СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ И ЗНАКА СДВИГА ФАЗ Советский патент 1972 года по МПК G01R25/04 

Изобретение относится к области фазоизмерительной техники и может быть использовано при создании нрецизионных фазометров.

Известные способы измерения величины и зшака сдвига фаЗ двух ;гар1монических напр яжений, основанные на преобразовании сравниваемых по фазе напряжений в одно пакетное фазомодулированное напряжение с помощью автоматического коммутатора, обладают малым быстродействием и неоднозначностью измерений.

Для повышения быстродействия и устранения неоднозначности измерений предлагается способ, по которому из каждого напряжения, сдвиг фаз между которыми подлежит измерению, периодически и синхронно с частотрй опорного напряжения выделяют по одному периоду указанных колебаний, суммируют их в одну последовательность, из которой формируют последовательность прямоугольных импульсов, управляющих работой элемента с двумя устойчивыми состояниями, например, триггера. По степени несимметрии его устойчивых состояний судят о величине измеряемого сдвига фаз, а по совпадению временных приращений длительностей его устойчивых состояний с четными и нечетными полупериодами опорного напряжения судят о знаке измеряемого сдвига фаз.

канального фазометра, реализующего предлагаемый способ; на фнг. 2 - эпюры напряжений, поясняющие его работу. Схема фазометра с входными клеммами /

и 2 состоит из блока измерения величины сдвига фаз, содержащего автоматический переключатель 3, формирователь 4 прямоугольных импульсов, статический триггер 5 со счетным запуском и блок измерения неснммечрии ус гойчивых состояний триггера, например, стрелочный индикатор 6 блока управления 7, выполненного по схеме последовательно соединенных формирователя прямоугольных импульсов и триггерного делителя

частоты на два, управляющего работой автоматического переключателя и блока 8 индикации сдвига фаз, например, лампочки накаливания, построенного на базе схем совпадения и индикации.

Фазометр работает следующим образом. Сравниваемые по фазе напряжения lj ,sinco и ,b sin() или t/ji-n, Uт, sin() (фнг. 2а, б, в) тоступшот соответственно на первый и второй входы

автоматического переключателя 3. Последний

управляется импульсами блока управления,

раза больше длительности импульсов из опорного напряжения. Поэтому за время его воздействия на автоматический переключатель 3 через последний проходит одно нолное колебание Uo опорного напряжения (эпюра ж), а за время паузы между импульсами - полное колебание измеряемого напряжения /7х.

На выходе автоматического переключателя получают периодическую последовательность обоих нанряжений (эпюра ж), из которой формируют последовательность прямоугольных импульсов (эпюра и или к соответственно в случае отставания или опережения по фазе измеряемым напряжением опорного). После дифференцирования импульсов иолученной последовательности этими импульсами, соответствующими иередним фронтам импульсов с формирователя импульсов, управляют работой двоичного элемента, в качестве которого выбран статический триггер 5. Выходные имиульсы последнего поступают в схему выявления и измерения несимметрии устойчивых состояний триггера 6.

Существует несколько способов измерения асимметрии устойчивых состояний двоичного элемента, основанные на использовании аналоговой и дискретной техники. Так, иаиример, в случае аналоговой обработки импульсной последовательности (эпюры ), можно использовать стрелочный индикатор, включенный по дифференциальной схеме (между коллекторами обоих плеч статического триггера). При таком включении стрелочного индикатора его иоказания пропорциональны разности постоянных составляющих токов в различные промежутки времени, т. е. в моменты существования имнульсов (эпюра и) в паузах между ними.

При отсутствии фазового сдвига между измеряемым и опорным напряжениями напряжения левого и правого плеча статического триггера 5 равны друг другу, а результирующий ток через стрелочный прибор равен нулю.

В случае же наличия сдвига фаз между двумя колебаниями импульсная последовательность (эпюры и или к), а также входная последовательность нмнульсов с левого и правого плеч статического триггера (эпюры н и о или я и р) становятся несимметричными (длительности импульсов с левого плеча триггера оказываются большими паузами в работе этого же плеча).

Разница в длительпостях импульсов и пауз между ними или, что равносильно разнице в длительностях импульсов лев.ого и правого плеч триггера, вызывает появление и протекание через стрелочный прибор постоянного тока, величина которого пропорциональна этой разнице, т. е.

I

о т

а - длительность приращения импульса, выраженная в радианах, равная

Т, и Г2 - длительности импульсов левого и правого плеч триггера 5.

Так как величина этой разности однозначно определяется фазовым сдвигом между обоими гармоническими колебаниями, то величина постоянной составляющей также оказывается прямо пропорциональной величине фазового сдвига этих колебаний.

В случае дискретной обработки последовательности прямоуго-льных импульсов можно использовать счетчик импульсов, иодсчитывающий за время длительности импульса триггера число высокочастотных импульсов, приходящих к нему через открытый на это время селекторный ключ. Предлагаемый способ обладает повышеииым быстродействием, так как частота коммутации всего лишь в два раза меиьше частоты сигнала, а не на несколько порядков меньше, как в известных одноканальных снособах измерения величины сдвига фаз.

Кроме того, данный способ позволяет простыми средства.ми получцть .ин.формацию о знаке измеряемого сдвига фаз. Из эпюр г, д и п видно, что, подавая выходиые импульсы триггера в две схемы совпадения, на одну из

которых поступают опорные нечетные импульсы с блока управления 7, а на другую - четные импульсы этой же последовательности, на выходах последних в зависимости от отставания или опережения измеряемым напряжением опорного появляется напряжение, которое используется для иидикации знака измеряемого сдвига фаз.

Предмет изобретения

Способ измерения величины и знака сдвига фаз двух гармонических напряжений, основанный па формировании из пакетов измерительного и опорного напряжений разрывно-периодических имнульсов, отличающийся тем, что, с целью позышепия быстродействия и устраиения неоднозначности измерений, из каждого напряжения иериодически и синхронно с частотой опорного напряжения выделяют по одному периоду указанных колебамий, суммируют их в одну последовательность и формируют прямоугольные импульсы, которые используют для управления работой элемента с двумя устойчивыми состояниями, например, триггера, по степени несимметрии состояний которого определяют с помощью стрелочного индикатора величииу измеряемого сдвига фаз, а по совпадению временных приращений длительностей устойчивых состояний указанного двоичного элемента с четными и нечетными полупериодами опорного напряжения определяют с помощью индикатора, напрпмер, лампочки накаливания, знак измеряемого сдвига фаз.