Цифровое устройство для измерения фазового угла Советский патент 1982 года по МПК G01R25/00 

ности измерения при углах момента стробирования, близких к 90, обусловленное тем, что вычисление этих углов производится через функцию arcs 1 п.

Целью изобретения является снижение габаритов устройства при сохранении высокой точности измерения.

Поставленная цель достигается , тем, что в устройство, содержащее два аналого-цифровых преобразователя первые входы которых являются входами устройства, блок управления выборками , вход которого подключен к одному из входов устройства, а выходы - к соответствующим вторым входам аналого-цифровых преобразователей, формирователь временного интервала , выход которого является выходом устройства, введены генератор тактовых импульсов, два ключа и два

цифровых синусно-косинусных функциональных преобразователя, первые входы которых соединены с выходами соответствующих аналого-цифровых преобразователей, вторые входы - с выходами блока управления выборками, третьи входы - с выходом генератора тактовых импульсов через ключ, первые выходы подключены к входам формирователя временного интервала и к выключающим входам соответствующих ключей, а вторые выходы являются выходами устройства, включающие, входы ключей соединены с выходом блока управления выборками.

На фиг. 1 представлена структурная схема цифрового устройства для измерения фазового угла; на фиг. 2 структурная схема цифрового синуснокосинусного.функционального преобразователя; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства. I

Цифровое.устройство для измерения

фазового угла содержит два аналогоцифровых преобразователя 1 и 2, блок 3 управления выборками, формирователь 4 временного интервала, два цифровых синусно-косинусных функциональных преобразователя 5 и 6, генератор 7 тактовых импульсов и два ключа 8 и 9. Информационными входами 10 и 11 устройства являются информационные входы анал.ого-цифровых преобразователей 1 и 2, кроме того, один из входов 10 устройства подключен к блоку 2 управления выборками. Выходы аналого-цифровых преобразователей 1 и 2 соединены с информационными входами 12 цифровых синусно-косинусных функциональных преобразователей 5 Кб, выходы 13 которых являются выходами амплитудных значений сигналов напряжения и тока устройства, а выходы 14 подключены ко входам формирователя 4 временного интервала и выключающим входам ключей 8 и 9. Выходы блока 3 управления выборками подключены к управлякицим входам аналого-цифровых преобразователей 1, 2 и входам 15 упраления установкой функциональных преобразователей 5 и 6, а также ко включающим входам ключей 8 и 9. Выход генератора 7 тактовых импульсов соединен со входами ключей В и 9, выходы которых подключены ко входам 16 тактовых импульсов функциональных преобразователей 5 и 6. Выход 17 формирователя 4 временного -интервала является фазовым выходом устройства.

Ключи 8 и 9 выполнены, в виде элементов совпадения. Блок 3 управления выборками выполнен на базе изв.естных устройств, используемых по прямому назначению и содержит узел измерения периода входного сигнала, узел выработки стробирующих импульсов и узел синхронизации. Формирователь 4 временного интервала выполнен в виде элемента совпадения.

Цифровой синусно-косинусный функциональный преобразователь 5 и б состоит из регистра 18 синусной составляющей и регистра 19 косинусной составляющей и четырех сумматоров 20-23 (фиг. 2).

Информационные входы 12 функционального преобразователя 5 и 6 соединены с установочными входами регистра 18 синусной составляющей и регистра 19 косинусной составляющей. Вход 15 управления установкой раздельно подключен ко входу управления установкой регистра 18 синусной составляющей и ко входу управления установкой регистра 19 косинусной составляющей. Вход 16 тактовых импульсов с оединен с импульсными входами регистров 18 и 19 синусной .и косинусной составляющих. Выходы разрядов регистра 18 синусной составляющей соединены со входами соответствующих разрядов сумматоров 20 и 23 и со сдвигай на (р+1) разрядов в сторону младших со входами разрядов сумматора 22, а также являются выходсзм 13 амплитудного значения сигнала устройства.

Выходы разрядов регистра 19 косинусной составляющей соединены со входами соответствующих разрядов сумматоров 21 и 22 и со сдвигом на (р+1) разрядов в сторону младших со входами разрядов сумматора 23, а выход знакового разряда регистра 19 косинусной составляющей является выходом 14 функционального преобразователя. Выходы разрядов сумматора 22 подключены со сдвигом на р разрядов в сторону младших ко входа разрядов сумматора 20.

