Способ определения разности фаз между гармоническими сигналами инфранизкой частоты Советский патент 1987 года по МПК G01R25/00 

11

Изобретение относится к фазомет- рии инфранизкочастотных сигналов и предназначено для измерения запаздывания одного гармонического сигнала относительно другого в элементах электронной техники, а также для исследований диэлектрических, механических, теплофизических и других свойств материалов на инфранизких частотах.

Целью изобретения является повышение достоверности измерения за сче однозначного определения разностей фаз в интервале от О до 2J ,

На чертеже приведена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ,

Устройство состоит из усилителей- ограничителей 1 и 2, активных фильтров 3 и 4 низкой частоты, компараторов 5 и 6, источников 7 и 8 стабилизированных напряжений постоянного тока, двухлучевого осциллографа 9 и трех частотомеров 10 -г 12 и с блоками измерения интервалов времени.

При этом первый сигнал U(t) с выхода усилителя-ограничителя 1 через фильтр 3 поступает на первый вход компаратора 5, выход которого соединен с первыми входами трех частотомеров 10 - 12, Второй гармонический сигнал U,j(t) через усилитель-ограничитель 2, фильтр 4 соединен с первым входом компаратора 6, выход которого соединен со вторыми входами тех же частотомеров. Выход первого источника 7 стабилизированного опорного напряжения соединен со вторым входом первого компаратора 5 и входом переключателя 13, выходы которого соединены со входами осциллографа 9, выход второго источника 8 стабилизированного опорного напряжения соединен со вторым входом второго компаратора 6, и вторым входом переключателя 13, третий и четвертые входы которого соединены с выходами фильтров 3 и 4,

Первый сигнал запуска соединен с первым частотомером 0, а второй сигнал запуска подается на второй и третий частотомеры 11 и 12 одновременно ,

Устройство работает следующим образом.

Исследуемые сигналы U (t) и U.j(t подаются на входы усилителей-ограничителей 1 и 2, которые повышают крутизну гармонических сигналов и тем

493 2

самым способствуют более четкому срабатыванию компараторов, С выходов усилителей-ограничителеи напряжения через активные фильтры 3 и 4 низкой с частоты поступают компараторы 5 и 6, на которые подаются также напряжения с выходов источников 7 и 8, Активные фильтры предназначены для уменьшения влияния высокочастотной помехи на работу компараторов. Компараторы 5 и 6 вырабатывают прямоугольные напряжения, фронты и спады которых совпадают по времени с моментами переходов исследуемых сигна- J5 лов Ц (t) и V(t) соответственно через у1)овни сравнения V, и Vj (V), подаваемые с источников 7 и 8. Для визуального контроля за величиной разностей между уровнями сравнения 20 и средними уровнями гармонических сигналов служит двухлучевой осциллограф 9, Сначала на его входы подаются напряжения с выходов активного фильтра.3 и источника 7, Если при 25 этом обнаруживается, что условие

(V.,-C)A не соблюдается, т,е, гармонический сигнал не переходит через уровень сравнения, то тогда напряжение на выходе источника 7 изменя- 30 ют таким образом, чтобы указанное вьппе условие выполнилось, Затем к входам осциллографа подключают выходы фильтра 4 и источника 8 и тоже добиваются изменения выходного напря- J5 жения источника 8, чтобы гармонический сигнал переходил через уровень ср авнения,

Прямоугольные напряжения с компараторов поступают на входы блоков 40 измерения интервалов времени часто- томеров 10 - 12, Частотомеры 10 и 12 измеряют временные интервалы между положительными перепадами (фронтами), а частотомер 11 - между отрицатель- 45 ными перепадами (спадами) прямоуголь- ных напряжений. Сначала импульс Запуск подается только на частотомер 10, В рЕ зультате чего данный частотомер приводится в состояние готов- 50 нести к измерению, в то время как два других частотомера пока не могут реагировать на входные сигналы. Только после того-, как частотомер 10 начинает измерять длительность ь пер- вого из измеряемых временных интер- ВсШов, импульс Запуск подается на частотомеры 11 и 12, приводя их в рабочее, подготовленное к измерениям, состояние. При этом частотомер 11

