Измеритель сдвига фаз

 

Изобретение предназначено для повышения точности измерения.сдвига фаз между синусоидальными сигналами. Измеритель содержит два идентичных канала, каждый из которых включает стробоскопические преобразовал ели 1 и 1.1 и аналого-цифровые преобразова-. тели 2 и 2.1. Кроме того, устройство содержит генератор 12 тактовых импульсов , постоянный запоминаюЕ ий блок 13, общий сумматор 14, сумматор-накопитель 15, общий блок 16 деления и счетчик 17 тактов. В каждый канал измерителя введены регистры 3 и 3., 4 и 4.1, 6 и 6,1,, 7 и 7,1 памяти, сумматоры 5 и 5.1 и 9 и 9,1, блоки 8 и 8.1 деления, регистры 10 и 10,1 и вычислительные блоки 11 и 1 , 1 , Благодаря этому на результат измерения не влияет наличие постоянной составляюр;ей Ujj в исследуемом и/или опорном сигналах, так как мгновенные значения фаз исследуемого и опорного сигналов cf: иср; не зависят от Ug . 2J J ил. фие.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<дц G 01 R 25/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4055071/24-21 (22) 11.04.86 (46) 15.12.87. Бюл. 11 46 (72) П.А.Рупасов, А.Ф.Кикин, А.Н.Даровских и О.Д.Романова (53) 621.317.77(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 741186> кл. G 01 R 25/00, 1977.

Авторское свидетельство СССР

Р 879498, кл. Г» 01 R 25/00, 19?9. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ СДВИГА ФАЗ (57) Изобретение предназначено для повьппения точности измерения сдвига фаз между синусоидальными сигналами.

Измеритель содержит два идентичных канала, каждый из которых включает стробоскопические преобразователи 1 и 1.1 и аналого-цифровые преобразова„„ЯО„„1359752 л1 тели 2 и 2.1. Кроме того, устройство содержит генератор 12 тактовь.х импульсов постоянныи запоминяюу и олок

13, общий сумматор 14, сумматор-накопитель 15, общий блок 16 деления и счетчик 17 тактов. В каждый канал измерителя введены регистры 3 и 3.1, 4 и 4.1, 6 и 6.1, 7 и 7.1 памяти, сумматоры 5 и 5.1 и 9 и 9.1, блоки 8 и 8.1 деления, регистры 10 и 10.1 и вычислительные блоки 11 и 11,1, Благодаря этому на результат измерения

Hp влияет наличие постоянной состазляющей П в исследуемом и/или опор0 ном сигналах, так как мгновенные значения фаз исследуемого и опорного

1 сигналов с и g не зависят от 11

2 ил.

1 ?35975

Изобретение относится к технике электроизмерений, а именно к измерению сдвига фаз между синусоидальными сигналами.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

На фиг. 1 приведена структурная схема измерителя; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие его работу, 1>

Измеритель сдвига фаз содержит стробоскопические преобразователи

1 и 1.1 и последовательно соединенные с ними аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 2 и 2.1, первые и вторые регистры 3 и 3.1, 4 и 4.1 памяти, первые сумматоры 5 и 5.1, третьи и четвертые регистры памяти 6 и 6.1, 7 и 7.1, блоки Я и 8.1 деления, нторые сумматоры 9 и 9.1, первые регист- 2О ры 10 и 10.1, вычислительные блоки, 11 и 11.1. Измеритель содержит также генератор 12 тактовых импульсов, постоянный запоминающий блок (ПЗБ) 13, общий сумматор 14, сумматор-накопитель 15, общий блок 16 деления,, счетчик 17 тактов. Тактовые входы всех узлов измерителя соединены с выходами генератора 12.

При этом выходы регистров 3 и 3.1 дополнительно соединены с вторыми < входами сумматоров 5 и 5.1 соответственно, выходы регистров 6 и 6.1 также дополнительно соединены с вторыми входами блоков 8 и 8.1 деления, 35 постоянный запоминающий блок 13 первым выходом соединен с вторыми входами сумматоров 9 и 9.1, а вторым выходом -, с вторыми входами вычислительных блоков ll u 11.1, выходы ко- 4О торых соответственно соединены с входами общего сумматора 14, соединенного выходом через сумматор-накопитель !5 с общим блоком 16 деления, выход которого является выходом уст- 45 райства, а первый тактовый выход генератора 12 через счетчик 17 соединен с вторым выходом общего блока 16 деления.

Измеритель сдвига фаз работает 50 следующим образом.

При включении измерителя производится запись в счетчик 17 числа 5. При поступлении на входы измерителя синусоидальных напряжений стробоско- 55 ,пические преобразователи 1 и 1.1 производят дискретизацию мгновенных значений амплитуд сигналов и запоми нание этих мгновенных значений. ( у, -у

А =сов -с - — —(» (>

2 Ъ.

