Способ измерения величины и знака сдвига фаз

356588

О П И С А Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

М, 1;л. Ст 01г 25/04

Заявлено 14 1Х.1970 (Ж 1475725/18-10) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 23.Х.1972. Бюллетень № 32

Дата опубликования описания З.IV.1973

Комитет ао делам изобретений и открытий ори Совете Министров

СССР

УДК 621.317.77(088,8) = - E-"ОЮяНАст — M&+

В. Я. Дремлюга, В. В. Литвинов и Ю. А. Скрипник

Авторы изобретения

Институт электродинамики АН Украинской ССР

Заяв лель

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ

И ЗНАКА СДВИГА ФАЗ

Изобретение относится к области фазоизмерительной техники и может быть использоBBkJ0 IIpkI создании прецизионных фазометров.

Известные способы измерения величины и знака сдвига фаз двух гармонических напряжений, основанные на преобразовании сравниваемых по фазе напряжений в одно пакетное фазомодулированное напряжение с помощью автоматического коммутатора, обладают малым быстродействием и неоднозначностью измерений.

Для повышения быстродействия и устранения неоднозначности измерений предлагается способ, по которому из каждого напряжения, сдвиг фаз между которыми подлежит измерению, периодически и синхронно с частотрй опорного напряжения выделяют по одному периоду указанных колебаний, суммируют их в одну последовательность, из которой формируют последовательность прямоугольных импульсов, управляющих работой элемента с двумя устойчивыми состояниями, например, триггера. По степени несимметрии его устойчивых состояний судят о величине измеряемого сдвига фаз, а по совпадению временных приращений длительностей его устойчивых состояний с четными и нечетными полупериодами опорного напряжения судят о знаке измеряемого сдвига фаз.

На фиг. 1 представлена блок-схема одноканального фазометра, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 — эпюры напряжений, поясняющие его работу.

Схема фазометра с входными клеммами 1 и 2 состоит из блока измерения величины сдвига фаз, содержащего автоматический переключатель 8, формирователь 4 прямоугольных импульсов, статический триггер 5 со счетным запуском и блок измерения несиммеррии ус)гойчивых состояний триггера, например, стрелочный индикатор 6 блока управления 7, выполненного по схеме последовательно соединенных формирователя прямоугольных импульсов и триггерного делителя частоты на два, управляющего работой автоматического переключателя и блока 8 индикации сдвига фаз, например, лампочки накаливания, построенного на базе схем совпадения и индикации.

Фазометр работает следующим образом.

Сравниваемые по фазе напряжения Ь, =

=U„„sinet и U — — U,.„, зтп (от/+тр) или U, ==

=U„, sin(oIt — тт) (фиг. 2а, б, в) постуттают соответственно на первый и второй входы автоматического переключателя 3. Последний управляется импульсами блока управления, формируемыми из опорного гармонического напряжения известным образом.

БлагодаРя триггерному делителю на два

30 длительность управляющих импульсов в два

356588

60! 1 раза больше длительности импульсов из опорного напряжения. 11оэтому за время его воздействия на автоматический переключатель 8 через последний проходит одно полное колебание Up опорного напряжения (эпюра ж), а за время паузы между импульсами — полное колебание измеряемого напряжения U .

На выходе автоматического переключателя получают периодическую последовательность обоих напряжений (эпюра ж), из которой формируют последовательность прямоугольных импульсов (эпюра и или к соответственно в случае отставания или опережения по фазе измеряемым напряженнем опорного) . После дифференцирования импульсов полученной последовательности этими импульсами, соответствующими передним фронтам импульсов с формирователя импульсов, управляют работой двоичного элемента, в качестве которого выбран статический триггер 5. Выходные импульсы последнего поступают в схему выявления и измерения несимметрии устойчивых состояний триггера б.

