Способ измерения угла сдвига фаз между двумя гармоническими сигналами и устройство для его осуществления Советский патент 1979 года по МПК G01R25/00 

им устройством, вход электронного jooHa совмещен с выходом генэратора эталонной частоты l.

Недостатком известного способа является наличие систематической погрешности измерения, вызванной нестабильностью измерения момента перехода на11ряже1шя iepea Нулевое значение и неидеальностью ключей.

Известен способ измерения угла сдвига фаз между двумя гармоническими сигналами, заключающийся в выделениймоментов перехода гармоническими сигналами максимального значения, преобра-. зовании по моментам перехода через данное значение сигналов угла сдвига фаз в интервал времени, заполнении интервала времени счетными импульсами и вычислении значения угла сдвига фаз, а также известно устройство для реализации этого способа, содержащее генератор эталонной частоты, электронный ключ, умножитель частоты, регистратор, кнопки Пуск, Сброс и связанные с электронным ключом два канала, каждый из которых включает в себя схему вьщеления элементов перехода гармонического сигнала через максимальное значение 2j .

Недостатком известного устройства является сравнительно невысокая точность из-за Влияния нелинейных искажений.

Цель изобретения - повышение точности измерения угла сдвига фаз между двумя гармоническими сигналами.

Указанная цель достигается тем, что в способе измерения угла сдвига фаз между двумя гармоническими сигналами, заключающемся в вьщеленйи моментов перехода гармоническими сигналами максимального значения, в преобразовании по моментам перехода через данное значение сигналов угла сдвига фаз в интервал времеют, в заполнении интервала времени счетными импульсами и вычислении значения угла сдвига фаз, сначала выделяют моменты перехода сигналов через четное число выбранных, симметрично расположенньгх относитель но нуля положительных и отрицательных фиксированных уровней напряжения, значения которых не превосход5гг амплитуды сигналов, для каждого уровня вьщ&пяют моменты перехода сигналов через максимальное значение, а после заполнения интервалов времени счеттлми импульсами по числу выбранных уровней

усредняют числа нмггульсов, пропорциональные углу сдвига фаз между гармоническими сигнала)у01 при кшкдом из упомянутых уровней напряжения.

Для реализации указанного способа устройство, содержащее генератор эталонной частоты, электронный ключ, умножитель частоты, регистратор, кнопки Пуск, Сброс и связанные с электронным ключом два канала , каждый из которых включает в себя схему выделения моментов перехода гармонического сигнала через максимальное значение, снабжено коммутатором, сумматором и цифровым делителем, а каждый канчл снабжен фиксатором уровней генератором ударного возбуждения и линейным усилителем, вход которого совмещен с входом устройства, при этом в каждом канале выход линейного усилителя подключен к одному из входов фиксатора уровней, выходы которого связаны с входами схем вьщеления моментов перехода сигналов через максимальное значение и входами генератора ударного возбуждения, а выход генератора ударного возбуждения соединен с однимиз входов схе-1ы выделения моментов перехода сигналов через максимальное 3Ha4eHHej выходы коммутатора связаны с вторыми входами обоих фиксаторов уровней, а электронный ключ подключен к регистратору через .сумматор и цифровой делитель.