У» Ух

А =cos(-c)- = ——

< ч -ч

У

-2- "Ъ где

360 to

T. (2) Импульсы дискретизации поступают на стробопреобразователи 1 и 1.1 с генератора 12, а потому напряжения на выходах стробопреобразователей

1 и 1.? имеют ступенчато-синусоидальный вид. АЦП ? и 2.1 преобразуют напряжение "ступенек" в цифровой код, т.е. на выходах АЦП 2 и 2.1 присутствуют цифровые эквиваленты мгновенных значений у; и у,, где i=?,2,3..., и является и номером такта, и номером выборки мгновенных значений входных сигналов.

Синхронизация работы измерителя осуществляется тактовыми импульсами, снимаемыми с прямого и инверсного выходов генератора 12. В перном такте работы измерителя (i=l) цифровые эквиваленты мгновенных значений входных сигналов у, и у, записываются в регистры 3 и 3.1. Во втором такте (i=2) коды значений у, и у, переписы" наются из регистров 3 и 3.1 в регистры 4 и 4.1, цифровые эквиваленты у ( и у записываются в регистры 3 и 3.1, сумматоры 5 и 5.1 формируют разностные сигналы у, -у и у, -у . В третьем

2 такте (i=3) коды значений у и у пе2 реписываются в регистры 4 и 4.1, сиг(I налы у,-у2 и у, -у записываются в регистры 6 и 6.1.

Затем цифровые эквиваленты у и ( у> записываются в регистры 3 и 3.1, 1 сумматоры 5 и 5 ° 1 формируют разностные сигналы у -у и у -у, а сигналы

2 и у< у2 переписываются иэ ре гистров 6 и 6.1 в регистры 7 и 7.1.

O ÷åòâåðòîì такте (i=4) коды значений у> и у> переписываются из регистров 3 и 3.1 в регистры 4 и 4.1, сигналы у -y и у -y> записываются в ( регистры 6 и 6.1, а блоки 8 и 8.1 деления формируют сигналы ††- u = -,- -, ytl У у< 2

У2 Уз У2 У

Затем цифровые эквиваленты у4. и у записываются в регистры 3 и 3.1, сумматоры 5 и 5.1 формируют разностные сигналы УЗ у и уз уеду сигналы

I у -у и у -у, переписываются из регистров 6 и 6.1 в регистры 7 и 7.1, а сумма. торы 9 и 9.1 вычисляют значения

13597 где t — интервал дискретизации входных сигналов;

Т вЂ” период входных сигналов хранящихся в ПЗБ 13, Значение cos(-с) поступает на вторые входы сумматоров 9 и 9.1.

В пятом такте (i=5) коды значений ! у и у переписываются из регистров . 3 и 3.1 в регистры 4 и 4.1, сигналы 1р ( у у4 и у у4 записываются в регист ры 6 и 6. 1, блоки 8 и 8. 1 деления

У2 /З У У формируют сигналы — — - и --,--, в

У3 " 4 3 "4 регистры 10 и 10.1 записываются зна- 15 чения А, и А, (формула (1)), а специализированные вычислительные блоки

11 и 11.1 производят вычисление мгновенных значений фаз g и ср, исследуемого и опорного сигналов по форму- 2р лам

А, Щ =arctic - - —

5171(с )

I (А1 ср, с s.rctg Я1й1-с! (3) 25

Значение sin(ñ) поступает на вторые входы блоков ll и 11.1 с ПЗБ 13.

Затем цифровые эквиваленты у и у записываются в регистры 3 и 3.1, сумматоры 5 и 5.1 формируют разностные сигналы у„-у и У4 -у, Разностные сигналы у -y и y ó переписываются из регистров 6 и 6.1 в регистры 7 и

7.1, сумматоры 9 и 9.1 вычисляют значение

i 1т -V5

«х м — COS(-C/м чт -ст

"Ъ "4

/ ст2 - 1/3

А =cos(-c)- "---"—

2 . т т

«4 сумматор 14 вычисляет разность мгно- 40 ,I

:венных значений фаздц, =ср,-ср,, В пятом такте происходит также обнуление счетчика 17, в который предварительно было записано число—

5, и обнуление сумматора-накопите- .

45 ля-15.

