Измеритель сдвига фаз Советский патент 1987 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к технике электроизмерений, а именно к измерению сдвига фаз между синусоидальными сигналами.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На фиг. 1 приведена структурная схема измерителя; на фиг. 2 - временные диаграммы, пояснягов1ие его работу,

Измеритель сдвига фаз содержит стробоскопические преобразователи 1 и 1.1 и последовательно соединенные с ними аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 2 и 2,1, первые и вторые регистры 3 и 3.1, 4 и 4.1 памяти, первые сумматоры 5 и 5.1, третьи и четвертые регистры памяти 6 и 6.1,

деления, вто7 и 7.1, блоки 8 и 8.1 рые сумматоры 9 и 9.1, первые регистры 10 и 10.1, вычислительные блоки . 11 и 11.1. Измеритель содержит также генератор 12 тактовых импульсов, по- стоянньй запоминающий блок (ПЗК) 13, обрхий сумматор 14, сумматор-накопитель 15, общий блок 16 деления,. счет- тактов. Тактовые входы всех уз соединены с выходами

чик I 7

лов измерителя генератора 12,

При этом выходы регистров 3 и 3.1 дополнительно соединены с вторыми входами сумматоров 5 и 5.1 соответственно, выходы регистров 6 и 6.1 также дополнительно соединены с вторыми входами блоков В и 8.1 деления, постоянный запоминающий блок 13 первым выходом соединен с вторыми входами сумматоров 9 и 9.1, а вторым выходом 7 с вторыми входами вычислительных блоков 11 и 11.1, выходы которых соответственно соединены с входами общего сумматора 14, соединенного выходом через сумматор-накопитель 15 с общим блоком 16 деления, выход которого является выходом устройства, а первый тактовый выход генератора 12 через счетчик 17 соединен с вторым выходом общего блока 16 деления.

Измеритель сдвига фаз работает следующим образом.

При включении измерителя производится запись в счетчик 17 числа 5. При поступлении на входы измерителя синусоидальных напряжений стробоско- .пические преобразователи 1 и 1.1 производят дискретизацию мгновенных значений амплитуд сигналов и запоминание этих мгновенных значений.

Импульсы дискретизации поступают на стробопреобразователи 1 и 1.1 с генератора 12, а потому напряжения на выходах стробопреобразователей 1 и 1.1 имеют ступенчато-синусоидальный вид. АЦП 2 и 2.1 преобразуют напряжение ступенек в цифровой код, т.е. на выходах АЦП 2 и 2.1 присутствуют цифровые эквиваленты мгновенных значений у; и у( , где ,2,3,.., и является и номером такта, и номером мгновенных значений входных сигналов.

Синхронизация работы измерителя осуществляется тактовыми импульсами, снимаемыми с прямого и инверсного выходов генератора 12. В первом такте работы измерителя () цифровые эквиваленты мгновенных значений входных сигналов у. и у записываются в

5

0

5

5

0

регистры 3 и 3.1. Во втором такте () коды значений у и у переписываются из регистров 3 и 3.1 в регистры 4 и 4.1, цифровые эквиваленты у. и у записьгоаются в регистры 3 и 3.1, сут аторы 5 и 5,1 формируют разностные сигналы у -у и yj -y j.. В такте () коды значений у.

третьем и у пе2 - 2

реписываются в регистры 4 и 4.1, сигналы у.-у2 и у, -у записьшаются в

1 -I 6.1.

- 1

регистры 6 и

Затем цифровые эквиваленты у, и у записьгоаются в регистры 3 и 3.1, сумматоры 5 и 5.1 формируют разности

у;-:

3

ные сигналы , У,-Уг и yJ-у переписываются из 6 и 6.1

0 ..

сигналы

JJTrtft J f L -J.- -iiriV-L iiJtApy I n r P6

гистров 6 и 6.1 в регистры 7 и 7.1.

В четвертом такте () коды значений у и у, переписываются из ре- гистров 3 и 3.1 в регистры 4 и 4.1, сигналы У2.Уз и записываются в регистры 6 и 6.1, а блоки 8 и 8.1 деления формируют сигналы . jj г..

