Устройство для определения отклонения фазового сдвига периодического сигнала от номинального значения Советский патент 1987 года по МПК G01R25/00 

113

Изобретение относится к измерителной технике и автоматике и может быть использовано в системах измерения угловых и линейных перемещений, испол11зующих изменения фазы электрического сигнала от .измеряемого параметра.

Целью изобретения является повышение точности измерения отклонения фазовых сдвигов от номинального значения .

На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - временные диаграммы работы устройства; на фиг.З - функциональна схема цифрового варианта устройства.

Устройство содержит два формирователя 1 и 2 импульсов, инвертор 3, вход которого соединен с входом формирователя 1 импульсов, а выход - с входом формирователя 2 импульсов, дв одновибратора 4 и 5, входы которых соединены- с выходами формирователе

1 и 2 импульсов соответственно, выхо- 5 номинального значения за время от

ды - с входами элемента И 6, а инверс- начала до текущего момента измерения.

ные выходы - с входами элемента И 7,

Источником погрешности измерения сдвига фазы в предлагаемом устройстве является нестабильность длительности

и интегратор 8, суммирующий вход которого соединен с выходом элемента И 6, а вычитаюи;ий вход - с выходом элемента И 7,

Устройство работает следующим образом.

Сформированный измеряемый сигнал прямоугольной формы (фиг,2 а) подает ся на вход формирователя 1 и через инвертор 3 на вход формирователя 2. Формирователи 1 и 2 вырабатывают импульсы малой длительности при положительном и отрицательном фронтах, т.е. по началу каждого полупериода входного сигнала соответственно. Выходные импульсы формирователей 1 и 2 запускают одновибраторы 4 и 5, которые формируют импульсы фиксированной длительности (фиг.26 и в), равной Т(,/2.

Импу/гьсы фиксированной длительности с прямых выходов одновибраторов поступают на входы элемента И 6

На выходе элемента И 6 появляютс импульсы (фиг.2д), длительность которых соответствует временной разноти между полупериодом сигнала стандартной частоты Tj,/2 и полупериодом измеряемого сигнала в случа

Т,/2-Т„ /2.

Поско. гьку длительность разностного времен шго интервала между полу

периодами измеряемо1Т1 и стандартного сигналов прямо пропорциональна откло- фазы от номинального значения, отнесенного к стандартной частоте, импульсы на выходе элемента И 6 соответствуют условно положительным отклонениям фазы.

Элемент И 7 работает а 1;1логично элементу И 6 с той разницей, что на его входы подаются инверсные выходы одновибраторов 5 и 4, вследствие чего выходные импульсы элемента И 7 появляются в случае То/2 Т,/2 (фиг.2г) и соответствуют условно отрицательным отклонениям фазы. Импульсы поступающие на суммирующий вход интегратора 8, интегрируются с положительным знаком, а на вычитаю 11 1й вход - с отрицательным, в результате чего в интеграторе 8 к концу каждого входного импульса хранится результи- РУЮ1191Й сдвиг фазы входного сигнала, соответствующий отклонению фазы от

Источником погрешности измерения сдвига фазы в предлагаемом устройстве является нестабильность длительности

0

0

выходных сигналов одновибратора, а также дрейф нуля интегратора.

Повышение точности устройства для определения сдвига фазы достигается введением дополнительного синхронизирующего генератора, выход которого подключен к синхронизирующим входам формирователей, одновибраторов и элементов И, выпо.чненпых соответствующим образом, а также введением цифрового реверсивного счетчика.

Устр011ство (фиг.З) С1)держ1гг первый и 13торой формирователи I и 2 импуль- соп, инвертор 3, одновибраторы 4 и 5, элементы И 6 и 7 и интегратор 8. ( Формирователи 1 и 2 ,,i в виде блоков, содержащих триггеры 9 и 10 и элементы II 11 и 12 соответственно. Прямые ВЫХОД151 триггеров 9 и 10 соединены с первыми входами элементов И 11 и 12, находяиц1мися в том же блоке. Инверсный выход триггера 9 соединен с вторым входом элемента И 12 и Н-входом триггера 10, инверсный выход которого соединен с вторым входом элемента И 11. D-вход триггера 9 соединен с входной клеммой устройства. Выходы блоков 1 и 2 соединены с входами одновибраторов 4 и 5 соответственно, выполненHiiix в виде цифровых

