Устройство для измерения угла сдвига фаз в диапазоне инфранизких частот Советский патент 1980 года по МПК G01R25/00 

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при измерениях угла сдвига фаз на инфранизких частотах в многоканальных системах сбора и кодирования информации от магнитных преобразователей, которые возбуждаются от общего генератора синусоидального напряжения.

Известны устройства для измереиия угла сдвига фаз в диапазоне инфранизких частот, содержащие два формирующих блока, выходы которых через триггер и фильтр подключены к цифровому вольтметру .

Недостаток такого устройства заключается в значительной погрещности измерения.

Известно устройство измерения угла сдвига фаз, содержащее два параллельных канала, выполненных из включенных последовательно входных устройств и формирователей прямоугольных импульсов, нагруженных на управляемый триггер, причем выход одного из формирователей прямоугольных импульсов связан с блоком автоматического управления и через электронный ключ с интегратором полупериода, элемент совпадения, генератор импульсов, счетчик 2.

Однако известное устройство имеет значительную погрещность измерения, обусловленную дополнительным преобразоваием напряжения в частоту.

Цель изобретения - обеспечение независимости измерения угла сдвига фаз от частоты исследуемых сигналов при одновременном повышении точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для .измерения угла сдвига фаз в диапазоне инфранизких частот, содержащее два параллельных канала, выполненных из включенных последовательно входных устройств и формирователей прямоугольных импульсов, нагруженных на управляемый триггер, причем выход одного из формирователей прямоугольных пмпульсов связан с блоком автоматического управления и через электронный ключ с интегратором полупериода, элемент совпадения, генератор импульсов, счетчнк, снабжено второй, цепью интегрирования, составленной нз последовательно включенных электронного ключа, один из входов которого соединен с выходом управляемого триггера, а другой- с входом уиомянутого электронного ключа и через нормально разомкнутые контакты коммутирующего реле с эталонным источником постоянного тока, и интегратора фазового сдвига, связанного через разомкнутые контакты коммутирующего реле с входом интегратора прямого и обратного интегрирования, одновременно его вход через нормально разомкнутые контакты другого

коммутирующего реле и масштабный усилитель подключен к упомянутому интегратору полупериода. Кроме того, выход интегратора прямого и обратного интегрирования через нуль-орган, блок автоматического управления подключен к одному из входов элемента совпадения, второй вход которого соединен с генератором импульсов высокой частоты, а выход - со счетпым входом счетчика импульсов. Счетчик двумя обратными связями соединен с блоком автоматического управления, который отдельными связями связан с тремя коммутирующими реле и одной связью с тремя разрядными реле, нормально разомкнутые контакты которых щуитнруют интеграторы.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства для измерения угла сдвига фаз в диапазоне инфранизких частот; на фиг. 2, а-к показаны эпюры напряжений, поясняющие его работу.

Устройство содержит два параллельных канала 1, выполненных из включенных последовательно входных устройств 2 и формирователей 3 прямоугольных импульсов, нагруженных на управляемый триггер 4. Выход одного из формирователей 3 прямоугольных импульсов связан с блоком 5 автоматического управления и через электронный ключ 6 с интегратором 7 полупериода. Устройство содержит также элемент 8 совпадения, генератор 9 импульсов и счетчик 10. Кроме того, оно снабжено второй цепью И интегрирования, составленной из последовательно включенных электронного ключа 12, один из входов которого соединен с выходом управляемого триггера 4, а другой - с входом электронного ключа 6 и через нормально разомкнутые контакты коммутирующего реле 13 с эталонным источником 14 постоянного тока, и интегратора 15 фазового сдвига, связанного через нормально разомкнутые контакты коммутирующего реле 16 с входом интегратора 17 прямого и обратного интегрирования, причем вход его через нормально разомкнутые контакты другого коммутирующего реле 18 и масштабный усилитель 19 подключен к интегратору 7 полупериода. Выход интегратора 17 прямого и обратпого интегрирования через нуль-орган 20, блок 5 автоматического управления подсоедииен к одному из входов элемента 8 совпадения, второй вход которого подключен к генератору 9 импульсов. Выход элемента 8 совпадения связан со счетным входом счетчика 10 импульсов, который двумя обратными связями 21 и 22 подключен к блоку автоматического управления, который связями 23-26 связан с коммутирующими реле 13, 16, 18 и разрядными 27, 28 и 29, нормально разомкнутые контакты которых шунтируют интеграторы 7, 15 и 17.

Устройство для измерения угла сдвига

фаз в диапазоне инфранизких частот работает следующим образом.