ЛТ Г -V

Уг. УЭ Уг У Затем цифровые эквиваленты у. и

у| записываются в регистры 3 и З.Г, сумматоры 5 и 5,1 формируют разностные сигналы УЗ-у, и , сигналы У,-у и переписьтаются из ре 7. г

гистров 6

сумматоры

и 6.1

и 9.1 А,соз(-с)- ,

регистры 7 и 7.1, а вычисляют значения

; (-с).1.Э,

5

где

Q

360j;to

- г

yi-n

.() (2)

где tg - интервал дискретизации входных сигналов;

Т - период входных сигналов хранящихся в ПЗБ 13.

Значение cos(-c) поступает на вторые входы сумматоров 9 и 9.1.

В пятом такте () коды значений У4 и у переписываются из регистров 3 и 3.1 в регистры 4 и 4.1, сигналы ю -у и yj-y записываются в регистры 6 и 6.1, блоки 8 и 8.1 деления

, V,-yl ормируют сигналы -- - и -г- . в

У,-У4. УЗ -У

регистры 10 и 10.1 записываются зна- 15. чения А, и А , (формула (О), а специализированные вычислительные блоки 11 и 11.1 производят вычисление мгновенных значений фаз С, и Cf , исследуемого и опорного сигналов по форму- 20 ам

(3)

Cf, arctg -т-т---р , ° sinl-c) (

, Uarctg -j-fl-, .

Значение sin(-c) поступает на вторые входы блоков 11 и 11.1 с ПЗБ 13.

Затем цифровые эквиваленты у, и у записываются в регистры 3 и 3.1, сумматоры 5 и 5.1 формируют разностны сигналы и , разностные сигналы yj-y и переписываются из регистров 6 и 6.1 в регистры 7 и 7.1, сумматоры 9 и 9.1 вычисляют зна- чение

A,cos(-c)-J:i-I;-;i ; A cos{-c)-4l4

Г -ЛГ, 1.-1Г 1Г

З- Т„J..4

сумматор 14 вычисляет разность мгно-

,,...-

венных значений фазйср, ср,,

В пятом такте происходит также обнуление счетчика 17, в который предварительно было записано число - 5, и обнуление сумматора-накопите- ; ля-15.

В шестом такте работы измерителя .() коды значений у и у перепи- сьшаются из регистров 3 и 3.1 в регистры 4 и 4.1, разностные сигналы и ,- переписываются в регистры 6 и 6.1, блоки 8 и 8.1 делеVt.-V Va-yl

НИН Формируют сигналы --г---; УЦ-УГ в регистры lO и 10.1 записываются

значения А и А, блоки 11 и 11.1 вычисляют мгновенные значения фаз ср,, и (аналогично вычислению qjj и

tf Р , а в сумматор-накопитель 15 переносится разность Aq, . Затем в регистры 3 и 3.1 записываются цифровые эквиваленты у и у, сумматоры 5 и 5.1 формируют разностные сигналы у -у и , в регистры 7 и 7.1 переписываются сигналы сумматоры 9 и 9.1 вычисляют значения

А,сов(-с)- ; (-c)-IblJl,

о у 4 Sсумматор 14 вычисляет разность мгновенных значений фаз uq j cfj -cp|j, а блок 16 деления вычисляет среднее значение разности фаз

Atf;

п

Х4)

Значение п поступает на второй вход блока 16 деления со счетчика 17. Шестым тактовым импульсом с генератора 12 счетчик 17 устанавливается в состояние l, т.е. п.

Таким образом, в шестом такте на выходе блока 16 деления, т.е. на выходе измерителя, появляется результат измерения сдвига фаз между исследуемым и опорным cигнaлa ш

АЧ, Ч ср - .

в дальнейхчем, благодаря конвейерной обработке входных сигналов, осуществляемой в соответствии с алгоритмом, реализуемым в измерителе, обновление результата измерения происходит в каждом такте, т.е. в седьмом .utp;

такте btpjp -- -, в восьмом такте

h . &% uM i Ч ср 3 девятом л(р

и т.д.