0

5

счетчиков 13 и 14, прямые выходы которых соедиие}и 1 с V-входами запрещения счета этих же счетчиков и первым и вторым входами элемента И 6, а первый и второй входы второго элемента И 7 соединены с п вepcными выходами счетчиков 14 и 13 соответственно. Выходы элементов И 6 и 7 соединены с прямым и обратным входами реверсивного счетчика 8. Выход генератора 15 соединен с С-входами счетчиков 4 и 5 триггера 9, с дополнительными входам элементов И 6 и 7, а также через инвертор 3-е входом триггера 10.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 15 вырабатывает синхроимпульсы, частота которых во много раз превосходит номинальную частоту входного сигнала. Триггеры 9 и 10 способны в зависимости от сигналов на их информационных входах изменять свое состояние на положительном и отрицательном фронтах синхроимпульсов соответственно. Так как изменени состояния триггеров 9 и 10, вызванно появлением фронта измеряемого сигнала, происходит спустя интервал времени, равный длительности одного синхро импульса, на выходе элемента И 11 формирователя 1 появляется импульс длительностью, равной длительности синхроимпульса, расположение которог во временной последовательности синхроимпульсов соответствует первому синхроимпульсу после положительного фронта измеряемого сигнала, а на выходе элемента И 12 формирователя 2 появляется импульс, соответствую ций первому синхроимпульсу после отрицательного фронта измеряемого сигнала. Таким образом, на в)1ходах формирователей 1 и 2 фop rиpyютcя импульсы соответствующие началу полупериодов измеряемого сигнала, синхронизированные с непрерывной последовательностью синхро 1мпульсов, вырабатываемых генератором 15.

Выходные импульсы формирователей 1 и 2 поступают на S-БХОД разрешения счета считчиков 4 и 5 соответственно емкость каждого из которых равна фиксированному числу N и соответствует стандартному значению полученного сигнала TO/2. Выходные сигналы счетчиков 4 и 5 поступают на соответствующие входы элементов И 6 и 7, в результате чего синхроимпульсы, пос

тупающие на один из входов элемента И 6, проходят на суммирующий вход реверсивного счетчика 8 при положительных отклонениях фазы (Tj,/2 Т.,/2). Синхроимпульсы с в,1хода элемента И 7 проходят на вьсчитающий вход реверсивного счетчика В при отрицательных отклонениях от номинального значения в случае Т;, /2,

При отсутствии временного рассогласования между полупериодами стандартного Тд/2 (определяемого N) и измеряемого T,,/2 сигналов, что происходит при отсутствии отклонения фазы измеряемого сигнала от номинального значения, на входы реверсивного счетчика 8 синхроимпульсы не поступают и он не изменяет своего значения

При использовании устройства достигается повышение точности определения отклонения фазового сдвига от номинального значения за счет формирования результирующей разности дли- тельности стандартного и измеряемого сигналов в каждом полупериоде измеряемого сигнала и обработки результатов с учетом знака отклонения.

Формула изобретения

1. Устройство для определения отклонения фазового сдвига периодического сигнала от номинального значения, содержащее два элемента И, одно- вибратор, прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно с первыми входами элементов И, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены интегратор, инвертор, два формирователя импульсов и второй одновибратор, прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно с вторыми входами элементов И, выходы которых соединены с входами интегратора, при этом входная клемма устройства через первый формирователь соединена с входом первого одновибратора, а через инвертор и второй формирователь- с входом второго одновибратора.

2. Устройство по П.1, отличащееся тем, что, с целью повьше- ния точности, в него введен генератор, каждый из формирователей импульов содержит D-триггер и элемент И, дновкбраторы выполнены в виде счетиков на фиксированное число импульов, интегратор - в виде реверсивно

го счетчика, а элементы И снабжены дополнительными входами, причем прямые выходы D-триггеров соединены с первыми входами соответствующих элементов И, выходы которых являются выходами формирователей импульсов, входная клемма устройства соединена с входом первого формирователя импульсов, которым является D-вход D-триггера первого формирователя импульсов, инверсный выход этого триггера соединен с D-входом D-триггера второго формирователя импульсов и вторым входом элемента И второго фор мирователя импульсов, инверсный выход D-триггера второго формирователя импульсов соединен с вторым входом элемента И первого формирователя импульсов, С-вход D-триггера первого формирователя импульсов через инвер78П7

тор соединен с П-три1ТРра второго формиринателя импульсов, а вход инвертора соединен с выходом генератора, с которым также соединены дополнительные входы элементов И и С-входы счетчиков на фиксированное число импульсов, V-входы которых соединены со своим прямым выходом и 10 первым и вторым входами первого элемента И, первый и второй входы второго элемента И соединены соответственно с инверсными выходами счетчиков на фиксированное число импульсов,

15 а S-входы последних - с выходами элементов И соответственно первого и второго формирователей импульсов, при этом выходы первого и второго элементов И соединены соответ- 20 ственно с входами реверсивного счетчика .

Изобретение может быт, использовано в системах измерения угловых и линейных перемещений. Пель изобретения - повышение точности измерения отклонения фазовых сдвигов. Устройство содержит одновибратор 4 и элементы И 6 и 7. Введение формирователей 1 и 2 импульсов, инвертора 3, одновиб- ратора 5 и интегратора 8 позволяет формировать результирующую рлзность длительности стандартного и измеряемого сигналов в каждом полупериоде измеряемого сигнала и обрабатывать результат с учетом этапа отклонения. В описании приседе и цифровой вариант устройства . 1 з.п. ф-лы, 3 ил. i) (Л В)(од Bbiwd СО г эо Ф«г.7

Редактор АЛежнина

Составитель М.Катанова

Техред И.Попович Корректор М.Демчик

Заказ 4126/43 Тираж 730Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Пр; изнодственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,