Способ преобразования угла сдвига фаз в двоичный код Советский патент 1985 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при измерений угла сдвига фаз между электрическими сигналами в многоканальных системах сбора и кодирования информации.

Цель изобретения - расширение частотного диапазона за счет умень.шения времени преобразования угла сдвига фаз электрических сигналов в двоичный код.

Предлагаемый способ преобразования угла сдвига фаз в код позволяет по сравнению с известными расширить частотный Диапазон исследуемых сигналов в несколько раз и уменьшить в 1,5 раза время преобразования на фиксированной частоте. В данном способе время сравнения, результата интегрирования с нулевым уровнем не накладывает ограничений на величину старшего временного интервала, который может быть предельно уменьшен.

Применение устройств, реализуюшд предлагаемый способ, в многоканальных системах для автоматизации экспериментальных исследований дает значительный экономический эффект за счет сокращения сроков проведения опыта и уменьшения количества необходимых преобразователей.

На чертеже представлены временны диаграммы, поясняющие предлагаемый способ.

Преобразование осуществляется следуюгдим образом. .

Выделяют времен ые интервалы Т/2и Ти,, соответствующие половине периода и сдвигу фаз входных сигналов .

Интегрируют эталонное напряжение Uj в течение времени Ti, в результате чего формируется напряжени

.

и L.- )

П)

Параллельно во времени интегрируют напряжение К О, ( фиксированный коэффициент) в течение времени Т/2, в результате чего формируется напряжение .

и . 1/ /f Т f „ (2)

- (2)

Далее, принимая напряжение в качестве начального условия интегрирования, интегрируют напряжение

5277

В течение фиксированного врё-ит/2.

I I Л,ji

менного интервала т(i,который выбирают равным таким, чтобы напряжение Oycfg изменилось на величину, равную половине диапазона изменения Ui, После окончания интервала i определяют знак результата интегрирования :

,.и,,ч

(ги

RC:

где b r-slYn (UQ)--) так как Uj Uj Lfi значение результата интегрирования перед началом интервала t , и в зависимости от этого знака формируют старший разряд выходного кода по правилу: 1, если знак результата интегрирования +, или О, если знак -, а в случае нулевого результата интегрирования старший разряд принимают равным 1, все младшие разряды принимают равными ,0 к преобра3ование заканчивают, причем результат интегрированиясчитается нулеи

т/2

вым, если

В следующем такте, который задержан относительно конца предыдущего на время (Тер) задержки, необходимое для анализа знака результата интегрирования и формирования очередного разряда выходного кода, интегрируют напряжение

.п-.т/г , - .

где fef,.,(U, ) { + 1,о,-1}, в течение времени i-, которое выбирают вдвое меньшим, чем i,. После окончания интервала t п-1 определяют знак результата интегрирования:

Ц V

и в зависимости от этого формируют очередной (п-1)-й разряд выходного кода по тому же правилу и т.д.

Процесс преобразования в общем случае продолжается п тактов ( пчисло разрядов выходного кода), причем в каждом такте, соответствующем I-My разряду, интегрируют напряже-.

ние

/w

где Ь. -54n(,

2 Ч. в течение времени i 2 t, где t - длительность такта, соответствующего младшему разряду кода. В конце каждого такта анализируют знак результата интегрирования и формируют очередной разряд выходного кода (у-) по правилу: а .1, если и,. С О, если Ui i о(; 1, .ct-.i а-.2 . ..«, О, если lU:|

В общем случае в конце описанного процесса результат интегрирования равен нулю, т.е. имеет место равенство п

V-Rk; %br°

(3)

Подставив в (3) вьфажения (1) и (2), получимр

.4.

отсюда

Л- н Rq-RC -lt RC2-RCi-2

Ь,г

,3 - лл ., «- . 1/ -т-

1 1 л

RC, КЛ

-кдЧ .()

Таким образом, число, изображаемое некоторым троичным кодом (так как

,. +1 jO,-lp, прямопропорционально углу сдвига фаз. Выходной двоичный код формируют параллельно с троичньм кодом по следующим формальным правилам (см. таблицу).

Рассмотрим вначале самый простой случай, когда результат интегрирования остается положительным на 11952

«.-Ц .

(П

Действительно, если результат интегрирования остается положитель- ньм по окончании фиксированного временного интервала t- , то в соответствии с описанным алгоритмом (правило 2) очередной разряд выходного кода принимается равным единице. Если это условие выполняется

-t, г п, 1, ТО все «; 1,

для всех i л , 1 .

