Способ измерения фазового сдвига и устройство для его осуществления

Способ измерения фазового сдвига и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Соеетскнк

Социал нстнчесимк

РВсп блнк

О П И С А Н И Е 1 >651268

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СЗИДВТВЛЬСТВУ (6l) Дополнительное к авт. свил-ву—

{22) Заявлево20.09.76. (2l) 2404564/1821 (SE) М. Кл

С Ol К 25/00 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Гаеуяаретвеекик кеиктет

СССР и деяем езабретеика я еткеыпй

Опубликовано05.03.79.Бюллетень ¹ 9

Дата опубликования описания 09.03.79 (53) УДи 621.317. .373(088.8 ) (72) Автор изобретения

B. М. Менчиков (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВОГО СДВИГА

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к электроизмерительной технике, может быть использовано для измерения фазовых сдвигов переменных напряжений.

Известен способ измерения угла фа.— зового сдвига, который заключается в S фиксации моментов перехода напряжений через нуль и по этим моментам определении начала и конца временных интервалов периода и фазового сдвига, формировании прямоугольных импульсов длительностью, равной периоду и фаэовому сдвигу исследуемых напряжений, кодировании

Ъ интервалов периода и фазового сдвига путем заполнения их квантуюшими импульсами и выполнении операции определения фазового сдвига 1 (.

Недостатком этого способа является значительная погрешность определения временного интервала, по длительности равного фазовому сдвигу, полученному при фиксации моментов перехода исследуемых напряжений через нулевые значения. Эта погрешность в значительной степени связана с нестабильностью, обусловленной дрейфом нуля усилитель ной и формирующей аппаратуры (особенно в области инфраэвукового диапазона частот).

Известно устройство цифрового измерения угла фазового сдвига, принятое в качестве прототипа, которое на входах содержит компараторы для формирования коротких импульсов в моменты перехода исследуемых напряжений через нуль (2 .

Недостатком этого устройства является значительная погрешность определения угла фазового сдвига вследствие погрешности фиксирующих узлов перехода исследуемых напряжений через нуль при наличии дрейфа нуля.

Бель изобретения - повышение точности измерения угла фазового сдвига между переменными напряжениями.

Эта цель достигается за счет того, что при фиксации начала и конца временных интервалов периода в моменты перехода исследуемых переменных напряже651268 ний через нуль, формировании прямоугоМ=ных импульсов длительностью, равной периоду и углу фазового сдвига, фиксируют начало и конец временного интервала фазового сдвига в моменты, соответ ствующие середине полупериода каждого из исследуемых напряжений.

Эта цепь достигается также тем, что устройство, содержащее . опорный канал, выполненный из последовательно соедийенных первого входного узла и фоомироватепя, выход которого соединен с одним из входов переключателя режимов, управляющий триггер, блок определения фазового сдвига, состоящий из последовательно соединенных генератора опорных импульсов, элемента совпадения и регистрирующего счетчика, управляющий вход которого подсоединен к одному из входов управляющего триггера, второй вход которого и выход соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами элемента совпадения блока определения фазового сдвига и второй входной узел, снабжено генератором импульсов, управпяющим триггером и двухканальным блоком формирования фазовых импульсов, причем генератор импульсов соединен с первым входом двухканального бпока формирова ния фазовых импупьсов, второй, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходами первого входного узла, второго входного узпа и уп« равпяющего триггера, а выходы его соединены соответственно с первым и вторым входами управляемого триггера.

Выход триггера соединен со вторым входом переключателя режимов, выход которого подсоединен ко второму входу управляющего триггера. При этом двухканальный бпок формирования фазовых импульсов в каждом из каналов снабжен узлом управления, триггером, первым и вторым счетчиками импульсов и элементом совпадений, причем первый выход узла управпения через посредовательно соединенные триггер и первый гчетчик импульсов соединен с одним из входов элемента совпадений, а второй через второй счетчик импульсов - со вторым входом элемента совпадений, выходы которых в каждом из каналов соединены с выходами двухканального блока формирования фазовых импульсов. Первые и вторые входы узлов управления камщого из каналов соотвественно соединены и образуют первый и четвертый, а третьи - соответственно второй и третий входы двухканального блока формирования фазовых импульсов.

По данному способу короткие импупь5 сы независимо от длительности попупериода формируются в точках, равноудаленных от точек перехода напряжения через нупь. Смещение нулевого уровня под действием дестабилизирующих фак10 торов не влияет на величину угла фазо"вого сдвига исследуемых напряжений.

Способ закпючается в том, что сна1 чала фиксируют моменты перехода исследуемых напряжений через нулевые значения. В эти моменты формируют короткие импульсы, с помощью которых формируют прямоугольные импульсы длитепьностью, равной периоду исследуемых напряжений. Эти импульсы кодируют и заносят в память или регистрируют с помощью индикаторов. Затем временные интервапы, равные первым полупериодам исспедуемых напряжений, заполняют квантующими импульсами высокой частоты.

