Фазометр Советский патент 1981 года по МПК G01R25/00 

(54) ФАЗОМЕТР

Изобретение относится к электроизмерительной технике н может быть использовано для ; измерения утла сдвига фаз между двумя гар- мОническими сигналами.

Известен фазометр, содержащий первое и второе входные устройства, первую и вторую формирующие цепи, каскад совпадений, усредняющий блок и индикатор, причем выходы входных устройств через формирующие цепи тюдсоединены ко входам каскада совпадений, выход каскада совпадений соединен с входом усредняющего блока, к выходу которого подсоединен индикатор 1.

Недостатком этого фазометра является неоднозначность отсчета фазовых сдвигов в пределах - 180-0- + 80°.

Известен также фазометр, содержащий формирователи, линии задержки, блоки антисовпадения, усредняющие блоки, вычитающий блок, индикаторы модуля и знака разности фаз. Этот фазометр обеспечивает определение не только модуля, но и знака измеряемой разности фаз в пределах -180 -6- + 180° 12J.

Недостатками известного устройства являются погрещность опредепення знака разности фаз. при измерении фазовых сдвигов близких к значениям 0°, t 180°, возникш щая из-за неравенства времен зааержек линий задержки и неравенства коэффшв1ентов преобразования второго и 1фетьего усреднения, инерционность & определеюш знака разносга фаз при ее переходе 0° вследствие 1юли1шя блоков усреднеш я в ка№ше осфеделения зна10ка разности фаз, тигрешность, обусловленная асимметрией уровней ограничшия в форьвфо вателях, а также наличие даух индикаторе, все это усложняет работу оператора и снижает производательность труда15

Цель иэо етения - повышение точпостн определения знака рашости фаз при измерении разностей фаз близких к значшиям 0°, i 180° и вывод информации об измеряемом фазовом сдвиге при помощи одного инди20катора.

