Устройство для измерения фазового сдвига

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик («)951177 (6!) Дополнительное к авт. свид-ву 9 352230 (22) Заявлено 290181 (21) 3242711/18-21 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 150832. Бюллетень ¹ 30

Дата опубликования описания 150832 (51jМ Кл з

G 01 R 25/00

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 621. 317. . 77 (088. В) (72) Авторы изобретения

А.Н. Чиркин и А.A. Аллахвердов (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВОГО СДВИГА

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, в частности к измерениям фазового сдвига между двумя синусоидальными напряжениями и может использоваться в радиолокации, По основному авт.св. М 352230 известно устройство для измерения фазового сдвига, которое содержит первый и второй формирователи импульсов, первый и второй электронные ключи, управляющие входы которых соединены с выходами первого и второго формирователей импульсов соответственно, генератор счетных импульсов, выход которого соединен с информационными входами первого и второго электронных ключей, логический элемент, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго электронных ключей соответственно, третий электронный клоч, информационный вход которого соединен с выходом логического элемента, счетчик импульсов, вход которого соединен с выходом третьего электронного ключа,времязадающий узел, вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов, а выход соединен с управляющим входом третьего электронного ключа, и узел индикации знака, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго формирователей импульсов (1) .

Недостатком этого устройства является наличие погрешности измерения фазового сдвига при отличных от нуля порогах срабатывания формирователей импульсов и неравных амплитудах синусоидальных напряже.ний, приложе нных ко входам этих формирователей.

Цель изобретения — повышение точности при произвольных амплитудах входных сигналов и большом динамичес ком диапазоне и зменения амгл итуд.

Поставленная цель достигаетс.я тем, что в устройство для измерения фазового сдвига, содержащем первый и второй формирователи импульсов, первый и второй электронные ключи, управляющие входы которых соединены с выходами первого и второго формирователей импульсов соответственно, генератор счетных импульсов, выход которого соединен с информационными входами первого и второго электронных ключей, логическ ий элемент, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго электронных ключ ей соответственно, третий

951 17 7 электронный ключ, информационный вход которого соединен с выходом логического элемента, счетчик импульсов вход которого соединен с выходом третьего электронного ключа, нремязадающий узел, вход которого 5 соединен с выходом генератора счетнь|х ,импульсов, а выход соединен с управлянхцим входом третьего электронного ключа, узел индикации знака, первый и второй входы которого соединены с 10 выходами первого и второго формирон ателей импульсов, дополнительно введены шестой, седьмой, восьмой и девятый электронные ключи, первый и втоРой инвертары, пеРВый и втоРой 15 элементы ИЛИ, элемент задержки, первая и вторая вентильная группы, ренерсивный счетчик и сумматор, причем выходи счетчика через первую вентильную группу подключены к первым 20 входам сумматора, а выходы реверсивного счетчика через вторую нентильную группу подключены ко вторым входам сумматора, при этом управлякцие входы нентильных групп подключены к выходу первого иннертора, вход которого соединен со входом третьего электронного ключа, суммирующий вход реверсивного счетчика подключен к выходу первого элемента ИЛИ, а нычитающий вход через элемент, задержки— к выходу второго элемента ИЛИ, упранляюшне входы шестого и девятого электронных ключей, а также вход второго иннертора подключены к выходу триггера с раздельным запуском, 35 управляющие входы седьмого и восьмо-

rо электронного ключей подключены к выходу второго иннертора, информационные входы седьмого и девятого электронных ключей подключены к ны- 40 ходу первого электронного ключа, а информационные входы шестого и восьмого электронных ключей подключены к выходу второго электронного ключа, входы первого элемента ИЛИ подключены к ныходам шестого и седьмого электронных ключей, входы второго элемента ИЛИ подключены к выходам восьмого и девятого электронных ключей.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг,2 - временные диаграмма,.

