Способ определения разности фаз двух синусоидальных сигналов Советский патент 1989 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим измерениям, и .предназначено для определения разности фаз двух низкочастотных синусоидальных сигналов.

Цель изобретения - повьмиение точности и быстродействия определения разности фаз.

На фиг.1 предста1злены временные диаграммы сигналов, используемых в способе огфоделения сдвига фаз; на

фиг.2 - структурная схема устройства, реализ то дего способ.

Для определения разности фаз два исходных синусоидальных сигнала отфильтровывают от постоянной составляющей, сдвигают по фазе на угол /2 в сторону опережения без изменения амплитуды, измеряют одновременно мгновенные значения исходных и сдвинутых сигналов, а разность фаз вычисляют по измеренным для данного момента времени мгновенным значениям по формуле

sip,n U (arccos -г.-.,) sipn U

i

-,) sipn U

(arccns

4

Uj2

кг

p.

+ u:

2Z

(1)

Изобретение относится к электрическим измерениям и предназначено для определения разности фаз двух низкочастотных синусоидальных сигналов. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия определения разности фаз. Для определения разности фаз отфильтровывают от постоянной составляющей и сдвигают исходные синусоидальные сигналы на угол φ/2 в сторону опережения без изменения амплитуды, измеряют одновременно мгновенные значения исходных и сдвинутых сигналов, а разность фаз вычисляют по измеренным для данного момента времени мгновенным значениям по приведенной в описании формуле. Изобретение может быть использовано для построения быстродействующих измерительных органов разности фаз устройств противоаварийной и других видов автоматики энергосистем и осуществлено с помощью известных цифровых элементов, выполненных на базе микропроцессорной техники. 2 ил.

где U , U, - мгновенные значения

соответственно первого и сдвинутого по отношению к нему на угол Т/2 сигналов, измерен ные в один момент времени;Ц, гг мгновенные значения

соответственно второго и сдвинутого по отношению к наму на угол Т/2 сигналов, измеренные одновременно со значениями 11,, ,11, . Выражение (1) представляет собой разность текущих значений фазы первого сигнала Cf, и фазы второго сигнала , соответствующих одному моменту времени

S Cf, - е,, (2) Есля в момент измерения t, (фиг.1) текущее значение ц, фазы первого сигнала и значения Lf второго, то их связь с соответствующими этому моменту времени мгновенными значениями Ц „ и U, исходных сигналов и значения Ц,2 , 2-г сдвинутых на угол

сигналов выражается уравнения

(3)

и„ и,, sinq),; U,j и„, cos Lf, ; U, mi sinq,,;

U2z ю2 Posg- ;

где ,и„2 - соответственно амплитуды первого и второго сигналов.

Выражения (2) и (3) образуют систему из пяти уравнений, в которых неизвестными являются 8 ,ср, ,Cfj, U, ,

гРазрешив уравнения (3) методом подстановки, получают формулы для вычисления текущих значений фаз первого и второго сигналов

Ш2 .

arccos

Щ

aicros

U22

(А)

4

u. - и.

Текущие значения фаз синусоидальных сигналов в диапазоне от О до i могут быть представлены положительными значениями углов, а в диапазоне от и до 2 Tf - отрицательными значениями углов. При таком представлении знак текущего значения фазы совпадает со знаком мгновенного значения синусоидального сигнала для соответствующего момента времени, С учетом этого формулы для вычисления текущих значений фаз с|, и ср будут иметь вид

Ц), sign U (arccos

U,i

К

-н ll,

(5)

С|),, sign U,(arccos , .

л u, i4,

Отсюда получается формула (1) разности значений Ц, и ц .

Способ существенно уменьшает задержку в определении разности фаз, обеспечивая тем самым повыпение быстродействия, а также устранение погрешностей при изменении частот и амплитуд синусоидальных сигналов в установивщемся режиме.

На фиг.2 в качестве примера приведена упрощенная структурная схема устройства, реализующего способа.

