Устройство для измерения сдвига фаз

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 01.06.77 (21) 2491793/18-21 с присоединением заявки Jf-(23) Приоритет— (51) М Кп г

G 0I R 25/00

Государстеееный наинтет

СССР по делам изобретений н открытий

Опубликовано 05.05.79. Бюллетень № 17

Дата опубликования описания 15.05.79 (53) УДК621.317..77 (088.8) (72) Авторы изобретения

Э. С. Костин и А. И. Соляник (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА ФАЗ

Изобретение относится к фазоизмерительной технике и может быть использовано для измерения сдвига фаз между двумя гармоническими сигналами в условиях помех в радиотехнике и машиностроении при испытаниях конструкции на вибрацию.

Известно устройство аналогичного назначения, содержагцсс формирователи, триггеры, счетчики, кл1оч, генератор импульсов, элемент совпадения, вентиль и схему задержки (1) .

Однако точность его измерения недостаточна.

Известно устройство для измерения малых фазовых сдвигов гармонических сигналов, содержащее клю IH, интеграторы, нульорганы, элемент ИЛИ и задатчик времени, основанное на интегрировании каждого из исследуемых сигналов на двух временных участках и выделении в этом процессе временного интервала, пропорционального двойному фазовому сдвигу (2).

Однако устройство имеет недостаточную точность измерения.

Цель изобретения — повышение точности.

Цель достигается за счет того, что в устройство для измерения сдвига фаз, содержащем два интегратора, последовательно соединенные нуль-орган, логический блок и

5 элемент ИЛИ, второй вход которого связан с выходом нуль-органа непосредственно, дополнительно введены формирователь сигнала, подключенные к выходу элемента ИЛИ последовательно соединенные кольцевой счетчик, одновибратор, выходной ключ и фильтр нижних частот, выход которого подключен к выходу устройства, а также шесть ключей, при этом первые входы первого и второго ключа соединены с выходом формирователя сигнала, вторые входы их связаны с первым и третьим выходами кольцевого счетчика, а выходы обоих ключей через соответствующие интеграторы подключены к первым входам третьего и четвертого ключей, вторые входы которых подключены к второму и первому выходам кольцевого счетчика, а выходы третьего и четвертого ключей соединены с вторым входом выходного ключа, первые входы пятого и шестого интеграторов подключены к входам соответствующих интеграторов, вторые входы упо661398 мянутых ключей — с выходами интеграторов, третий вход пятого ключа связан с третьим выходом кольцевого счетчика, а ретий вход шестого ключа — с вторым выхолом кольцевого счетчика.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2— временная диаграмма работы устройства

Схема устройства состоит из формирователя 1 сигнала, бесконтактных ключей 2 — 8, интеграторов 9, 10, фильтра 11 нижних частот, нуль-органа 12, логического блока, состоящего из схемы И вЂ” НЕ 13 и триггера 14, элемента ИЛИ 15, кольцевого счетчика 16 и одновибратора 17.

На вход формирователя 1 поступает один из исследуемых сигналов, выход формирователя через ключи 2 и 5 подключен к входам интеграторов 9, 10, одновременно связанным с входами ключей 6 и 3, выходы интеграторов 9, 10 соединены соответственно с входами ключей 3 и 6 и входами ключей 7 и 4, выходы которых связаны между собой и подключены к входу ключа 8, выход ключа

8 соелинен с входом фильтра 11 нижних частот, выход которого является выходом устройства, второй исследуемый сигнал подается на вход нуль-органа 12, выход которого одновременно подключен к входам схемы

И вЂ” HE 13, триггера 14 и элемента ИЛИ 15, второй вход схемы И вЂ” HE 13 соединен с выходом триггера 14, а выход схемы И вЂ” HE

13 связан с вторым входом элемента ИЛИ

15, выход которого подключен к входу кольцевого счетчика 16, первый выход кольцевого счетчика 16 одновременно связан с управляющими входами ключей 3 и 5, второй выход кольцевого счетчика 16 одновременно подключен к управляющим входам ключей 4 и 6 и первому входу одновибратора

17, третий выход кольцевого счетчика одновременно соединен с управляющими входами ключей 2 и 7 и вторым входом одновибратора 17, выход олновибратора !7 подключен к управляющему входу ключа 8.

Работа предлагаемого устройства состоит в интегрировании в течение полупериода усиленного и ограниченного формирователя сигнала, фаза которого принимается за неизвестную, и осреднения в течение периода сигнала импульсов с длительностью a., которая не зависит от периода сигнала, и амплитудой, равной интегралу усиленного и ограниченного сигнала.

Начало и конец цикла интегрирования определяются моментами перехода через нулевые значения опорного сигнала, фаза которого принимается за нулевую, причем начало первого цикла интегрирования соответствуют первому положительному значению производной этого сигнала в момент

:i.o перехода через нулевое значение. Алго5

1о

15 го

25 зо

55 ритм работы устройства представляется следующим образом т

r х2(t)dt = Т (Ф

Т вЂ” период сигнала;

А — уровень сигнала на выходе формирователя;

a. — длительность импульсов.

Из приведенного выражения (1) следует, что уровень выходного сигнала устройства не зависит от частоты и пропорционален двойному фазовому сдвигу между исследуемыми сигналами, что обеспечивает высокую чувствительность устройства, а двойное синхронное интегрирование в сочетании с усилением и ограничением исследуемых сигналов — помехоустойчивость.