Рассмотрим теперь случай, когда результат интегрирования на некотором интервале iy становится отрицательным. В этом случае найдется интервал , на котором результат интегрирования вновь станет положительным (или равным нулю).

Разобьем сумму 5(5) на три подсуммы, соответствующих интервалам интегрирования fch-ii., , f-i -fc (предполагается, что на интервалах , i j, - i , результат интегрирования неотрицателен).

5-vs,. b,2 -vi:t,i-vZbii

5 i

С8)

Подсуммы 5, и $3 соответствуют 40 случаю, рассмотренному вьше (6), (7), когда все .

ь,.Г .-(1 С..ГЧ

« М

--.-П ь

1 /

Подсумма 52 имеет вид

50 4 1-1 S2 Xt,2

(о)

.

По условию результат интегриропо условию результат интегрирования на интервале tt, стал отрицавания на интервале tj, стал отрица55 тельным, т.е. он убывал. Следовательно, согласно описанному алгоритму

Ъу -1(11) 774. протяжении всех фиксированных интервалов времени -t , Тогда согласно описанному алгоритму все bj 1 i п,1 Подставив в (5), получим:п 5 XH|2- -5:i-r -Zc,. (6) i

По условию результат интегрирования на интервале , tj стал неотрицательным, т.е. возрастал. Следовательно

(12)

Подставив (11) и (12) в (10) получим- .

s,м.2n,2Ч...,...Ui) «-f членов

t . t-l-i/

2-. + 2 ... + 2 +.

+ - 1 как сумма k-t членов геометрической прогрессии со знаменателем 2. Подставив ползгченное выражение в (14), получим

з,2-Ч-1 2 -..-,./. (,я

Сравним (13) и (15), можно представить

,-f . .K-z

ей

S,,..fr.1.2-4...1.24i.,..о-г.(-f)

Поскольку отсутствуют Ь +1, то так же, как и в (7)

ч -., т.е, К

О, i К,+1

.а..г--,

а.

(17) ivf .

,

Действительно, если результат интегрирования cтa oвитcя отрицательным на некотором интервале tj, то

очередной разряд выходного кода

принимается равным нулю .(правило 1), Если результат интегрирования отрицателен на протяжении интервалов времени е+1 , то разряды я ,

и), ,... , ft принимаются равными нулю. На интервале tj результат интегрирования неотрицателен, и в соответствии с описанным алгоритмом (правило 3 и 4 таблицы) очередной

разряд выходного кода и принимается равным единице.

Следовательно общая сумма п/к+1

5, ,.

S2 -5/S2..3

5

.

.5.a,2-vs: ..

i-1

k/iM ,

08)

5 c,. .

(f8)

Приведенные выше рассуждения можно аналогично провести И в случае, когда результат интегрирования несколько раз становятся отрицательным в процессе преобразования.

Таким образом, выходной двоичный код пропорционален углу сдвига фаз между исследуемыми сигналами, при)35 чем, приняв k 360, получим отсчет в градусах.

СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ УГЛА СДВИГА ФАЗ В ДВОИЧНЫЙ КОД, заключаюпщйся в выделении двух временных интервалов, один из которых равен половине периода исследуемых сигналов, а другой пропорционален фазовому сдвигу, интегрировании этапонного напряжения в течение времени, равного половине периода исследуемых сигналов, и последующем интегрировании этапонного напряжения в течение времени, пропордионального фазовому сдвигу, отличающийся тем, что, с .целью расширения частотного диапазона за счет уменьшения времени преобразования угла сдвига фаз электрических сигналов в двоичный код, напряжение, полученное от второго интегрирования, компенсируют до нуля путем .интегрирования напряжения, полученного от первого интегрирования, в течение фиксированных временных интервалов, длительности которых относятся между собой как веса двоичных разрядов в порядке убьшания, причем в каждом .такте полярность компенсирующего i напряжения противоположна полярности результата интегрирования до начала (Л данного такта, выходной сигнал формируют, начиная со старших разрядов, после окончания каждого такта анализируют знак результата интегрирования и формируют очередной разряд выходного сигнала по правилу: 1, если знак результата интегрирования +, или О, если знак -, а в (О ел ю случае нулевого результата интегрирования очередной разряд принимают равным 1, все оставшиеся младшие sl разряды принимают равным О и пре образование заканчивают.