Устройство содержит: первый формирователь 1 импульсов, второй формирователь 2 импульсов; первый электронный ключ 3, второй электронный ключ 4, первый логический элемент 5, третий электронный ключ 6, счетчик 7 импульсов, генератор 8, счетчик импульсон, нремязадавщий узел 9, узе — индикации знака 10,первый иннер= ор 11, первую нентильную группу 12, первый элемент ИЛИ 13, реверсивный счетчик 14, вторую венткпьную группу 15, седьмой электрон 65 ный ключ 16, шестой электронный ключ 17, элемент временной задержки

18, второй элемент ИЛИ 19, девятый электронный ключ 20, восьмой электронный ключ 21, второй инвертор 22, сумматор 23, четвертый электронный ключ 24, пятый электронный ключ 25, триггер с раздельным запуском 26, диффереициатор 27.

Устройство работает следукщим образом.

Синус оидапьные напряжения 0„и U> (фиг. 2а) приложены ко входам первого и второго формирователей 1 и 2 импульсов. Для наибольшей наглядности появления погрешности в измерении фазового сдвига на фиг. 2а изображен частный случай нулевого фазового сдвига при амплитудах

П „„<Пъ„, и напряжениях порогов срабатывания первого и второго формирователей 1 и 2 импульсов равных, но отличных от нуля. При пересечении синусоидальными напряжениями. П„и П 1 уровня напряжения порога U„ор1 =1 пои 1 =

=U öð на выходах первого и н торо г о формирователей 1 и 2 импул ьс он формируются импульсы, равные по длительности прот яже нностям областе и с инусоидальных напряжений, превышакщих напряжение порога срабатывания . Эти импульсы изображены на фиг.26 и 2н.

Управляющие входы первого и второго электронных ключей 3 и 4 соединены с выходами первого и второго формирователей 1 и 2 импульсов. На информационные входы первого и второго электронных ключей 3 и 4 подается последовательность счетных импульсов, вырабатываемая генератором

8 счетных импульсов. На выходах первого и второго электронных ключей

3 и 4 формируются пачки счетных импульсов, количество счетных импуль сон н пачке определяется длительностями импульсов на выходах первого и второго формирователей 1 и 2 импульсон. Пачки счетных импульсов с выходов первого и второго электронных ключей 3 и 4 поступают на первый и второй входы первого логического элемента 5. Первый логический элемент 5 представляет собой ИСКДОЧАЮЩЕЕ ИЛИ, пропускает импульсы на ныход только при наличии импульсов лишь на одном из его входов и тем самым формирует пачку счетных импульсовв, соотв ет стнукщую длит ель ности временного интервала, определяюшего измеряемый фазовый сдвиг. Этот време нный инт ерв ал и зображен на фиг. 2ã. Для иллюстрируемой ситуации он пред с та вляе т с обо и погр ешно с ть измерения фазового сдвига, так как напряжения U< и U имеют нулевой фазовый сдвиг . Пачка счетных импульсов с выхода первого логического элемента 5 поступает на информацион

951177!

20

40 ный вход третьего электронного ключа б. На управляющий вход электронного ключа 6 поступает импульс с выхода время задающего узла 9, который по длительности соответствует фазовому интервалу в 180О . Этот импульс открывает электронный ключ б, и пачка счетных импульсов проходит на вход счетчиков 7 импульсов. Счетчик

7 импульсов производит подсчет коли,чества импульсов в пачке. На информационных выходах счетчика 7 импульсов образуется код, соответствукщий измеряемому фазовому сдвигу.

На фиг. 2а-r в. дно, что введенные в устройство элементы, в иллюстрируе-15 мой ситуации должны выполнять следующие операции: вычитание из интервала, изображенного на фиг. 2в интервала, изображенного на фиг, 2б; деление полученного результата на 2; вычитание результата деления из временного интервала, полученного при измерении фазового сдвига, изображенного на фиг. 2г.

В результате получается фазовый сдвиг, равный нулю.

При измерен ии ф аз ового с дв иг а с помощью предлагаемого устройства может существовать четыре варианта погрешнос те й.

