Способ измерения угла сдвига фаз между двумя гармоническими сигналами и устройство для его осуществления

Способ измерения угла сдвига фаз между двумя гармоническими сигналами и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДИИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свин-ву (22) Заявлено 13.12.76 (2l) 2428232/18-21 11; 651 269

Совз Соеетскин

Социалист и есмин

Респубпин а (51} М. Кл. (э 01 R 25/00 с присоединением заявки №вЂ”

Гасударственный каапет

СССР не делан н3абрнтеннй я аткрютнй (23) Приоритет

Опубликовано05.03.79.бюллетень № 9 (53) УДК 621.317 .77(088.8) Дата опубликования описания 09.03.79

С. Т. Виграненко, Е. Д. Колтик, А. A. Блошук, А. А. Муранов, В. Е. Новодережкин и Э. И. Орденко (72) Авт,оры изобретения (71) Заявитель

Принцип действия большинства извест ных цифровых фазометров заключается в выделении точек перехода через нуль исследуемых сигналов и измерении временных интервалов, пропорциональных сдвигу фаз между этими точками. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА СДВИГА ФАЗ

МЕЛЩУ ДВУМЯ ГАРМОНИЧЕСКИМИ СИГНАЛАМИ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУ1ЦЕСТВЛЕНИЯ

l 2

Изобретение относится к фазоизмери пиально не устраннмую известными метельной технике и может быть исполь- тодами зовано для измерения угла сдвига фаз Известен способ йзмерення угла сдвидвух электрических колебаний низких и га фаз между двумя гармоническими сигинфранизких частот. налами, который заключается в выделе5 нии моментов перехода гармонических

Нелинейные искажения электрйческих сигналов через нулевое значение, преобколебаний являются основным источни- разовании по моментам перехода угла ком систематической погрешности в фа- сдвига фаз в интервал времени, заползовых измерениях и их влияние не позво- ненни интервала счетйымн импульсами ляет добиться высокой точности изме- t0 и вычислении значения угла сдвига фаз, рений. а также известно устройство для реализации данного способа, снабженное двумя каналами, каждый из которых содержит формирователь импульсов, вход которого Б совмещен с входом фазометра, устройством выделения моментов перехода гармонических сигналов через нулевое значение, вход которого совмешен с выходом формирователя, выходы устройств

Нелинейные искажения смешают точ- 2О моментов перехода гармонических сигки нулей и максимумов сигналов, поэ- налов через нулевое значение совмешетому результаты измер.ния содержат ны с входом электронного ключа, высистематлчесскую погрешность, нрннпн- ход которого совмещен с регистрнотю651269 щнм устройством, вход электронного юпоча совмещен с выходом генератора эталонной частоты (1).

Недостатком известного способа является наличие систематической погрешности измерения, вызванной нестабильностью измерении момента перехода напряжения нерез нулевое значение и неидеальностью ключей.

Известен способ измерения угла сдвига фаз между двумя гармоническими сиг налами, заключающийся s выделении моментов перехода гармоническими сигналами максимального значения, преобра зовании по моментам перехода через данное значение сигналов угла сдвига фаз в интервал времени, заполнении ин тервала времени счетными импульсами и вычислении значения угла сдвига фаз, а также известно устройство для реализации этого способа, содержащее генератор эталонной частоты, электронный ключ, умножитель частоты, регистратор, кнопки Пуск, "Сброс" и связанные с электронным ключом два канала, каждый из которых включает в себя схему выделения элементов перехода гармонического сигнала через максимальное значение f2)

Недостатком известного устройства является сравнительно невысокая точ- ность из-за влияния нелинейных иска:— жений.

Бель изобретения - повышение точности измерения угла сдвига фаз между двумя гармоническими сигналами.