Измерителем можно производить измерение сдвигов фаз как инфраниз- кочастотных, так и высокочастотных синусоидальных сигналов. В диапазоне инфранизких частот интервал дискретизаций to выбирается меньше периода Т входных сигналов и в таких пределах, чтобы обеспечить в течение .периода многократные выборки мгновен- нь:х значений входных сигналов (фиг.2а). Это позволяет практически полностью исключить время ожидания начала измерения и сократить за счет этого общее время измерения. При измерении сдвига- фаз высокочастотных сигналов выборки

мгновенных значений фаз могут производиться один раз в несколько периодов (фиг. 2б),

В отличие от измерителя-прототипа в предлагаемом измерителе на результат измерения сдвига фаз не влияет наличие постоянной составляющей U в исследуемом и/или опорном сигналах. Обеспечивается это тем, что выражения для вычисления в предлагаемом измерителе мгновенных значений Лаз исследуемого и опорного сигналов и tp .

зависят фаз лср

от не

J ij и„ . Следовательно, разност

зависит от постоянной

составляющей U в исследуемом и/или опорном сигналах.

Сравнительный анализ дисперсии погрешности предлагаемого измерителя и измерителя-прототипа показал, что в предлагаемом измерителе дисперсия погрешности обратно пропорциональна количеству замеров, а в измерителе- прототипе с ростом числа измерений дисперсия погрешности увеличивается.

Формула изобретения

Измеритель сдвига фаз, содержащий два идентичных канала, входы которых являются входами измерителя и в каждом из которых имеется последовательно соединенные стробоскопический преобразователь и аналого-цифровой преобразователь, генератор импудьсов, соединенный с каждым из стробоскопических преобразователей, вычислительный блок и сумматор-накопитель, о т- личающийся тем, что, с целью -повьшения точности, в него введены последовательно включенные в каж

5

0

5

0

5

0

дом канале первый и второй регистры памяти, первый сумматор, третий и четвертый регистры памяти, блок деле,- ния, второй сумматор, первьй регистр и вычислительный блок, .выходы каждого из вьгчислительньпс блоков соединены соответственно с входами введенного общего сумматора, выход которого через сумматор-накопитель соединен с входом введенного общего блока деления, выход которого является выходом устройства, счетчик и постоянный запоминающий блок, при этом выходы аналого-цифровых преобразователей каждого канала соединены с входами первых регистров памяти соответственно, выходы первого регистра памяти дополнительно соединены с вторыми входами первого сумматора соответственно, выход третьего регистра памяти соединен с вторыми входами дополнительно, блока деления, первый выход постоянного запоминающего блока соединен с вторым входом каждого второго сумматора, второй выход постоянного запоминающего блока соединен с вторым входом каждого вычислителя, прямой выход генератора импульсов соединен с тактовыми входами аналого-цифрового преобразователя, второго и третьего регистров памяти, блока деления, первого регистра и вычислительного блока каждого из каналов и сумматора- накопителя и через счетчик соединен с вторым входом общего блока деления, а инверсный выход генератора импульсов соединен с тактовыми входами первых регистров памяти, первых сумматоров, четвертых регистров памяти, вторых сумматоров, общего сумматора и блока деления.

tLZ.ZlL

Изобретение предназначено для повышения точности измерения.сдвига фаз между синусоидальными сигналами. Измеритель содержит два идентичных канала, каждый из которых включает стробоскопические преобразовал ели 1 и 1.1 и аналого-цифровые преобразова-. тели 2 и 2.1. Кроме того, устройство содержит генератор 12 тактовых импульсов, постоянный запоминаюЕ ий блок 13, общий сумматор 14, сумматор-накопитель 15, общий блок 16 деления и счетчик 17 тактов. В каждый канал измерителя введены регистры 3 и 3., 4 и 4.1, 6 и 6,1,, 7 и 7,1 памяти, сумматоры 5 и 5.1 и 9 и 9,1, блоки 8 и 8.1 деления, регистры 10 и 10,1 и вычислительные блоки 11 и 1 , 1 , Благодаря этому на результат измерения не влияет наличие постоянной состав- ляюр;ей Ujj в исследуемом и/или опорном сигналах, так как мгновенные значения фаз исследуемого и опорного сигналов cf: иср; не зависят от Ug . 2J J ил. фие.

f

cpuaZ S

Составитель В.Шубин Редактор Т.Парфенова Техред Л.Сердюкова Корректор О.Кравцова ..

Заказ 61517А8 Тираж 730Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полигргСфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4