Выходы разрядов сумматора 20 сое|динены со входами соответствующих разрядов регистра 18 синусной соста лянадей. Выходы разрядов суг/1матора ,23 подключены со сдвигом на р разря дов в сторону младших ко входам разрядов сумматора 21. Йыходы разрядов сумматора 21 соединены со входами соответствующих разрядов регистра 19 косинусной составляющей. Устройство работает следующим образом. Входные гармонические сигналы и и i, между которыми измеряется фазовый угол f , подаются на инфор мационные входы устройства 10 и 11, откуда они поступают на информационные входы аналого-цифровых преобразователей 1 и 2, а один из сигналов , например U, подается на вход блока 3 управления выборками. Соответственно частоте входного сигнала блок 3 управления задает моменты выборок мгновенных значений входных сигналов импульсов t и tдд отстающими друг от друга на время, равное по длительности четверти периода повторения входного сигнала, что соответствует фазовому углу, равному 90°(фиг. 3 а, б). Через время, достаточное для осуществления преоб разования входного сигнала в цифровой код, после .импульса t вырабатывается импульс управления установ кой регистров 18 синусной составляющей функциональных преобразователей 5 и б, а после импульса tдд импульс управления установкой регистров 19 косинусной составляющей функциональных преобразователей 5 и б. Импульсы управления выборками подаются на управляющие входы аналого-цифровых преобразователей 1 и 2, а импульсы управления установкой регистров - на входы 15 функциональных преобразователей 5 и 6. В указанные моменты времени аналого цифровые преобразователи 1 и 2 осуществляют преобразование входных сигналов в цифровой код, при этом через информационные выходы 12 знач ния выборок, соответствующие моменту to, заносятся в регистры 18 синусной составляющей, а значения выборок, соответствующие моменту t в регистры 19 косинусных составляющих соответствующих функциональных преобразователей 5 и 6. После осуществления выборок и занесения их в регистры блок 3 управления выборками вырабатывает сигнал разрешения преобразования, который подается на включающие входы ключей 8 и 9, Этим разрешается прохождение тактовы г импульсов преобразования, вырабатываемых генератором 7, через ключи В и 9 на входы 16 тактовых импульсов функциональных преобразователей 5 и 6. С поступлением такто вых импульсов на функциональные преобразователи 5 и 6 начинается процесс синуснокосинусного функционального преобразования, при котором значение, занесенное в регистр 18 синусной составляющей, начинает возрастать по закону синуса, а значение, занесенное в регистр 19 косинусной составляющей, начинает убывать по закону косинуса (фиг. 3 г, д, е, ж). Таким образом, с каждым тактом преобразования осуществляется как бы поворот векторов и и 3 на определенный угол до положения нулевой фазы (фиг. 3 в) . Поступление тактовых импульсов преобразования на функциональные преобразователи во времени осугцествляется равномерно, поэтому и поворот векторов осуществляется равномерно . по времени. Разность во времени меж-ду моментами достижения векторами нулевой фазы свидетельствует о фазовом угле между векторами Л/ . Сигналом о достижении вектором значения нулевой фазы служит изменение знака в знаковом разряде регистра 19 косинусной составляющей функционального преобразователя 5 и 6. Выходы 14 знаковых разрядов косинусных регистров 19 подаются на формирователь 4 временного интервала и на выключающие входы ключей 8 и 9. По- этому при достижении каждым из векторов значения нулевой фазы прекращается поступление тактовых импульсов преобразования на этот функциональный преобразователь, прекращается дальнейший поворот вектора, а в ре гистре 18 синусной составляющей установится значение амплитуды в.ектора. Выходы 13 регистров 18 синусной составляющей функциональных преобразователей 5 и 6 являются выходами амплитудных значений сигналов напряжения и и тока 3 устройства. Формирователь 4 по сигналам изменения . знаков регистров 19 косинусных составляющих функциональных преобразователей 5 и 6 формирует сигнал, длительность которого пропорциональна значению фазового угла между сигналами, с выхода формирователя 4 сигнал фазы в виде временного интервала поступает на выход 17 устройства. Измерение фазы.возможно как в непрерывном, так и в импульсном режимах работы. Таким образом, применение цифровых функциональных преобразователей и узлов, обеспечивающих их работу, в цифровом устройстве для измерения фазового угла по двум мгновенным значениям сигнала вместо блоков запоминания мгновенных и вычисления максимальных значений и блоков вычисления значений arcstn позволяет значительно снизить габариты устройства, одновременно повысив точность измерения. Например, если одно из квадратурных значений сигнала измерено вблизи максимального значения, второе - измерено около нуля, и при фиксированной 10-разрядной сетке входного АЦП ошибка в измерении входного сигнала в единицу младшего разряда (0,001) приведет к погрешности в определении фазового угла сЛЧ- 3,з . Максимального значения погрешность достигнет при углах порядка 45°и будет равна , 5.

Таким образом, в предлагаемом устройстве погрешность измерения при углах порядка 80 меньше в 4 раза; при 85°- в 8 раз, при 87°-в 16 раз меньше, чем у известного устройства. Дискретность преобразования синуснокосинусного преобразователя зависит от выбранного значения показателя р, обозначающего количество разрядов сдвига в сторону младших разрядов на входах сумматоров функционального преобразователя, и может быть сделана достаточно малой.

Формула изобретения

Цифровое устройство для измерения фазового угла, содержащее два аналого-цифровых преобразователя, первые входы которых являются входами устройства, блок управления выборками, вход которого подключен к одному из входов устройства, а выходы -к соответствующим вторым входам аналогоцифровых преобразователей, формирователь временного интервала, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что,

0 с целью снижения габаритов устройства при сохранении высокой точности измерения, в него введены генератор тактовых импульсов, два ключа и два цифровых синусно-косинусных функциональных преобразователя, первые входы которых соединены с выходами соответствующих аналого-цифровых преобразователей, вторые входы - с выходами блока управления выборками, третьи

0 входы - с Выходом генератора тактовых импульсов через ключ, первые

выходы подключены к входам формирователя временного интервала и к выключающим входам соответствующих ключей,

, а вторые выходы являются выходами устройства, включающие входы ключей соединены с выходом блока управления выборками.

Источники информации, принятые во внимание при зкспертизе

1. Заявка Японии № 5455230, кл. 110 Н 2, 25.12.79.

2. Заявка Японии № 5149230, кл. 110 Н 2, 25.12.76.

ae.f

0U1.2

r

и

о

%

д

с

h

Фиг,.}

/ t

/t