Указанная цель достигается тем, что в способе измерения угла сдвига фаз между двуми. гармоническими сигналамя, заключающемся в выделении моментов перехода гармоническими сигнапами максимального значения, в преобразовании по моментам перехода через данное значение сигналов угла сдвига фаз в интервал времени, в заполнении интервала времени счетными импульсами и вычислении значения угла сдвига фаз, сначала выделяют моменты перехода сигналов через четное число выбранных симметрично расположенных относитель но нуля положительных и отрицательных фиксированных уровней напряжения, зна чения которых не превосходят амплитуды сигналов, для каждого уровня выделяют моменты перехода сигналов че рез максимальное значение, а после заполнения интервалов времени счетными импульсами по числу выбранных уровней усредняют числа импульсов, пропорциональные углу сдвига фаз между гармоническими сигналами при каждом из уномянутых уровней напряжения, и Для реализации указанного способа устройство, содержащее генератор эталонной частоты, электронный ключ, умножитель частоты, регистратор, кнопки

Пуск, Сброс" и связанные с элек30 тронным ключом два канала, каждый из которых включает в себя схему выделения моментов перехода гармонического сигнала через максимальное значение, снабжено коммутатором, сумматором и цифровым делителем, а каждый канлл снабжен фиксатором уровней, генератором ударного возбужпения и лйнейным усилителем, вход которого совмещен с входом устройства, при этом

30 в каждом канале выход линейного усилителя подключен к одному из входов фиксатора уровней, выходы которого связаны с входами схем выделения моментов перехода сигналов через максималь=

33 ное значение и входами генератора ударного возбуждения, а выход генератора ударного возбуждения соединен с одним из входов схемы выделения моментов перехода сигналов через максимальное

36 значение выходы коммутатора связаны с вторыми входами обоих фиксаторов уровней, а электронный ключ подключен к регистратору через сумматор и цифровой делитель.

3$

На чертеже изображена функционал ная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит коммутатор 1, - сумматор 2, цифровой делитель 3, а каж40 дый канал снабжен фиксатором.4 и 5 уровней, генератором 6 и 7 ударного возбуждения и линейным усилителем 8 или 9, схемы 10 и 11 выделения моментов перехода сигналов через максимальное значение, электронный ключ 12, регистратор 1Э, кнопку "Сброс 14, кнопку Пуск" 15, генератор 16 эталонной частоты, умножитель 17. Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Гармонические колебания поступают на оба входа фазометра и с помощью линейных усилителей 8 и 9. усиливаются до выбранного фиксированного значения, Ы одинакового для обоих каналов. При нажатии кнопки Сброс" 14 все счетные узлы фазометра приводятся в рабочее состояние, при нажатии кнопки Пуск"

15 приводятся в рабочее состояние схе5 6 мы 10 и 11. Усиленные гармонические колебания приходят на вход фиксаторов

4 и 5 уровней, которые задают д постоянных уровней напряжения Q . по f Я одинаковых попарно уровней в полож»»тельной и отрицательной областях напряжения и генериру»от короткие импульсы в моменты пересечения входным сигналом выбранного уровня напряжения 0 ° .

Коммутатор 1 осуществляет выбор одного из уровней 0„- и по окончании измерения при выбранном уровне О; производит переключение фиксаторов- 4 и 5 на другой уровень напряжения, одинаковый для обоих фиксаторов, таким образом происходит перебор всех»» зна чений уровней напряжения 0„.

Выходные импульсы фиксаторов 4 и

5 поступают на входы схем 10 и 11 и на входы генераторов 6 и 7 ударного возбуждения, которые запускаются от первого импульса соответствующего фиксатора и прекращают генерацию по второму импульсу фиксатора. Оба генератора 6 и 7 генерируют последовательность импульсов высокой частоты, синхронных относительно первого (запускающего) импульса соответствуюшего фиксатора уровней. Синхронность импульсов заполнения относительно момента запуска существенно повышает точность деления выделенного временного интервала на два с помощью вь»читаиия, так как отсутствуют случайные колебания импульса, соответствующего середине выделенного временного интервала (и максимуму входного сигнала) в интервале (Π— Т„) (Тк -период следования частоты), свойствевнь»е прототипу. На выходах схем 10 и 11, выделяются короткие импульсы, соответствующие моментам перехода входных напряжений через максимальное значение. Выходной импульс схемы 10 открывает электронный ключ 12 и импульсы генератора 16 эталонной частоты через умножитель 17 частоты поступают на сумматор 2. Выходным импульсом схемы 11 закрывается электронный ключ 12 и блокируется у»»но житель l7. После перебора коммутатором 1 всех И заданных уровней напряжения в сумматоре фиксируется