Эта цель достигается тем, что фазометр, содержащий два формирователя, два элемента задержки, блок усреднения, соединенный с индикатором, вводится два инвертора, шесть элементов совпадений, блок логического еложения, триггер, первый и второй управляемые ключи и блок опорного напряжения, блок же усреднения выполнен с дифференциальными входами, причем выходы первого и второго формирователей соединены со входами первого и второго инверторов соответственно, выход первого инвертора соединен с первым входом первого элемента совпадения и через первый элемент задержки - с первым входом третьего элемента совпадения, выход второго инвертора -с первым входом второго элемента совпадения и через второй элемент задержки - с первым входом четвертого элемента совпадения, вторые входы первого и второго элементов совпадения соединены с выходами второго и первого формирователей соответственно, а выходы - со вторы ми входами четвертого и третьего элементов совпадения соответственно и со входами блока логического сложения, выход которого соединен со вторыми входами пятого и шесто элементов совпадения, первые входы которых соответственно с единичным и нулевым выходами триггера, к S-входу которого подсоединен выход третьего элемента совпадения, а к R - входу - выход четвертого элемента совпадения, выход пятого элемента совпадения соединен с первым входом первого управ ляемого ключа, а выход шестого элемента совпадения - с первым входом второго управ ляемого ключа, ко вторым входам которого подсоединен блок опорного напряжения, выходы же первого и второго управляемых клю чей соединены с неинвертирующим и инвертирующим входами блока усреднения соответственно. На фиг. 1 изображена функциональная схема фазометра; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие его работу. Фазометр со держит формирователи 1 и 2, инверторы 3 и злементы 5 и 6 задержки, первые четыре элемента 7-10 совпадения, блок 11 логического сложения, триггер 12, пятый элемент 13 совпа дения, шестой элемент 14 совпадения, управля мые ключи 15 и 16, блок 17 усреднения с дифференциальными входами, индикатор 18 и блок 19 опорного напряжения. Устройство работает .следующим образом. Входные напряжения Ugx и UBX л сдвиг фаз между которыми измеряется, поступают соответственно на входы формирователей 1 и 2, Формирователи 1 и 2 кодируют полярность входных сигналов двоичным кодом, а инверtqpbi 3 и 4 образуют обратные коды (фиг. 2 в, г, д, е; фиг. 3, в, г, д, е). Прямой код сигнала и обратный код сигнала UBX поступают на входы элемента 8 совпадения. а обратный код сигнала Ugx-, и прямой код сигнала ирхплоступают на входы элемента 7 совпадения. На выходах элементов 7 и 8 совпадения формируются импульсы, длительность с которых пропорциональна модулю измеряемого сдвига фаз и однозначно связана с ним в пределах фазовых углов О + 180° (фиг. 2, ж, з; фиг. 3, ж, з) где Т - период входных сигналов UBX ; ЧгM2- сдвиг фаз между UBX и в Импульсные серии на выходах элементов 7 и 8 совпадения сдвинуты относительно друг на полпериода входных сигналов, так как на их одноименных входах присутствуют взаимообразные коды. Эти импульсные серии суммируются блоком 11 логического сложения (фиг. 2, и; фиг. 3 и). При этом постоянная составляющая результирующей импульсной серии Uji не будет зависеть от асимметрии уровней ограничения формирователей I и 2, приводящей к сдвигу нулевой линии. На входы элемента 9 совпадения поступают выходной сигнал элемента 8 совпадения и обратный код Сигнала Ugx. предварительно задержанный на время - с помощью элемента 5 задержки (фиг. 2, ж,к; фиг. 3, . ж, к,) на входы элемента 10 совпадения поступает выходной сигнал элемента 7 совпадения и обратный код сигнала Ugx .предвари«лхтельно задержанный на времяи. с помощью элемента 6 задержки (фиг. 2, з, л; фиг. 3, 3, л). В зависимости от знака разности фаз между UBX и UBX на выходе одного из элементов 9 или Ю совпадения в моменты, соответствующие началу очередного периода опережающего напряжения, будут появляться короткие импульсы. Если О, то импульсы длительности Tj, появятся на выходе элемента 9 совпадения (фиг. 2, м), а на выходе элемента 10 совпадения все время будет нулевой потенадал (фиг. 2, н). Если же Ч О, т.