Устройство для измерения фазового сдвига Советский патент 1982 года по МПК G01R25/00 

1

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, в частности к измерениям фазового сдвига между двумя синусоидальными напряжениями и может использоваться в радиолокации.

По основному авт.св. W 352230 известно ус.тройство для измерения фазового сдвига, которое содержит первый и второй формирователи импульсов, первый и второй электронные ключи, управляющие входы которых соединены с выходами первого и второго формирователей импульсов соответственно, генератс счетных импульсов, выход которого соединен с информационными входами первого и второго электронных ключей, логический элемент, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и-второго электронных ключей соответственно, третий электронный ключ, информационный вход которого соединен с выходом логического элемента, счетчик импульсов, вход которого соединен с выходе третьего электронного ключа,времязадающий узел, вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов, а выход соединен с управляющим входом третьего электронного

ключа, и узел индикации знака, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго формирователей импульсов 1.

Недостатком этого устройства является наличие погреиности измерения фазового сдвига при отличных от нуля порогах срабатывания формирователей импульсов и неравных амплитудах си10нусоидальных напряжений, приложенных ко входам этих формирователей.

Цель изобретения - повышение точности при произвольных амплитудах входных сигналов и большом динами15ческом диапазоне изменения амплитуд.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения фазового сдвига, содержащем первый и второй формирователи импульсов,

20 первый и второй электронные ключи, управляющие входы которых соединены с выходами первого и второго формирователей импульсов соответственно, генератор счетных импульсов, выход

25 которого соединен с информационными входами первого и второго электронных ключей, логический элемент, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго элект30ронных ключей соответственно, третий

электронный ключ, информационный вход которого соединен с выходом логического элемента, счетчик импульсов, вход котсрого соединен с выхояом третьего электронного ключа, времязадающий узел, вход которого соединен с выходом генератора счетны ,импульсов, а выход соединен с управляющим входом третьего электронного ключа узел индикации знака, перклй и второй входы которого соединены с выхсдаами первого и второго формирователей импульсов, дополнительно введены шестой, седьмой, восьмой и девятый электронные ключи, первый и второй инвертеры, первый и второй элементы ИЛИ, элемент задержки, первая и вторая вентильная группы, реверсивгмй счетчик и сумматор, причем выходы счетчика через первую вентильную группу псяключены к первьм входам сумматора, а выходы рев1 сивного счетчика через вторую вентильную группу подключены ко вторым входам cyjkS aTOpa, при этом управляквдие входы вентильных групп подключены к выходу первого инвертора, вход которого соединен со входом третьего электронного ключа, суммирующий вход реверсивного счетчика подключен к выходу первого элемента ИЛИ, а вычитающий вход Ч€;рез элемент .задержки к выходу втор.ого элемента ИЛИ, управляющие входы шестого и девятого, электронных ключей, а также вход второго инвертора подключены к выходу триггера с раздельным запуском, управляющие входы седьмого и восьмого электронного ключей подключены к выходу второго инвертора, информационные входы седьмого и девятого электронных ключей псяключены к выходу первого электронного ключа, а информационные входы шестого и восьмого элеюгронных ключей подключены к выходу второго электронного ключа, входы первого элемента ИЛИ подключены к выходам шестого и седьмого электронных ключей, входы второго элемента ИЛИ подключены к выходам восьмого и девятого электронных ключей.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг,2 - временные диаграмма.,

Устройство содержит; первый формирователь 1 импульсов, второй формирователь 2 импульсов) первый электронный к.пюч 3, второй электронный ключ 4, первый логический элемент 5, третий электронный ключ 6, 7 и лпyльcoв, генератор 8, счетчик импул;ьсов, времязадающий узел 9, узел индикации знака 10,первый инвертор lif первую вентильную группу 12, первый элемент ИЛИ 13, реверсивный счетчик 14, втсрую вентильную группу 15, седьмой электрон

«ли ключ 16, шестой электронный ключ 17, элемент временной задержки 18, второй элемент ИЛИ 19, девятый электронный ключ 20, восьмой электронный ключ 21, второй инвертор 22, сумматор 23, четвертый электронный ключ 24, п)4тый электронный ключ 25, триггер с раздельным запуском 26, дифференциатор 27.

Устройство работает следующим образом.

