Способ индикации квадратурного сдвига фаз Советский патент 1986 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и автоматике и может быть использовано при обнаружении и установке квадратурного сдвига фаз между двумя низкочастотными гармоническими напряжениями

или токами.

но представить выражением

Цель изобретения - повьппение точности при индикащЙ квадратуры между двумя низкочастотными сигналами за счет снижения аддитивной составляющей погрешности от комбинационных часПусть сравниваются гарм сигналы и U,sin(wt + и„ sin(ut ). Если осу периодическое инвертирован 5 U( с помощью инвертирующег и. Uusign sin(nt +СР), чески инвертированный сигн

10

iinfcJt+ (4,+ -

Uu U,stnl

+ l + -. si«

I 2(q),|) J

При суммировании uu и u п 15 амплитудно-фазомодулнфова суммы

тот.

Сущность спосЬба заключается в

следуняцем.

1241146

Пусть сравниваются гармонические сигналы и U,sin(wt + Ср, ) и 0 и„ sin(ut ). Если осуществлять периодическое инвертирование сигнала 5 U( с помощью инвертирующего сигнала и. Uusign sin(nt +СР), то периодически инвертированный сигнал U(, мож

iinfcJt+ (4,+ - .

ьЧ-)(1)

Uu U,stnl

+ l + -. si« (, ,

I 2(q),|) JJ

При суммировании uu и u получаем амплитудно-фазомодулнфованный сигнал суммы

U.

UC+UP

sign sin(n t+(f)

l .signsin (Slt.(p)},

sign sin(n t+(f)

(2)

где -il UY +2U, Ujcos(cp, -Kpj) и

Up n|u +U -2U|U4eo,s((f,-Cf2) - соответственно амплитуды суммарного сигнала в первый и во второ полупериоды инвертирукяцего сигнала;

г -, . Ugsin(q ,.-(ft)и

Cf,rarctg(.)

Q % + airctg UfSin(cC.-; fz) . r 8 Oj -U cosCcf.-Cfz)

соответственно начальные фазы суммарного сигнала- в первый и во второй полупериоды инвертирующего сигнала, Составляхлцую напряжения от комбинационных частот, например, после квадратичного детектирования, изби-. рательного усиления и синхронного выпрямления, обуславливающую погрещ- ность измерений, можно представить вьфажением .

и с -Шр

cos()t+cp,-nppi

arctg (cf,-Cp,)-2(-|.i9

де (jj-) - ближайшее

к отношению частот целое число; Й - частота комбинационной

составляющей.

Если частоты со и 51 кратны, то ) О, тогда

г 3 ис +UP

AU-

.г- /

4. (:sr)o

cos

.,

+ Cf-Harctg

иГ

+UP

ч

tg(cf,)-2(f-),c,(3)

25

Для квадрат урных входных сигналов, т.е. при Ср, I в соответствии с (2) получаем, что

Ue Up Cf,Cf

ь

. я i 2

+ид и, а arctg ;

Р 5 а при Ug

-5: + arctg ,

IT 2/

и,

(4)

Up - и

22

arctg |- tg(cf,-cpp-±| ..

в этом случае выражение ется

и

(3) упроща () cos(

45

- 2|cf-ii).

Из последнего выражения видно,

что iUt О, если

-

со

ffp +«f-.2

а

Ч

0.

Таким образом, подобрав начальную Фазу Ср инвертирующего сигнала так, что ,

Ч

. V 2

JL- со

(5)

можно исключить аддитивную погрешность от комбинационной составляющей,

Подставив в (5) значения q)p и , из (4) получим, что для исключения погрешности от комбинационной составcrj+ I - arctg +(г J arctg U /U, q, (.)- .

%-VI-.

Ha чертеже приведена структурная схема устройства для индикации квадратуры между двумя гармоническими низкочастотными сигналами предлагаемым способом.

Устройство содержит инвертор 1, коммутатор 2, входы которого подключены соответственно к входу и выходу инвертора 1, последовательно соединенные сумматор 3, один вход которого подключен к выходу коь 1ута- тора 2, усилитель 4, детектор 5, избирательный усилитель 6 сигнала частоты коммутации, синхронный выпрямитель 7 и измерительный прибор 8, последовательно соединенные компаратор 9, один вход которого подключен к входу инвертора 1, а другой заземлен, и триггерый делитель 10 частоты выход которого подключен к управляющим входам коммутатора 2 и синхрон- ного выпрямителя 7, причем входами устройства являются вход инвертора t и второй вход сумматора 3.

Устройство работает следукядам образом. /

На вход инвертора 1 подается сигнал, U,, а сигнал Ug поступает на второй вход сумматора 3. Коммутатор 2, входы которого подключены к входу и выходу инвертора 1, периодически с частотой инвертирования (коммутации) подключает на выход то входной, то выходной сигналы инвертора 1 и таки|4 образом формирует периодически инвертированный сигнал (1). Этот сигнал поступает.на первый вход сумматора 3, в котором суммируется с сигналом Ug. Подключенный на выходе сумматора 3 амшштудно-фазо-модулированный сигнал (2) после усиления усилителем 4 детек

ляющей начальная тирующего сигнала равна

тируется детектором 5. Вьщеленная на выходе детектора 5 огибакицая. амплитуд, пропорхщональна отклонению разности фаз cf, входных сигналов и и Uj от квадратуры, усиливается из- бирательньм усилителем 6, выпрямляется синхронным выпрямителем 7 и измеряется измерительным прибором 8. .Момент квадратуры между сигналами U , и Uj соответствует нулевому показанию измерительного прибора 8.

Входной сигнал и, подается также и на вход компаратора 9, который преобразует синусоидальный сигнал U, в сигнал прямоугольной формы

и и, sign sin (cot +СР,).

Затем напряжение иц поступает на вход триггерного делителя 10 частоты с коэффициентом передачи, рл.вным Я/СО , на выходе которого получаем инвертирукяций сигнал

U((jsign sin(u3t +(fi) §- sin(Slt +Cf,,-g-) /

управляющий работой коммутатора 2 и синхронного в{Л1рямителя 7. Как видно из (6), начальная фаза этого напряжения

-s-Следовательно, в устройстве начальная фаза управляющего сигнала равна той, при которой в соответствии с предлагаемым способом исключается аддитивная погрешность от комбинационной составляющей.