Первый вариант. Прн положительном значении фазового сдвига в превышении длительности импульса, вырабатываемого формирователем 1 импульсов над длительностью импульса, вырабатываемого формирователем 2 импульсов возникает погрешность, увеличивающая реальный фазовый сдвиг, для получения правильного результата эту погрешность необходимо вычесть из результата, полученного на счетчике

7 импульсов, Второй вариант. При положительном значении фазового сдвига и превышении длительности импульса, вырабатывае- 45 мого формирователем 2 импульсов над длительностью импульса, вырабатываемого формирователем 1 импульсов возникает погрешность, уменьшающая реальный фазовый сдвиг, для- получения правильного результата эту погреш50 ность необходимо прибавить к результату, полученному на счетчике 7 импульсов.

Третий вариант. При отрицательном значении фазового сдвига и превыаении 55 длительности импульса, вырабатываемого формирователем 1 импульсов над длительностью импульса, вырабатывае-. мого формирователем 2 импульсов, возникает погрешность, уменьшающая 60 реальный фазовый сдвиг, для получения пр вильного результата эту погрешность необходимо прибавить к резуль— тату, полученному на счетчике 7 импульсов.

Четвертый вариант . При отрицательномм значении фазового сдвига и превышении длительности импульса, вырабатываемого формирователем 2 импульсов над длительностью импульса, вырабатываемого Формирователем 1 импульсов, возни кает и or ðåMнос ть, увеличивающая реальный фазовый сдвиг, для получения правильного результата эту погрешность необходимо вычесть из результата, полученного на счетчике 7 импульсов.

Реализация операций вычитания интервалов, деление результата вычитания на два и добавление результата деления к результату измерения, полученному на счетчике 7 импульсов, или вычитание результата деления из результата измерения, полученного на счетчике 7 импульсов, осуществляется следующим образом.

Пачки импульсов, соответствующие интервалу, полученному на выходе формирователя 1 импульсов и снимаемые с первого электронного ключа 3, прикладываются к информационным входам седьмого и, девятого электронных ключей 16 и 20. Пачки импульсов, соответствующиее и нт ерв алу, полученному на выходе формирователя 2 и снимаемые со второго электронного ключа 4,прикладываются к информационным входам шестого электронного ключа 17 и восьмого электронного ключа 21. На управляющие входы шестого и девятого электронных ключей 17 и 20. с выхода узла индикации знака 10 поступает потенциал, отпирающий электронные ключи

17 и 20 при положительных значениях фазового сдвига и запирающий электронные ключи 17 и 20 при отрицательных значениях фазового сдвига. Потенциал, вырабатываемый узлом 10 индикации знака подается также на вход второго инвертора 22, на выходе которого образуется потенциал, представляющий собой инвентированное значение потенциала, снимаемого с выхода узла индикации знака 10. Этот потенциал прикладывается к управляющим входам. седьмого и восьмого электронных ключей 16 и 21, которые отпираются при отрицательных и запираются при положительных значениях фазовых сдвигов.

Таким образом при отрицательных значениях фазовых сдвигов на вычитающий вход реверсивного счетчика 14 через открытый шестой электронный ключ 21, второй элемент ИЛИ 19, элемент 18 временной задержки поступает пачка импульсов с выхода второго электронного ключа.4, на суммирующий в ход ре вер си в ного счетчик а 14 через открытый седьмой электронный ключ 16, первый элемент ИЛИ 1 3 поступает пачка импульсов с выхода

951177

10

Устройство для измерения фазового сдвига по авт. св. У 352230, о т л и20 ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности при произвольных амплитудах входных сигналов и большом динамическом диапазоне изменения амплитуд, в него дополнительно введены шестой, седьмой, восьмой и девятый электронные ключи, первый и второй инверторы, первый и второй элементы ИЛИ, элемент задержки, перная и нторая вентильные группы, реверсивный счетчик и сумматор, причем выходы счетчика через первую вентильную группу подключены к первым. входам сумматора, а выходы реверсивного счетчика через вторую вентильную .группу подключены ко вторым входам сумматора, при этом управляющие входы вентильных групп подключены к выходу первого инвертора, вход которого соединен со входом третьего электронного ключа, суммирующий вход