Существует несколько способов измерения асимметрии устойчивых состояний двоичного элемента, основанные на использовании аналоговой и дискретной техники. Так, например, в случае аналоговой обработки импульсной последовательности (эпюры и —:о), можно использовать стрелочный индикатор, включенный по дифференциальной схеме (между коллекторами обоих плеч статического триггера).

При таком включении стрелочного индикатора его показания пропорциональны разности постоянных составляющих токов в различные промежутки времени, т. е. в моменты существования импульсов (эпюра и) в паузах между ними.

При отсутствии фазового сдвига между измеряемым и опорным напряжениями напря>кения левого и правого плеча статического триггера 5 равны друг другу, а результирующий ток через стрелочпый прибор равен нулю.

В случае же наличия сдвига фаз между двумя колебаниями импульсная последовательность (эшоры и или к), а также входная последовательность импульсов с левого н правого плеч статического триггера (эпюры и и о пли и и р) становятся несимметричными (длительности импульсов с левого плеча триггера оказываются большими паузами в работе этого же плеча).

Разница в длительностях импульсов и пауз между ними или, что равносильно разнице в длительностях импульсов левого и правого плеч триггера, вызывает появление и протекание через стрелочный прибор постоянного тока, величина которого пропорциональна этой разнице, т. е. где 1„— амплитуда импульсов тока статического триггера;

35 к — длительность приращения импульса, выраженная в радианах, равная

T !,;

Т, и Т, — длительности импульсов левого и правого плеч триггера 5.

Так как величина этой разности однозначно определяется фазовым сдвигом между обоими гармоническими колебаниями, то величина постоянной составляющей также оказывается прямо пропорциональной величине фазового сдвига этих колебаний.

В случае дискретной обработки последовательности прямоугольных импульсов можно использовать счетчик импульсов, подсчитыва. ющий за время длительности импульса триггера число высокочастотных импульсов, прн. ходящих к нему через открытый на это время селекторный ключ.

Г1редлагаемый способ обладает повышенным быстродействием, так как частота коммутации всего лишь в два раза меньше частоты сигнала, а не на несколько порядков меньше, как в известных одноканальных способах измерения величины сдвига фаз.

Кроме того, данный способ позволяет простыми средствами получить информацию о знаке измеряемого сдвига фаз. Из эпюр г, д и и видно, что, подавая выходные импульсы триггера в две схемы совпадения, на одну. из которых поступают опорные нечетные импульсы с блока управления 7, а на другую— четные импульсы этой же последовательности, на выходах последних в зависимости от отставания или опережения измеряемым напряжением опорного появляется напря>кение, которое используется для индикации знака измеряемого сдвига фаз.

Предмет изобретения

Способ измерения величины и знака сдвига фаз двух гармонических напряжений, основанный на формировании из пакетов измерительного и опорного напря>кений разрывно-периодических импульсов, отличающийся тс м, что, с целью повыше: ия быстродействия и устранения неоднозначности измерений, из каждого напряжения периодически и синхронно с частотой опорного напряжения выделяют,по одному .периоду указанных колебаний, суммируют их в одну последовательность и формируют прямоугольные импульсы, которые используют для управления работой элемента с двумя устойчивыми состояниями, например, триггера, по степени несимметрии состояний которого определяют с помощью стрелочного индикатора величину измеряемого сдвига фаз, а по совпадению временных приращений длительностей устойчивых состояний указанного двоичного элемента с четными и нечетными полупериодами опорного напря>кения определяют с помощью индикатора, например, лампочки накаливания, знак измеряемого сдвига фаз.

356588

4 о

2 1

Г ! ! ! ! !

1 !

1 ! ! !

1 (1 !

1 !

1 !

Уиг. /!

/, /(1э, Г еГ Ъ, (1 . (( ), 1

Г(1 у .— Д = .. gy M :, (— Ь ! ! (1

1 / (f- — b- ! г: 1- » М-л. - г д Г 1 Г 1 Х 1. Гф 1Л Гф. ) — ::1