Т1 число, . N где ; — число им1 - и» пульсов умножителя 17, пропорниоиальиое сдвигу фаэ на уровне напряжения

1269

U; . С помощью делителя 3 оычис»l

Е N ляется числе иилульсея я - Ы вЂ” — — —, 3 СР И пропорциональное усредненному по числу уровней ц сдвигу фаз, близкому к значению сдвига фаэ между первыми гармониками входных сигналов. Регистратор

»6 13 вычисляет усредненное значение сдвига фаз согласно формуле

7. к;-g

Ч, =

СР Е .K.n где И„- число импульсов, соответс» вуюшее мгновенному значению угла сдвига фаз на уровне Ц j — число уровней напряжения, „- частота входных сигналов, „- частота генератора 16;

- коэффициент умножения (36, 360, 3600 и т.д.).

Формула изобретения

1. Способ измерения угла сдвига фаз между двумя гармоническими сигнала ми, заключающ»»йся в выделении моментов перехода гармоническими сигналами максимального значения, преобразовании по моментам перехода через данное значение сигналов угла сдвига фаз в интервал времени, заполнении интервала времени счетными импульсал»и и вычислении значения угла сдвига фаз, о т— л и ч а ю ш и =ся тем,,что, с целью

40 повыц»ения точности. измерения, сначала выделяют моменты перехода сигналов через четное число выбранных, симметрично расположенных относительно нуля положительных и отрицательных фиксированных уровней напряжения, значение которых не превосходит амплитуды сигналов, для каждого уровня выделяют моменты перехода сигналов через максимальное значение, а после заполнения интервалов време»ш счетными импульсами по числу выбранных уровней усредняют числа импульсов, дропорцноналып.»е углу сдвига фаз между гармоническими сигналами при каждом иэ упомянутых уровней напряжения.

2. Устройство для осушествлеиил способа по п. 1, содержа»лее генератор эталонной частоты, электронный ключ, умножитель частоты, регистратор, кноп651269 и входами генератора ударного возбуждения, а выход генератора ударного возбуждения соединен с одним из входов схемы выделения моментов перехода сигS налов через максимальное значение, Bbt» ходы коммутатора связаны с вторыми входами обоих фиксаторов уровней, а электронный ключ подключен к регистратору через сумматор и цифровой де1© литель. кн Пуск", Сброс" и связанные с электронным ключом два канала, каждый из которых включает в себя ° схему выделе- ния моментов перехода гармонического сигнала через максимальное значение, о т л и ч а ю ш e e с я тем, что, с целью повышения точности Ъзмерения, оно снабжено коммутатором, сумматором и цифровым делителем, а каждый канал снабжен фиксатором уровней, генератором ударного возбуждении и линейным усилителем, вход которого совмещен с

Входом устройства при этом в каждом канале выход линейного усилителя подклю чен к одному из входов фиксатора уров- 1б ней, выходы которого связаны с входами схем выделения моментов перехода сигналов через максимальное значение

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.

1. Орнатский П. П. Автоматические измерения и приборы. Киев, "Высшая школа, 1971, с. 415-422.

2. Авторское свидетельство СССР

N 3112141 кл. G 01 и 25/00, 1970.

Составитель В. Новицкий

Редактор А. Мурадян Техред Э. Чужими Корректор Л. Василина

Закаэ 798/42а Тираж 1089 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж35, Раушская наб., д. 4/5

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