е. напряжение UBX xj опережает напряжение UBX.., на выходе элемента 9 совпадения будет нулевой потенциал (фиг. 3), а на выходе элемента 10 совпадения в моменты, соответствующие началу очередного периода сигнала UBX о . будут появляться короткие импульсы длительности fe (фиг. 3,н). Выходные сигналы элементов 9 и 10 совпадения подаются соответственно на S и R входы триггера 12. Если V О, то первый же импульс с выхода элемента 9 совпадения устанавливает триггер 12 в единичное состояние (фиг. 2, о, п), откроется элемент 13 совпадения и импульсы с выхода блока И логического сложения начинают поступать на управляющий вход управляемого ключа 15 (фиг. 2 р), на выходе которого формируют ся импульсы длительности , соответствующей значению модуля измеряемого сдвига фаз, амплитуда которых равна стабильному значению VQ , задаваемому блоком 19 опор ного напряжения (фиг. 2, т). Эти импульсы поступают на иеинвертирующий вход блока 17 усреднения. Управляемый ключ 16 в это время закрыт нулевым сигналом элемента 14 совпадения (фиг. 2, с) и на его выходе тоже нулевой потенциал (фиг. 2, у). Если ж f О, то первый же импульс с выхода элемента 10 совпадения устанавливает триггер 12в нулевое состояние (фиг. 3 о, п), откроется элемент 14 совпадения, а элемент 13совпадения закроется и импульсы с выхо блока 11 логического сложения начинают по ступать на управляющий вход управляемого ключа 16 (фиг. 3, с), на выходе которого будут формироваться импульсы стабильной амплитуды VQ и длительности € (фиг. 3, у Импульсы с выхода управляемого ключа поступают на инвертирующий вход блока 17 усреднения. Управляемый ключ 15 при этом закрыт нулевым потенциалом с выхода элемента 13 совпадения (фиг. 3, р) и на его выходе так же нулевой сигнал (фиг. 3, т). На выходе блока 17 усреднения будет постоянный сигнал, модуль которого равен (« Преобразовывая выражение (2), находим, что модуль сигнала на выходе блока 17 уср нения пропорционален модулю измеряемого сдвига фаз V -Ч (t.) 17 ТГ Полярность же этого сигнала будет положительной, если импульсы поступают с выхода ключа 15 на неинвертирующий вход блока 17 усреднения, т.е. при Ч О (фиг.2ф) и отрицательной, если импульсы поступают на инвертирующий вход этого блока, т.е. при Ц О (фиг. 3,ф). Этим самым достигается однозначная связь между измеряемым сдвиго фаз и постоянным сигналом на выходе блока 17 усреднения в диапазоне фазовых сдвигов 180-0-И 80°. Это напряжение измеряется индикатором 18, на выходе которого получаем отсчет изчюряемого сдвига фаз. Как следует из выше сказанного, неравенство времен задержки ьо,с- и Ъ элементов 5 и 6 задержки не влияет на точность определения знака изме} яемой разности фаз, поскольку значение знака разности фаз фиксируется состоянием триггера 12, а импульсы длительностей сГ/} и Фб с выходов злементов 9 и 10 совпадения используются лишь для установки триггера 12 в соответствующее состояние. Если знак измеряемой разности фаз ие изменяется, то на один из входов триггера 12 периодически, с частотой входных сигналов, поступают запускающие импульсы, которые подтверждают, состояние триггера. При изменении знака разности фаз, по истечении времени, не превышающего периода входных сигналов, первый же импульс, поступивший на другой вход триггера 12, устанавливает его в противоположное состояние. Этим самым достигается большая помехоустойчивость и .высокое быстродействие при измерении разности фаз. Формула нзобретения Фазометр, содержащий два формирователя, два элемента задержки, блок усреднения, соединенный с индикатором, отличающийс я тем, что, с целью повыщения точности и вывода информащш об измеряемом фазовом сдвиге при помощи одного индикатора, дополнительно содержит два инвертора, шесть элементов совпадения, блок логического сложения, триггер, первый и второй управляемые ключи и блок опорного напряжения, блок же среднения выполнен с дифференциальными входами, причем выходы первого и второго формирователей соединены со входами первого и второго инверторов соответственно, выход первого инвертора соединен с первым входом первого элемента совпадения и через первый элемент задержки - с первым входом третьего элемента совпадения, выход второго инвертора-с первым входом второго элемента совпадения и через второй элемент задержки - с первым входом четвертого элемента совпадения, вторые входы первого и второго элементов совпадения соединены с выходами второго и первого формирователей соответственно, а выходы - со вторыми входами четвертого и третьего элементов совпадения соответственно и со входами блока логического сложения, выход которого соединен со вторыми входами пятого и шестого элементов совпадения, первые входы которых - соответственно с единичным и нулевым выходами триггера, к S-входу которого подсоединен выход третьего лемента совпадения, а к R-входу - выход етвертого элемента совпадения, выход пятого лемента совпадения соединен с первым входом ервого управляемого ключа, а выход шестого элемента совпадения - с первым входом второго управляемого ключа, ко вторым входам которого подсоединен блок опорного напряжения, выходы же первого н второго уофавляемых ключей соединены с неинвертируюшим н инвертирующим входами блока усреднения соответственно. 84 8 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Галахова О. П., Колтик. Е. Д. и Кравченко С. А. Основы фазометрии. Л., . Энергия, 1976, с. 140-141. 256. 2.Авторское -свидетельство СССР N 214557, кл. G 01 R 25/00, 10.02.67.

U

7tf

ff4|

l

9

e «

л «7

3 «

к .

M « С 4 % Ri П П Л Л

ч

«

ъ.

П П П г

k..

П П П П П П

Ф

i