Синусоидальные напряжения U и и (фиг. 2а) приложены ко входам первого и второго формирователей 1 и 2 импульсов. Для наибольшей наглядности появления погрешности в измерении фазового сдвига на фиг. 2а изображен частный случай нулевого фазового сдвига при амплитудах . и напряжениях порогов срабатывания первого и второго формирователей 1 и 2 импульсов равных, но отличных от нуля. При пересечении синусоидальными напряжениями- U/j и И уровня напряжения порога UnoPi Unopa на выходах первого и второго формирователей 1 и 2 импульсов формируются импульсы, равные по длителности протяженностяМ областей синусоидальных напряжений, превышающих напряжение порога срабатывания. Эти импульсы изображены на фиг.26 и 2в. Управляющие входы первого и второго электронных ключей 3 и 4 соединены с выходами первого и второго формирователей 1 и 2 импульсов. На информационные входы первого и второго электронных ключей 3 и 4 подается последовательность счетных импульсов, вырабатываемая генератором 8 счетных импульсов. На выходах первого и второго электронных ключе 3 и 4 формируются пачки счетных импульсов, количество счетных импульсов в пачке определяется длительностями импульсов на выходах первог и второгоформирователей 1 и 2 импульсов. Пачки счетных импульсов с выходов первого и второго электронных ключей 3 и 4 поступают на первы и второй входы первого логического элемента 5. Первый логический элемент 5 представляет собой ИСКЛОЧАЮ- ЩЕЕ ИЛИ, пропускает импульсы на выход только при наличии импульсов лишь на одном из его входов и тем самым формирует пачку счетных импульсов, соответствукадую длительности временного интервала, определяющего измеряемый фазовый сдвиг.Этот временный интервал изображен на фиг. 2г. Для иллюстрируемой ситуаци он представляет собой погреиность измерения фазового сдвига, так как напряжения U и и, имеют нулевой фазовый сдвиг. Пачка счетных импульсов с выхода первого логического элемента 5 поступает на информационный вход третьего электронного ключа 6. На управляющий вход электронного ключа 6 поступает импульс с вы хода время задающего узла 9, который по длительности соответствует фазовому интервалу в 180°. Этот импульс открывает электронный ключ 6, и пач ка счетных импульсов проходит на. вход счетчиков 7 импульсов. Счетчик 7 импульсов производит подсчет коли чества импульсов в пачке. На информационных выходах счетчика 7 импуль сов образуется код, соответствующи измеряемому фазовому сдвигу. На фиг. 2а-г втдно, что введенны в устройство элементы, в иллюстриру МЭЙ ситуации должны выполнять следу щиеоперации: вычитание из интервала, изображенного на фиг. 2в интервала, изображенного на фиг. 26; деление полученного результата на 2; вычитание результата деления из временного интервала, полученного при измерении фазового сдвига, изоб раженного на фиг. 2г. В результате получается фазовый сдвиг, равный нулю. При измерении фазового сдвига с помощью предлагаемого устройства мо жет существовать четыре варианта по решностей. Первый вариант. При положительнем значении фазового сдвига в преВЕЛшении длительности импульса, выра батываемого формирователем 1 импуль сов над длительностью импульса, вырабатываемого формирователем 2 импульсов возникает погрешность, увел чивающая реальный фазовый сдвиг, дл получения правильного результата эту погрешность необходимо вычесть из результата, полученного на счетчике 7 импульсов. Второй вариант. При положительном значении фазового сдвига и превышени длительности импульса, вьрабатываёмого формирователем 2 импульсов над длительностью импульса, вырабатываемого формирователем 1 импульсов возникает погрешность, уменьшающая реальный фазовый сдвиг, для получения правильного результата эту погрешность необходимо прибавить к результату, полученному на счетчике 7 импульсов . Третий вариант. При отрицательном значении фазового сдвига и превышени длительности импульса, вырабатываемого формирователем 1 импульсов над длительностью импульса, вырабатываемого формирователем 2 импульсов, воз никает погрешность, уменьшающая реальный фазовый сдвиг, для получени правильного результата эту погрешность необходимо прибавить к резуль тату, полученному на счетчике 7 импульсов. Четвертый вариант. При отрицательном значении фазового сдвига и превышении длительности импульса,вырабатываемого формирователем 2 импульсов над длительностью импульса, вырабат ываемого формирователем 1 импульсов, возникает погрешность/увеличивающая реальный фазовый сдвиг, для получения правильного результата эту погрешьгость необходимо вычесть из результата, полученного на счетчике 7 импульсов. I Реализация операций вычитания интервалов, деление результата вычитания на два и добавление результата деления к результату измерения, полученному на счетчике 7 импульсов, или вычитание результата деления из результата измерения, полученного на счетчике 7 Импульсов, осуществляется следующим образом. Пачки импульсов, соответствующие интервалу, полученному на выходе формирователя 1 импульсов и снимаемые с первого электронного ключа 3, прикладываются к информационным входам седьмого и. девятого электронных ключей 16 и 20. Пачки импульсов, соответствующие интервалу, полученному на выходе формирователя 2 и снимаемые со второго электронного ключа 4,прикладываются к информационным входам шестого электронного ключа 17 и восьмого электронного ключа 21. На управляющие входы шестого и девятого электронных ключей 17 и 20 с выхода узла индикации знака 10 поступает поггенциал, отпирающий электронные ключи 17 и 20 при положи те ль Hbix значениях фазового сдвига и запирающий электронные ключи 17 и 20 при отрицательных значениях фазового сдвига.