По команде с блока 5 автоматического управления замыкаются нормально разомкнутые контакты коммутирующего реле 13, подключая к электронным ключам 6 и 12 эталонный источник 14 постоянного тока. Одновременно из синусоидальных входных сигналов f/i и t/2 в каналах 1 формируются прямоугольные импульсы (фиг. 2,а), равные по длительности полупериоду входных сигналов. Далее из этих импульсов выделяют с помощью управляемого триггера 4 прямоугольный импульс, равный по длительности фазовому сдвигу. Затем импульсы, равные по длительности фазовому сдвигу и полупериоду, поступают на управляемые входы электронных ключей 12 и 6 соответственно. Последние в течение времени действия этих импульсов пропускают от источника 14 ток на входы интеграторов 15 и 7 постоянные напряжения 1/э (фиг. 26,в). В результате интегрирования на выходе интеграторов 7 и 15 получают напряжения (фиг. 2, г н е) соответственно

г Г/2

UT, Г

RC .) RC 1

о

A:,.r,.180

(1)

г, Г/2/г

- Г udt-- J iJ.dt .-

JV- TI2 ,., о

(2)

- AI- AS ,

где RC - постоянная времени интегрирования; ;

Г/2 - полупериод входных сигналов; KiKK.z - коэффициенты постоянные;

п - числа натурального ряда 1, 2, 3...

180.

Далее блок автоматического управления дает команду на подключение выхода интегратора 15 к входу интегратора прямого и обратного интегрирования, сброс счетчика 10 в «О и подготовку его к счету. Задачей счетчика в первом такте интегрирования является создание интервала путем заполнения счетчика 10 импульсами высокой частоты до его переполнения (фиг. 2, к, мелкие штрихи). В результате первого такта интегрирования получают (фиг. 2,и). ...

f. j4(.-y

/2

.(3)

в момент времени з появляется сигнал с выхода счетчика 10 о его переполнении. Этот сигнал воздействует на блок автоматического управления, который выдает команду на отключение интегратора 15, сброс в «О счетчика и подключение к входу интегратора 17 через масштабный усилитель 19 и интегратора 7 полупериода. В результате второго такта интегрирования /вых под действием напряжения , имеющего полярность (фиг. 2,д), противоположную напряжению линейно, изменяется в сторону нуля. Напряжение на выходе интегратора 17 при этом будет I Г t/вых - f/вых - - j Ur/idt - - Ь. (4) (4 - s) вых - где (4 ) Ь. В момент времени 4 (напряжение ) срабатывает нуль-орган 20 и импульс с его выхода является сигналом об окончании второго такта интегрирования, по которому блок 5 выдает сигнал на размыкание контактов коммутирующего реле 16 и замыкание контактов разрядных реле 27, 28, 29 сбрасывающих в нуль напряжения, накопленные ранее на интеграторах. Конец второго такта интегрирования характеризуется тем, что --Ur,.. откуда Подставив в выражение (5) значение и и f/T/2, взятые из выражений (1) и (2), получим Ь -а /С, 180°180° ср - -180°. а Если допустить, что а 180, то выражение (2) принимает вид .i. Из выражения (9) видно, что предлагаемое устройство обеспечивает независимость измерений от.частоты входных сигналов и полностью исключает какие-либо операции 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 при плавном переходе с одной частоты на другую. Формула изобретения Устройство для измерения угла сдвига фаз в диапазоне инфранизких частот, содержащее два параллельных канала, выполненных из включенных последовательно входных устройств и формирователей прямоугольных импульсов, нагруженных на управляемый триггер, причем выход одного из формирователей прямоугольных импульсов связан с блоком автоматического управления и через электронный ключ с интегратором полупериода, элемент совпадения, генератор импульсов, счетчик, отличающееся тем, что, с целью обеспечения независимости измерения угла сдвига фаз от частоты исследуемых сигналов при одновременном повыщении точности измерения, оно снабжено второй цепью интегрирования, составленной из последовательно включенных электронного ключа, один из входов которого соединен с выходом управляемого триггера, а другой - с входом упомянутого электронного ключа и через нормально разомкнутые контакты коммутирующего реле с эталонным источником постоянного тока, и интегратора фазового сдвига, связанного через разомкнутые контакты коммутирующего реле с входом интегратора прямого и обратного интегрирования, одновременно его вход через нормально разомкнутые контакты другого коммутирующего реле и масштабный усилитель подключен к упомянутому интегратору полупериода, кроме того, выход интегратора прямого и обратного интегрирования через нуль-орган, блок автоматического управления подключен к одному из входов элемента совпадения, второй вход которого соединен с генератором импульсов высокой частоты, а выход - со счетным входом счетчика импульсов, кроме того, счетчик двумя обратными связями связан с блоком автоматического управления, который отдельными связями связан с тремя коммутирующими реле и одной связью с тремя разрядными реле, нормально разомкнутые контакты которых шунтируют интеграторы. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Вишенчук И. М. и др. Электромеханические и электронные фазометры. Л., Госэнергоиздат, 1962, с. 177-188. 2.Смирнов П. Т. Цифровые фазометры. Л., «Энергия, 1974, с. 15-17.