40 реверсивного счетчика подключен к выходу первого элемента ИЛИ, а вычитающий вход через элемент задержки — к ныходу нторого элемента ИЛИ, управляющие входы шестого и девято45 го электронных ключей, а также вход второго инвертора подключены к выходу триггера с раздельным запуском, управляющие входы седьмого и носьмого электронного ключей подключены к выходу второго инвертора, информационные входы седьмого и девятого электронных ключей подключены к выходу первого электронного ключа, а информационные входы шестого и восьмого электронных ключей подключены к выходу второго электронного ключа, входы первого элемента ИЛИ подключены к выходам шестого, седьмого электронных ключей, нходы нторого элемента ИЛИ подключены к выходам восьмого и ден ятorо электронных ключей.

65 первого электронного ключа 3 ° Элемент 18 вреьюнной задержки необходим для нормальной работы реверсивного счетчика 14, так как при его наличии работа по суммирующему входу и работа по вычитающему вхсду разнесены во нремени. При превыше нии количества импульсов н пачке, снимаемой со второго электронного ключа 4, над количеством импульсов в пачке, снимаемой с первого электронного ключа 3, на информационных выходах рев ерсив ного счетчика 14 появляется дополнительный код, соотнетст вующий этому превышению. При наличии обратной ситуации на информационных выходах реверсивного счетчика 14 появляется прямэй код.

Прн положительных фазовых сдвигах открываются шестой электронный ключ

17 и денятый электронный ключ 20.

На вычитающий вход реверсинного счетчика 14 через девятый электронный ключ 20, второй элемент ИЛИ 19 и элемент временной задержки 18 поступает пачка импульсов с выхода первого электронного ключа 3. На суммирующий в ход ре версин ного с чет чика

14 через шестой электронный ключ 17, первый элемент ИЛИ 1 3 поступает пачка импульсов с вьжода второго элект" ронного ключа 4 . При превышении количества импульсов в пачке, снимаемой со второго электронного ключа ф над количеством импульсов в пачке, снимаемой с первого электронного ключа 3 на информационных выходах реверсивного счетчика 14 образуется прямой код, при обратной. ситуации на информационных выходах образуется дополнит ельный к од.

Полученные на информационных вы ходах счетчика импул ьсов 7 и ре вер сивного счетчика 14 коды, подаются на первую вентильную группу 12 и вторую вентильную группу 15, соответственно. На управляющие входы вентиль ных групп 12 и 15 подается потенциал, снимаемый с выхода первого инвертора 11. Таким образом вентильные группы 12 и 15 открываются только тогда, когда времязадающий узел 9 ныпает запрещающий потенциал на третий электронный ключ 6, т.е. когда коды на счетчиках 7 и 14 полность ю с формиров аны. Эти коды через открытые вентильные группы

12 и 15 поступают на сумматор 23, который производит операцию суммиров ани я. One ðà öèÿ суммирован ия при наличии дополнительного кода на инрорма ционных выходах реверсивного счетчика 14 эквивалентна операции вычитания. Информационные выходы реверсивного счетчика 14 соединяются с сумматором 23 через вентильную группу 15 со сдвигом на один разряд в сторону младшего разряда. Это эквивалентно операции деления кода на два. На информационных выходах сумматора 23 в результате образуется код, соответствующий точному значению измеряемого фазового сдвига .

Напряжения порогов U oð„è U ðð могут быть неравными, но не должны превышать минимальных значений сигналов. Различие величин порогов не оказывает влияния на точность измерения фазового сдвига.

Использование изобретения позволяет значит ел ьно уме ньшит ь п огрешность измерения, обуслонленную различием амплитуд синусоидальных напряжений.

Формула изобретения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе .1. Авторское свидетельство СССР

Р 352230, кл. Q 01 и 25/00, 1972.

951177

Редактор Т. Парфенова

Заказ 5937/49 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 йа ру и

"ир

Составитель В. Афанасьев

Техред Ж.Кастелевич

Корректор О. Билак

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