возможно при следующих комбинациях: вьпсод элемента И 5 - б,в,еТ, выход элемента И 6 - б, е, выход элемента И 7 - а, д, г, выход элемента И 8 - а, в, е .

Так как последний вход каждого элемента И всегда, кроме случая равенства фаз, находится под высоким потенциалом, то в комбинации а-г (фиг.2) он учитывается автоматически

В течение длительности первого импульса (фиг.2 а) реализуется только одно из четьфех условий совпадения и на выходе элемента И 8 появляется импульс (фиг.2 л), который через элемент ИЛИ 12 (фиг.2 м) поступает на индикатор 15, вызывая его срабатывание (фиг.2 н). По «жокчанни первого импульса (фиг.2 а) условия совпадения элемента И 8 нарушаются и индикатор прекр.едает индикацию.

По поступлению первого импульса измерительной последовательности (фиг.2 б) на счетшдй вход триггера 4 последний перебрасывается и изменяет свое состояние на противоположное (фиг.2 д, 2 е). При этом ни на одном из Meitjipex элементов ИЗ, 6, 7 и 8 условие совпадения не выполняется (фиг.2 ж, з) и состояние индикаторов 13, 14 и 15 остается прежним

С приходом очередного (второго) импульса (фиг.2,а) триггер 3 перебрасывается в состояние, предшествукнцее прихо|Ду первого ийпульса, появляется разрезающая комбинация для элемента И 7, управляюа(Ий импульс с выхода которого через элемент ШШ 12 (фиг.2 м) опять воздействует на и дикатор 15, подтверядая факт опереже кия фазы. С приходом второго импульса измерительной последовательности (фиг.2,б) триггер 4 перебрасывается в исходное состояние (фиг.2 д,е), создаьая при этом запрещенную комбинацию для элементов И 5, 6 (фиг.2 ж,з)

С приходом третьего опорного импульса (фиг.2 а) цикл работы повторяется.

Таким образом, с каждым импульсом опорной последовательности происходит сравнение фазового соотношения и индикация его результата на индикаторе 15, которьй работает с частотой 1/То„.

в другом случае, когда опорная последовательность отстает от измерительной, работа устройства происходит аналогичным образом. Начало работы и частота переключений другого индикатора 13 в этом случае будут определяться измерительной последовательностью (осциллограммы напряжений

в различных точках схемы фиг.2.II).

При равенстве фаз опорной и измерительной последовательности срабатьшает элемент И 9 и включается индикатор равенства фаз 14. Одновременно инвертор 10 изменяет свое состояние и запирает все элементы ИЗ, 6 , 7 и 8.

Таким образом, при произвольном изменении фазы устройство позволяет производить сравнение ее в каждьй

период сигнала, обеспечивая при этом в два раза большее по сравнению с прототипом быстродействие.

Технические преимущества данного изобретения состоят в повышении быстроты сравнения фаз, особенно при изменениях фазы измеряемого сигнала. Кроме того, повьшается достоверность полученного результата и устраняется неоднозначность показаний нулевого фазового сдвига в начальный момент

измерения.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СРАВНЕНИЯ ФАЗ, содержащее первый и второй сче ные триггеры, установочные входы ко торых объединены с входом установки нуля устройства, первый и второй формирователи, выходы которых соеди нены с входами двухвходового элемен та И, выходом соединенного с первым индикатором, а входы - с входами устройства, второй и третий индикат ры и инвертор, отличающее с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены первый и второй элементы ИЛИ, выходами соединенные соответственно с вторым и третьим индикаторами, дополнительные первый, второй, третий и четвертьй четырехвходовые элементы И, выходы каждой пары из которых подключены к элементам ИЛИ, первые входы указанных четырехвходовых элементов И объединены и попарно соединены с выходами формирователей и со счетными входами обоих триггеров, вторые входы всех четырехвходовых элементов И попарно через инвертор подсоединены к выходу двухвходового элемента И, третьи и четвертые входы.первого и четвертого введенных элементов И соединены соответственно с единичным выходом первого счетного триггера и с нулевым выходом второго счетного триггера, третьи и четвертые входы второго и третьего четырехвходовых элементов И подключены соответственно к единичному выходу второго счетного триггера и нулевому выходу первого.