Устройство работает в следуюгцей последовательности.

Сигналы, разность фаз между которыми необходимо измерить, поступают на входы

1 и 2 (см. фиг. 2, а, б). Из сигнала входа 1, являющегося опорным, с помощью нуль-органа 12 формируются короткие импульсы с полярностью, соответствующей знаку производной сигнала в моменты перехода его через нулевые значения (см. фиг, 2, в).

Г!срвым положительным импульсом с выхода нуль-органа 12 трипер 14 устанавливается в «1» и разрешает инвертирование импульсов отрицательной полярности с выхо In нуль-органа 12 с помощью схемы

И вЂ” НЕ 13.

Запуск схемы первым положительным импульсом позволяет исключить неопределенность, которая может возникнуть при отсчете начальной фазы.

Серия положительных импульсов с удвоенной частотой опорного сигнала с выхода схемы ИЛИ 15 поступает на вход кольцевого трехкаскадного счетчика 16. На трех выходах счетчика !6 образуются серии тактовых импульсов, управляющих ключами

2 — 7 (см. фиг. 2, г, д, е), причем ключи в парах 2 и 7, 3 и 5, 4 и 6 работают олновремен но.

Из серий импульсов, поступающих с IiepBblx двух выходов счетчика 16,одновибратором !7 формируется последовательно импульсов с длительностью а, управляющая работой ключа 8.

Пол действием первого тактового управляющего импульса с первого выхода счетчика !6 замыкается ключ 2 и интегрируется интегратором 8 усиленный и ограниченный формирователем сигнал, поступающий по входу 1. Через половину периода с момента начала интегрирования замыкаются ключи

661398

4 и 8 и в течение времени а читается результат интегрирования, выполненного интегратором 10 (см. фиг. 2, к).

Одновременно с этим ключ 6 разряжает емкость памяти интегратора 9, подготавливая этот интегратор к работе. В следующий полупериод (третий такт) замыкается клгоч 5 и интегратором 9 интегрируется сформированный сигнал входа 2, замыкается клгоч 3 и разряжается емкость памяти интегратора 10.

В следующем цикле, состоящем из трех тактов, вновь вступает в работу интегратор

l0 и одновременно считается результат интегрирования интегратором 9 с помощью ключей 7 и 8.

В дальнейшем процесс повторяется.

Полученная на выходе ключа 8 последовательность импульсов (см. фиг. 2, к) осред-. няется фильтром 11 нижних частот. Уровень выходного постоянного напряжения фильтра

11 нижних частот пропорционален двойному 20 сдвигу фаз между исследуемыми сигналами (1), а изменение полярности этого напряжения характеризует переход от области сдвигов фаз 0...90 к области 90...180, причем положительной полярности выходного сигнала фильтра соответствует область сдвига фаз 0...90, а отрицательной 90...180 .

В предлагаемом устройстве можно увели lHTb число измерительных каналов путем соответствующего увеличения количества интеграторов, общих ключей и фильтров ниж- 30 них частот оез изменения схемы опорного канала, что упрощает обпгх1о схему и облегчает ее настройку.

Результаты измерения могут быть вывелены на шлейфовый осциллограф или введены через аналого-цифровой преобразователь в LI3BM по командам, формируемым

ЦЭВМ из выходных импульсов кольцевого счетчика, что позволит автоматизировать процесс измерения сдвига фаз.

Использование предлагаемого устройст- 40 ва позволит производить измерение сдвига фаз в условиях помех и при искажениях формы сигналов, причем результат измерений не зависит от частоты исследуемых сигналов, что упрогцает интерпретацию результатов.

На предприятии изготовлен опытный образец устройства и получены положительные результаты в процессе его испытаний.

Формула изобретения

Устройство для измерения сдвига фаз, содержащее два интегратора, последовательно соединенные нуль-орган, логический блок и элемент ИЛИ, второй вход которого связан с выходом нуль-органа непосредственно, от гичающееся тем; что, с целью повышения точности, в него дополнительно введены формирователь сигнала, подключенные к выходу элемента ИЛИ последовательно соединенные кольцевой счетчик, одновибратор, выходной клкгч и фильтр нижних частот, выход которого подключен к выходу устройства, а также шесть ключей, при этом первые входы первого и второго ключа соединены с выходом формирователя сигнала, вторые входы их связаны с первым и третьим выходами кольцевого счетчика, а выходы обоих ключей через соответствующие интеграторы подключены к первым входам третьего и четвертого ключей, вторые входы которых подключены к второму и первому выходам кольцевого счетчика, а выходы третьего и четвертого ключей соединены с вторым входом выходного ключа, первые входы пятого и шестого интеграторов подключены к входам соответствующих интеграторов, вторые входы упомянутых ключей — с выходами интеграторов, третий вход пятого ключа связан с третьим выходом кольцевого счетчика, а третий вход шестого ключа — с вторым выходом кольцевого счетчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизс

1. Авторское свидетельство СССР № 473120, G 01 R 25/00, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР № 474763, G 01 R 25/00, 1974.

661398

6а. r и О

2 Ь 1)А

Йа.2

Составитель А. Старостина

Редактор Л. Устинова Техред О. Луговая Корректор О. Билак

Заказ 2440/43 Тираж 1089 Подписное

ЦН ИИ ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

"":илиал П П П «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4