3 13

начинает считать раньше, чем частотомер 12, т.е. измеряет длительность

и- второго из измеряемых временных интервалов. Таким образом, очередность начала временных интервалов известна. Очередность окончания временных интервалов тоже может быть легко определена по моментам окончания счета частотомеров. После того, как будут измерены длительности f,

fj, и временных интервалов и определены очередности их окончания, т.е. после того, как все три частотомера закончат счет, можно повторить измерения.

Расчет разности фаз производится следующим образом.

Если временные интервалы t , tj и

ц закончились в той же последовательности, что и начались, то tf рассчитывают по формуле

4Т

Ч

2jr.

(1)

В тех случаях, когда временные интервалы закончились в иной последовательности, чем начались, разность фаз ч рассчитывают сначала по формуле

2Т 4Т

4

211.

(2)

Если при этом оказывается, что определенное по формуле (2) значение I/ больше 2 ir, то расчет производят заново, но уже по формуле 21Г2.+ Tj- 2Т

Ч

4Т

2«. (3)

Эффективность использования предлагаемого способа обусловлена тем, что он позволяет проводить измерения разности фаз, не дожидаясь установления стационарного процесса, т.е. при

Редактор Г. Волкова

Составитель Б. Шубин

Техред Л.Сердюкова Корректор Л. Патай

Заказ 1968/43Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужг ород, ул. Проектная, 4

34

переходных режимах, когда средние уровни гармонических сигналов еще изменяются, и тем самым значительно сократить время на проведение эксперимента.

Формула изобретения

Способ определения разности фаз

между гармоническими сигналами ннфра- низкой частоты, заключающийся в том, что выделяют временные интервалы, начинающиеся и заканчивающиеся в моменты переходов соответственно первого и второго исследуемых сигналов через заданные для них уровни сравнения, о тли чающийся тем, что, с целью повышения достоверности измерения за счет однозначного

определения разностей фаз в интервале от О до 2), раздельно определяют длительности каждого из трех временных интервалов, образованных от пересечения сигналом уровней сравнения и

начинающихся непосредственно друг за другом, регистрируют очередность их окончания и рассчитывают искомую разность фаз по полученным значениям длительностей из - еренных временных

интервалов по формуле

v

(Т,+ 2t 2 + 2Т

если временные

интервалы v, tj и tj закончились в той же последовательности, что и начались, и по формуле

(ti+ 2tz + 1: t 2Т)5Г ,

если временные интервалы закончились в иной последовательности, чем начались, где Т - период исследуемого сигнала.

Изобретение предназначено для измерения запаздывания одного гармонического сигнала относительно другого в элементах электронной техники. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей способа. Устройство, реализующее способ, содержит усилители-ограничители 1 и 2, fjCir активные фильтры 3 и 4 низкой частоты, компараторы 5 и 6, источники 7 и 8 стабилизированных напряжений постоянного тока, двухлучевой осциллограф 9 и частотомеры 10 - 12 с блоками измерения интервалов времени. Новизна способа состоит в том, что длительность каждого из трех временных интервалов определяют раздельно. При этом сигналы образованы от пересечения сигналов уровней сравнения и начинаются непосредственно друг за другом. Очередность их окончания регистрируют и рассчитывают искомую разность фаз по полученным значениям длительности временных интервалов. В описании приведены формулы расчета искомой разности фаз для случая, когда временные интервалы закончились в той же последовательности, что и начались, и когда последовательность иная. Способ позволяет однозначно определять разность фаз в интервале от О до 211. 1 ил. S сл ± м: 7 a,lt/ СО 1чЭ 4; г со I }-Ч 12