В шестом такте работы измерителя .(1=6) коды значений у и у перепи5 сываются из регистров 3 и 3.1 в регистры 4 и 4.1, раэностные сигналы

У4 -у и yÄ-у переписываются в регистры 6 и 6.1, блоки 8 и 8.1 деле-! (y„-y уу-y4 ния формируют сигналы -"

55 в регистры 10 и 10.1 записываются значения А и А, блоки 11 и 11.1 вычисляют мгновенные значения фаз ср,и ср (аналогично вычислению ср, и

57 4

q ), а в сумматор-накопитель 15 переносится разность дср, . Затем в регистры 3 и 3,1 записываются цифровые т эквиваленты у и у, сумматоры 5 и б

5.1 формируют раэностные сигналы у -у и у -у, в регистры 7 и 7.1 пеI реписываются сигналы у, -у и у -у, сумматоры 9 и 9.1 вы исляют значения

I /4 5 "4 сумматор 14 вычисляет разность мгновенных значений фаэ д<р,=ср,-ср, а блок 16 деления вычисляет среднее значение разности фаэ

11 лир; Ч с (4)

Значение и поступает на второй вход блока 16 деления со счетчика 17.

Шестым тактовым импульсом с генератора 12 счетчик 17 устанавливается в состояние "1", т.e. n=l.

Таким образом, в шестом такте на выходе блока 16 деления, т.е. на выходе измерителя, появляется результат измерения сдвига фаэ между исследуемым и опорным сигналами дср., дскб сс

В дальнейшем, благодаря конвейерной обработке входных сигналов, осуществляемой в соответствии с алгоритмом, реализуемым в измерителе, обновление результата измерения происходит в каждом такте, т.е. в седьмом д р;

j= I такте д<р = -= — -- в восьмом такте ср и

4 дср; др; до = - =---, в девятом уо

3 - ср 4 и т.д.

Измерителем можно производить измерение сдвигов фаз как инфраниэкочастотных, так и высОкочастотных синусоидальных сигналов. В диапазоне инфранизких частот интервал дискретизации 1, выбирается меньше пе— риода Т входных сигналов и в таких пределах, чтобы обеспечить в течение периода многократные выборки мгновенm":х значений входных сигналов (фиг.2а).

Это позволяет практически полностью исключить время ожидания начала измерения и сократить эа счет этого обнее время измерения, При измерении сдвига фаэ высокочастотных сигналов выборки

5 !3597 мгновенных значений фаз могут производиться один раэ в несколько периодов (фиг. 2б), В отличие от измерителя-прототипа

5 в предлагаемом измерителе на результат измерения сдвига фаз не влияет наличие постоянной составляющей Ц в исследуемом и/или опорном сигналах.

Обеспечивается зто тем, что выражения !0 для вычисления в предлагаемом измерителе мгновенных значений Ьаз исследуемого и опорного сигналов ц и не

3 .J зависят от U, . Следовательно, разность фаз йу, не зависит от постоянной

15 составляющей U, в исследуемом и/или опорном сигналах, Сравнительный анализ дисперсии погрешности предлагаемого измерителя и измерителя-прототипа показал, что в предлагаемом измерителе дисперсия погрешности обратно пропорциональна количеству замеров, а в измерителе.прототипе с ростом числа измерений дисперсия погрешности увеличивается.

Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я

Измеритель сдвига фаэ, содержащий два идентичных канала, входы которых являются входами измерителя и в каждом из которых имеется последовательно соединенные стробоскопический преобразователь и аналого-цифровой преобразователь, генератор импульсов, соединенный с каждым иэ страбоскопических преобразователей, вычислительный блок и сумматор-накопитель, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, в него введе- 40 ны последовательно включенные в каж52

6 дом канале первый и второй регистры памяти, пЕрвый сумматор, третий и четвертый регистры памяти, блок деления, второй сумматор, первый регистр и вычислительный блок, .выходы каждого из вычислительных блоков соединены соответственно с входами введенного общего сумматора, выход которого через сумматор-накопитель соединен с входом введенного общего блока деления, выход которого является выходом устройства, счетчик и постоянный запоминающий блок, при этом выходы аналого-цифровых преобразователей каждого канала соединены с входами первых регистров памяти соответственно, выходы первого регистра памяти дополнительно соединены с вторыми входами первого сумматора соответственно, выход третьего регистра памяти соединен с вторыми входами дополнительно, блока деления, первый выход постоян" ного запоминающего блока соединен с вторым входом каждого второго сумматора, второй выход постоянного за"поминающего блока соединен с вторым входом каждого вычислителя, прямой выход генератора импульсов соединен с тактовыми входами аналого-цифрового преобразователя, второго и третьего регистров памяти, блока деления, первого регистра и вычислительного блока каждого из каналов и сумматоранакопителя и через счетчик соединен с вторым входом общего блока деления, а инверсный выход генератора импульсов соединен с тактовыми входами первых регистров памяти, первых сумматоров, четвертых регистров памяти, вторых сумматоров, общего сумматора и блока деления.

1359752

>о

Составитель В.Шубин

Редактор T.Ïàðôåíoâà Техред Л.Сердюкова

Корректор О.Кравцова

Тираж 730 Подписное

- ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, R-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 6151/48

Производственно-полиграйЬическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4