Устройство содержит фильтрующие постоянные составляющие преобразователь 1 уровня напряжения, на вход которого подается первое синусридальное напряжение Ц , и преобразователь 2 уровня напряжения, на вход которого подается синусоидальное напряжение Uj, , фазосдвигающий блок 3, вход которого подключен к выходу преобразователя 1, и фазосдвигающий.блок 4, вход которого подключен к выходу преобразователя 2, аналоговый запоминающий блок 5, входы которого присоединены соответственно к выходам упомянутых преобразователей 1 и 2 и к выходам фазосдвигающих блоков 3 и 4, цифровой решающий блок 6, связанный по информационным и управляющим шинам с соответствующ|-1ми шинами аналогового запоминающего блока 5.

Устройство работает следующим образом.

Синусоидальные напряжения Ц и U поступают соответственно на входы преобразователей 1 и 2, которые отфильтровывают от постоянных составляющих контролируемые сигналы Ц, .Ц. Выходное напряжение U,, преобразователя 1 подается на вход фазосдвигающё- го блока 3, на выходе которого получается напряжение такой же амплитуды Ц, но сдвинутое по фазе на л /2 в сторону опережения относительно входного напряжения,а выходное напряжение jj U- преобразователя 2 поступает на вход фазосдвигающего блока 4, на выходе которого получается напряжение такой же амп-питуды Ц о сдвинутое по

решающего блока. Определение разнос ти фаз производится цифровым решающ блоком 6 в соответствии с выражени ем (I) по мгновенным значениям Ц.. ,

Ц

«1

U,

7,

Ц

72

10

фазе на 7/2 в сторону опережения относительно входного напряжения.Выходные напряжения Ц,, и U, преоб20

Использование изобретения позволяет повысить точность и быстродействие определения разности фаз двух синусоидальных сигналов, создавать быстродействующие цифровые измерите ли разности фаз для устройств автоматики, у которых точность измерени не зависит от изменения частоты и амплитуды синусоидальных сигналов.

Формула изобретени

Способ определения разности фаз двух синусоидальных сигналов, при к тором измеряют мгновенные значения этих сигналов, отличающий с я тем, что, с целью повышения точ

разователей 1 и 2, напряжения U,

и Ujj фазосдвигающих блоков 3 и 4

подаются на соответствующие входы ана-25 ости и быстродействия определения

логового запоминающего блока 5. По разности фаз, синусоидальные сигнакоманде, поступающей от цифрового решающего блока 6, аналоговый запоминающий блок 5 одновременно фиксирует и запоминйет мгновенные значения напряжений Ц,; , Ц(2 и 22- После этого производится поочередное их считьтание, преобразование и ввод в запоминающее устройство цифрового

s

sign Ц„ (arccos г-.- ,) - sign U, (arccos т--«mt., )

TI 2 . .2 . ,т2

к

+ ц:

-ь II

г

U,, ,Ц, - мгновенные значения

соответственно первого и сдвинутого по отношению к нему на угол сигналов, измеренные в один момент времени

решающего блока. Определение разности фаз производится цифровым решающим блоком 6 в соответствии с выражени ем (I) по мгновенным значениям Ц.. ,

U,

7,

Ц

72

Использование изобретения позволяет повысить точность и быстродействие определения разности фаз двух синусоидальных сигналов, создавать быстродействующие цифровые измерители разности фаз для устройств автоматики, у которых точность измерения не зависит от изменения частоты и амплитуды синусоидальных сигналов.

Формула изобретения

Способ определения разности фаз двух синусоидальных сигналов, при котором измеряют мгновенные значения этих сигналов, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точ

лы отфильтровывают от постоянной составляющей, сдвигают каждый из сигналов по фазе на угол в сторону опережения без изменения амплитуды, измерение мгновенных значенкй ИСХОДН1-ГХ и сдвинутых сигналов производят одновременно, а разность фаз определяют по формуле

- ,) - sign U, (arccos т--«mt.,

.2 . ,т2

ц:

-ь II

г

11 , мгновенные значения соответственно второго и сдвинутого по отношению к нему на угол Т/2 сигналов, измеренные одновременно со значениями U,

II

(2

Фиг.1

iJi

иг

iz

U21

г