Потенциал, вырабатывае| ый узлом 10 индикации знака подается также на вход второго инвертора 22, на выходе которого образуется потенциал, представляющий собой инвентированное значение потенциала, снимаемого с выхода узла индикации знака iO. Этот потенциал прикладывается к управляющим входам, седьмого и восьмого электронных ключей 16 и 21, которые отпираются при отрицательных и запираются при положительных значениях фазовых сдвигов. Таким образом при отрицательных значениях фазовых сдвигов на вычитающий вход реверсивного счетчика 14 через открытый шестой электронный ключ 21, второй элемент ИЛИ 19, элемент 18 временной задержки поступает пачка импульсов с выхода второго электронного ключа-4, на суммирующий вход реверсивного счетчика 14 через открытый седьмой электронный ключ 16, первый элемент ИЛИ 13 поступает пачка импульсов с выхода первого электронного ключа 3. 18 временной задержки необходи для нормальной работы реверсивного счетчика 14, так как при его наличи работа по суммирующему входу и рабо по вычитанщему входу разнесены во времени. При превышении количества импульсов в пачке, снимаемой со вто рого электронного ключа 4, над коли чеством импульсов в пачке, снимаемо с первого электронного ключа 3, на информационных выходс1Х реверсивного счетчика 14 появляется дополнительн код, соответствующий этому превьшению. При наличии обратной ситуации на информационных выходах реверсивного счетчика 14 появляется прямой код. При положительных фазовых сдвига открываются шестой электронный ключ 17 и девятый электронный ключ 20. На вычитающий вход реверсивного счетчика 14 через девятый электрон ный ключ 20, второй элемент ИЛИ 19 и элемент временной эадержтси 18 пос тупает пачка импульсов с выхода первого электронного ключа 3. На су мирующий вход реверсивного счетчика 14 через шестой электронный ключ 17 первый элемент ИЛИ 13 поступает пач ка импульсов с выхода второго элект ронного ключа 4. При превышении количества импульсов в пачке, снимаемой со второго электронного ключа 4 над количеством импульсов в пачке, снимаемой с первого электронного к-пюча 3 на информационных выходах реверсивного счетчика 14 образуетс прямой код, при обратной-ситуации на информационных выходах образуетс дополнительный код. Полученные на информационных выходах счетчика импульсов 7 и реверсивного счетчика 14 коды, подаются на первую вентильную группу 12 и вторую вентильную группу 15, соответственно. На управляющие входы вентильных групп 12 и 15 подается потенциал, снимаемый с выхода первого инвертора 11. Таким образом вентильные группы 12 и 15 открывают ся только тогда, когда времязадающий узел 9 выдает запрещающий потен циал на третий электронный ключ б, т.е. когда коды на счетчиках 7 и 14 полностью сформированы. Эти коды через открытые вентильные группы 12 и 15 поступают на сумматор 23, который производит операцию суммирования. Операция суммирования при аличии дополнительного кода на ин{ормационных выходах реверсивного счетчика 1.4 эквивалентна операции вычитания. Информационные выходы реверсивного счетчика 14 соединяются с сумматором 23 через вентилЬную группу 15- со сдвигом на один разряд в сторону младшего разряда. Это экви валентно операции деления кода на два. На информационнЕлх выходах сумматора 23 в результате образуется код, соответствующий точному значению измеряемого фазового сдвига. Напряжения порогов „дрч и Upopij могут быть неравными, но не должны превышать минимальных значений сигналов. Различие величин порогов не оказывает влияния на точность измерения фазового сдвига. Использование изобретения позволяет значительно уменьшить погрииность измерения, обусловленную разичием амплитуд синусоидальных напряжений. Формула изобретения Устройство для измерения фазового сдвига по аВТ.св. 352230, отличающееся тем, что, с целью повьпиения точности при произвольных амплитудах входных сигналов и больиюм динамическом диапазоне изменения амплитуд, в него дополнительно введены шестой, седьмой, восьмой и девятый электронные ключи, первый и второй инверторы, первый и второй элементы ИЛИ, элемент задержки, первая и вторая вентильные группы, реверсивный счетчик и cyMNBTOp, причем выходы счетчика через первую вентильную группу подключены к первым- входам сумматора, а выходы реверсивного счетчика через вторую вентильную группу подключены ко вторым входам сумматора, при этом управляющие входы вентильных групп подключены к выходу первого инвертора, вхся которого соединен со входом третьего электронного ключа, суммирующий вход реверсивного счетчика подключен к выходу первого элемента ИЛИ, а вычитающий вход через элемент задержки - к выходу второго элемента ИЛИ, управляющие входы шестого и девятого электронных ключей, а также вход второго инвертора подключены к выходу триггера с раздельным запуском, управляющие входы седьмого и восьмого электронного ключей подключены к выходу второго инвертора, информационные входы седьмого и девятого электронных ключей подключены к выходу первого электронного ключа, а информационные входы шесргого и восьмого электронных ключей подключены к выходу второго электронного ключа, входы первого элемента ИЛИ подключены к выходам шестого, седьмого электронных ключей, входы второго элемента ИЛИ подключены к выходам восьмого и девятого электронных ключей. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе -1. Авторское свидетельство СССР 352230, кл. е 01 R 25/00, 1972.

S

A«,

AtuV

фиг. I