Информация о числе импульсов, заполнян>ших эти интервалы, заносится в память и сохраняется на время вторых периодов исследуемых напряжений. Временные интервалы, равные первым полупериодам вторых по счету периодов напряжений, заполняют квантуюшими импульсами удвоенной частоты. В момент, когда количество импульсов, занесенных в память, становится равным количеству импупь35 сов, поступающих во время вторых периодов, вырабатываются короткие импульсы, временное положение которых соответствует середине первых полупериодов исследуемых напряжений. С помощью 0 этих коротких импульсов формируют прямоугольный импульс, длительность которого равна углу фазового сдвига напряжений. Полученный импульс кодируют и заносят в память или регистрируют с помощью индикаторов. Затем определяют угол фазового сдвига в градусах.

На чертеже приведена структурная схема устройства для измерения фазового сдвига между переменными напряже50 ниями предлагаемым способом.

Устройство со входами исследуемых напряжений U g, U и входом Запуск" содержит опорный канал, состоящий из последовательно соединенных входного

55 узла 1 и формирователя 2, выход которого соединен с одним из входов певекпючателя режимов 3, управпяющий триггер 4, блок определения фазового слви651268

ra 5, состоящий из последовательно сое диненных генератора опорных импульсов

6, элемента совпадения 7 и регистрирующего счетчика 8, управляющий вход которого подсоединен к одному из входов 3 управляющего триггера, второй вход и выход которого соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами элемента совпадения блока определения фазового сдвига; Ьторой входной узел 9.

Устройство также снабжено генератьром импульсов 10, управляемым триггером 11 и двухканальным блоком формирования фазовых импульсов 12. Генератор 1 импульсов 10 соединен с первым входом двухканального блока формированття фазовых импульсов, второй, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходами входного узла 1, входного узла 9 и управляющего тригге-. ра 4, а выходы блока формирования фазовых импульсов соединены соответственно с первым и вторым входами управляемого триггера, выход которого соединен со вторым входом переключателя режимов. Выход последнего подсоединен ко второму входу управляющего триггера 4.

Двухканальный блок формирования фазовых импульсов 12 в каждом из каналов снабжен узлом управления 13, триггером 14, счетчиками импульсов 15, 16 и элементом совпадения 17. Первый выход узла управления через последователь35 но соединенные триггер и первый счетчик импульсов соединен с одним из входов элемента совпадения, а второй — через второй счетчик импульсов со вторым входом элемента совпадения, выходы

40 которых в каждом из каналов соединены с выходами двухканального блока формирования фазовых импульсов; первые и вторые входы узлов управления каждого из каналов соответственно соединены и

45 образуют первый и четвертый, а третьи— соответственно второй и третий входы двухканального блока формирования фазовых импульсов.

Устройство работает следующим обра56 зэм. Входные сигналы О, У в виде сдвинутых по фазе переменных напряжений подаются на входные узлы 1 и 9, где они преобразуются в короткие импульсы в моменты перехода переменных напряжений через нулевые значения. Со входного узла 1 эти импульсы поступают

ыа формирователь 2, где вырабатываются . прямоугольные ил|пульсы длительностью, равной периоду напряжения Ц1, и далее через переключатель 3, находящийся в режиме измерения периода Т, — на один вход элемента совпадения 7, открывая его по первому входу передним фронтом импульса, и на один вход управляющего триггера 4. По входу "Запуск запускается регистрирующий счетчик 8 и включается управляющий триггер 4, который, в свою очередь, открывает элемент совпадения 7 по второму входу. Управляющий триггер отключается задним фронтом им ульса, поступившего с формирователя 2. ,через переключатель режимов 3, закрывая элемент совпадения 7. Таким образом регистрирующий счетчик 8 заполняется через элемент совпадения 7 кван» туюшими импульсами генератора 6, число которых пропорционально периоду напряжения Ug . Затем информация из счетчика 8 заносится и память или регистрируется с помощью индикаторов, и переключатель 3 переводится в режим измерении угла фазового сдвига C. переменных напряжений U1, U

По входу Запуск включается управляющий триггер 4, сигнал с него разр шает прохождение импульсов со входного узла 1 и открывает элемент совпадения 7 по второму входу. Со входного узла 1 короткие импульсы, сформирован» ные в момент перехода напряжения 01 через нуль, поступают на узел управльния 13. Этот узел работает таким образом, что в течение первого периода на счетчик 15 через счетный триггер