На чертеже изображена функциональ ная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит коммутатор 1, ; сумматор 2, цифровой делитель 3, а каждый канал снабжен фиксатором .4 и 5 уровней, генератором 6 и 7 ударного возбуждения и линейным усилителем В или 9, схемы Ю и 11 вьаделення , моментов перехода сигналов через максимальное значение, электронный ключ 12, решстратор 13, кнопку Сброс 14, кнопку Пуск 15, генератор 16 эталонной частоты, умножитель 17.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Гармонические колебания поступают на оба Входа фазометра и с помощью линейных усилителей 8 и 9. усаживаются до выбранного фиксированного значения, одинакового для обоих каналов. При нажатии кнопки Сброс 14 все счетные узлы фазометра приводятся в рабочее состояние, при нажатии кнопки Пуск 15 приводятся в рабочее состояние схемы 10 и 11. Усиленные гармонические колебания приходят на вход фиксаторов 4и 5 уровней, которые задают П пос тоянных уровней напряжения ( по одинаковых попарно уровней в полоиснтельной и отрицательной областйх напр жения и генерируют короткие импульсы в моменты пересечегшя входным сигналом выбранного уровня напряжения U Коммутатор 1 осуществляет выбор одного из уровней U и по окойчании измерения при выбранном уровне U производит переключе1ше фиксаторов 4 и 5 на другой уровень напряжения, оди наковый для обоих фиксаторов, таким образом происходит перебор всех И зн чений уровней напряжения . Выходные импульсы фиксаторов 4 и 5поступают на входы схем 1О и 11 и на входы генераторов 6 и 7 ударного возбуждения, которые запускаются от первого импульса соответствующего фиксатора и прекращают генерацию по второму импульсу фиксатора. Оба генератора 6 и 7 генерируют последовательность импульсов высокой частоты синхронных относительно первого {запускакнцего) и fflyльca соответствующего фиксатора уровней. Синхронность импульсов заполнения относительно момента запуска существенно повышает точность деления вьщеленного временного интервала на два с помощью вычитания, так как отсутствуют случайные колеба шя импульса, соответствующего середине вьщеленного временного интервала (и максимуму входного сигнала) в интервале О - Т (Тц -пе- 1риод следования частоты} i свойствевЕпаге прототипу. На выходах схем 1О я 11. выделяются короткие импульсы, соответствуюидае моментам перехода входных напряжений через максимальное значение. Выходной импульс схемы 1О открывает электронный ключ 12 и импульсы генератора 16 эталонной частоты через умногкнтель 17 частоты пос тупают на сумматор 2. Выходным импульсом схемы 11 закрывается электронный ключ 12 и блокируется умножитель 17. После перебора коммутатором 1 всех И заданных уровней напряжения в сумматоре фиксируется число р , где -N,- - число импульсовумножителя 17, пропорпиональное сдвигу фаз на уровне напряжения 9 Ov С помощью делителя О вьпгис- ляется число иктульсов N Пропорциональное усредненному по числу уровней Ц сдвигу фаз, близкому к значению сдвига фаз между первыми гармониками входных сигналов. Регистратор 13 вычисляет усредненное значение сдвига фаз согласно формуле . g. 4, -К-п где NI - число импульсов, соответстхвующее мгновенному значению угла сдвига фаз на уровне {J| П - число уровней напряжения; f „ - частота входных сигналов, f . - частота генератора 16J К - коэффициент умножения (36, 360, 36ОО и тл.). Формула изобретения 1.Способ измерения угла сдвига фаз между двумя гармоническими сигналами, заключающийся в вьщеленин моментов перехода гармоническими сигналами максимального значешш, преобразовании по моментам перехода через данное значение сигналов угла сдвига фаз в Ш1тервал времени, заполнении интервала времени счетными импульсами и вычис- леигии значешш угла сдвига фаз, отличающийся тем, что, с целью повышеш-ет точности измерения, сначала выделяют моменты перехода сигналов через четное число выбранных, симметрично расположенных относительно нуля положительных и отрицательных ф 1ксированных уровней напряжения, значение которых не превосходит амплитуды сигналов, для каждого уровня вьщеляют моменты перехода сигналов через максимальное значение, а после заполиеш1Я интервалов времеш1 счетными икшульса- ми по числу выбранных уровней усред-няют числа импульсов, пропорционалыштй углу сдвига фаз между гармоштческньгн сигналакш при каждом из по у янутых уровней напряжения. 2.Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее Генератор эталонной частоты, электронный ключ, ухгаожитель частоты, рошстратор, кнопки Пуск, Сброс и связанные с электрон ш ключом дза канала, каждый иа которых включает в себя схему выделеНИИ моментов перехода гармонического сигнала через максимальное значение,

отличающееся тем, что, с целью повьпиешш точности амерения, оно снабжено коммутатором, сумматором и viuBi pOBbiM делителем, а каждый канал снабжен фиксатором уровней, генератором ударного возбуждения и линейным усилителем, вход которого совмещен с входом устройства, при этом в каждом канале выход линейного усилителя подкл чек к одному из входов фиксатора уровней, выходы которого связаны с входами схем выделения MoMeirroB перехода сигналов через максимальное значение

и входами генератора ударного возбуждения, а выход генератора ударного восц. бужде1шя соединен с ощшм из входов схемы вьщеления моментов перехода сиг налов через максимальное значение вы« ходы коммутатора связаны с вторыми входами обоих фиксаторов уровней, а электронный ключ подключен к регистратору через сумматор и цифровой делитель.

Источники информаоки, принятые во внимание при экспертизе

1.Орнатский П. П. Автоматические измерения и приборы, Киев, Высшая школа , 1971, с. 415-422.

2.Авторское свидетельство СССР N 311214, кл. Q 01 R 25/ОО, 197О.