14 с генератора импульсов 10 поступает последовательность импульсов. число которых пропорционально полупериоду напряжения lJ< . В течение второго периода напряжения U1 на счетчик 16 поступает с генератора импульсов последовательность импульсов, чат>тота которых в два раза больше частоты следования импульсов,. воступавших в счетчик 15. Когда количество импульсов, поступивших в счетчики 15 н 16 становится одинаковым, с элемента сов падения 17 на управляемый триггер 11 поступает импульс, который включает этот триггер, и его выходной сигнал через переключатель 3, находящийся в режиме измерения угла фазового сдвига

7., поступает на первый вход элемента совпадения 7, открывая его по этому входу. Элемент совпадения 7 уже был подготовлен по второму входу сигналом управляющего триггера 4, поэтому на

651268

55 регистрирующий счетчик 8 начинает пс ступать последовательность импульсов с генератора 6, Одновременно с первым каналом и аналогично ему работает второй канал блока формирования фазового импульса, который формирует конец фазового импульса. Этот импульс поступает на второй вход управляемого триггера 11 и переключает его. Сигнал с этого триг гера, через переключатель режимов 3 .закрывает элемент совпадения 7 по первому входу, прекращая поступление импульсов от генератора 6 на регистрирующий счетчик 8, и переключает управляющий триггер 4, сигнал с которого закрывает элемент совпадения 7 по второму входу и отключает узел управления

13, прекращая подачу импульсов с генератора 10. на счетчики 15 и 16, Таким образом регистрирующий счетчик 8 заполняется квантуюшими импульсами с генератора 6, число которых пропорционально углу фазового сдвига переменных напряжений К1, U> .

Затем определяется угол фазового сдвига в градусах, например по алгоритму, =,(N, 360, где ) - угол фазового сдвига;

N . N - число импульсов, зарегистрирот ван." ых с помощью счетчика 8 за время, равное фазовому сдвигу и периоду.

Далее устройство приводится и исходное состояние.

В диапазоне частот 0,1-100 гц пог решность измерения фазового сдвига не превышает 0,2

Формула изобретения

1. Способ измерения фазового сдвига путем фиксации начала и конца временных интервалов периода в моменты перехода исследуемых переменных напряжений через нуль, формирования прямоугольных импульсов длительностью, равной периоду и углу фазового сдвига исследуемых напряжений, кодирования интервала периода и угла фазового сдвига заполнением квантуюшими импульсами и опреде ленин угла сдвига фаз, о т л и ч а ю -. шийся тем, что, с целью повышении точности измерения, фиксацию начала и конца временного интервала производят в моменты, соответствующие середине

5 !

О !

30 полупериода каждого иэ исследуемых напряжений, 2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержашее опорный капал, выполненный из последовательно соединенных первого входного узла и формирователя, выход которого соединен с одним иэ входов переключателя режимов, управляющий триггер, блок определения фазового сдвига, состоящий из последовательно соединенных генератора опорных импульсов, элемента совпадения и регистрирующего счетчика, управляющий вход которого подсоединен к одному из входов управляющего триггера, второй вход которого и выход соединены соотг ветственно с первым и вторым управляюшими входами элемента совпадения блока определения фазового сдвига; и второй входной узел, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено генератором импульсов, управляемым триггером и двухканальным блоком формирования фазовых импульсов, причем генератор импульсов соединен с первым входом двухканального блока формирования фазовых импульсов, второй, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходами первого входного узла, второго входного узла и управляющего триггера, а выходы его соединены соответственно с первым и вторым входами управляемого триггера, выход которого соединен со вторым входом переключателя режимов, выход которого подсоединен ко второму входу управляющего триггера.

3. Устройство по п. 2, о т л и ч аю ш е е с я тем, что двухканальный блок формирования фазовых импульсов в каждом из каналов снабжен узлом управления, триггером, первым и вторым счетчиками импульсов и элементом совпадений, причем первый выход узла управления через последовательно соединенные триггер и первый счетчик импульсов соединен с одним из входов э.цемента совпадений, а второй - через второй счетчик импульсов со вторым входом элемента совпадений, выходы которых в каждом из каналов соединены с выходами двухканального блока формирования фазовых импульсов, первые и вторые входы узлов управления каждого из каналов соответственно соединены и образуют первый и четвертый, а третьи - соответственно второй и третий входы двухканаль: ного блока формирования фазовых импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Вишенчук И. М., Котюк Ф. Л., Мизюк Л. Я. Электромеханические и

651268

10 электронные фазометры. М Л., Госэнергоиздат, 1962, с. 164-174.

2. Смирнов П. Т. цифровые фазометры.

Л., Энергия, 1974, с.15-17.

Составитель М. Барашков

Редактор Б. Федотов Техред С. Мигай Корректор С. Патрушева

Заказ 797/41 Тираж 1089 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035э Москва, Ж 35э Раушская наб., a. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4