Способ определения мгновенных значений фазового сдвига электрических сигналов

Номер патента: 1631458

Автор: Кондратов

Есть еще 2 страницы.

Смотреть все страницы или скачать ZIP архив

Текст

)5 С 01 К 25/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Ф 8(71)им. тик мицают зца ия опорного напряжения поминают максимальные значения дополнительформируют первую и азцостных сигналов а величину измеренного яжеция измеренных мгно измеряют и з (минимальные цых сигналов 3)вторую парь уменьшением опорного ца ожцос мя менее пе ени етроал -8 од оги ИГНОВЕННЫХ ЭЛЕКТРИЧР(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯЗНАЧЕНИЙ ФАЗОВОГО СДВИГКИХ СИГНАЛОВ(57) Изобретение може т быть исп сдвига тотных аз иарактерисние точ -измерения вано для измерения определения фазоча тик объектов. Цель ности измерения. В мгновенных значеци способе сдвига фаз форформируютецием мируют опорные напряжения, ополцительцые сигналы сме к фазометвано как по етецие относитс жет быть исполь рии и прямо тических погрешносте 1 я сист ри опреде ных харак назначению, так ер ех од ных фа з оч аси змер ени ленин итеристи редставлены временнь фиг, 2 - структурная ков и объекзмерении нелектрическимии измеренииличной физиНа фигиаграммы к четырехп едоваций, ческих веп олюс приичиц тов иссэлек три(фазовымипарамет иства, р еали зующег особ измерения; на ем лагаемыи с фиг. 3 - сУстройс рой блоки ми, пр ов раз т блока,вто ема арифметическог во содержит первый и 2 суммирования,ов сигналриролы с ованием Фат,д,исполеций ескои с го ых методов измер 4492225/2101.078828,02.91. Бюл.Институт кибернВ.А. ГлушковаВ.Т.Кондратов621.317.373(088Авторское свиде572, кл. С 01 Кольков В,Н, Возсдвига фаз заизмеряемого си1982, М 8, с. двходных сигналов ца величину опорного напряжения, измеряют и запоминаютмгновенные значения дополнительныхсигналов, формируя первую пару дополнительных сигналов, измеряют и заповенных и максимальных значении дополнительных сигналов, формируют вторую пару дополнительных сигналов посоотношению разностцых сигналов первой и второй пар разностцых сигналовфункционально преобразуют по законусинуса вторую пару дополнительныхсигналов, формируют интервал измерения и определяют фазовый сдвиг повыражению в описании изобретения.Цель достигается за счет исключенияаддитивных и мультипликативцых составляющих погрешностей, а такжеусреднения результатов за период.3 ил. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет исключ1631458 аг.Л Составитель М,КатановаТехред М.Дидык Корректор Т. Пали Ред М.Тов бинат "Патент", г. Ужгород, ул, .Гагарина, 10 здательскиГ зводственн Заказ 543 Тираж 407 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5При этом первые входы первого и второго блоков 1 и 2 суммирования соединены, соответственно, с входными клеммами устройства, вторые входы блоков 1 и 2 суммирования объединены25 и соединены с входами пятого и шестого ключей 10 и 11 и подключены к выходу источника 3 опорного напряжения, Выходы блоков 1 и 2 суммирования соединены с входами первого и второго ключей 6 и 7 непосредствен но, а с входами третьего и четвертого ключей 8 и 9 - через измерители 4 и 5 максимальных значений соответственно. 35 40 Выходы, первого, третьего и пятого ключей 6, 8 и 10 объединены и соединены с входом первого аналогоцифрового преобразователя 21. Выходы второго, четвертого и шестого ключей 7, 9 и 11 также объединены и подключены к входу второго аналого-цифрового преобразователя 22, Выходы аналого-цифровых преобразователей 21 и 22 соединены с первыми и вторыми входами арифметического блока 23, третьи входы которого подключены к выходам счетчика 24 импульсов, чей вход установки нуля соединен с выходом логического элемента ЗИ-ИЛИ-НЕ 18. Первый вход логического элемента ЗИ-ИЛИ-НЕ 18 соединен с выходом нуль- органа 12 и входом установки нуля второго счетчика 25 импульсов, Первый вход нуль-органа 12 соединен с первым входом первого блока 1 суммирования и первой входной клеммой устройства, второй вход нуль-органа 12 соединен с общей шиной. 45 50 55 ник 3 опорного напряжения, первый ,и второй измерители 4 и 5 максимальных значений электрических сигналов, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой ключи 6-11, нуль-ор 5 ган 12, первый, второй, третий, четвертый и пятый одновибраторы 13-17, логический элемент ЗИ-ИЛИ-НЕ 18, первый и второй логические элементы ИЛИ 19 и 20, первый и второй аналогоцифровые преобразователи 21 и 22, арифметический блрк 23, первый и второй счетчики 24 и 25 импульсов, блок 26 совпадения кодов, триггер 27,. кнопка "Пуск-Стоп" 28, задатчик 29 чисел, отсчетно-регистрирующий блок 30, выходная шина 31 цифрового кода. Второй вход логического элемента ЗИ-ИЛИ-НЕ 18 соединен со счетным входом второго счетчика 25 импульсов и подключен к выходу б арифметического блока 23, третий вход соединен с клеммой внешнего пуска "Внешний пуск", четвертый вход соединен с выходом триггера 27, а выход логического элемента ЗИ-ИЛИ-НЕ 18 соединен с входом первого одновибратора 13, чей выход соединен с управляющими входами первого и второго ключей 6 и 7, входом второго одновибратора 14 и с вторым входом второго логического элемента ИЛИ 20, выход которого через пятый одновибратор 17 соединен со счетным входом первого счетчика 24 импульсов.Первый вход логического элемента ИЛИ 20 объединен с управляющими входами пятого и шестого ключей 10 и 11 и подключен к выходу первого логического элемента ИЛИ 19, первый вход которого соединен с входом третьего одновибратора 15 и выходом втоРого одновибратора 14. Второй вход логического элемента 19 подключен к выходу четвертого одновибратора 16, чей вход. соединен с третьим входом логического элемента ИЛИ 20, с управляющими входами третьего и четвертого ключей 8 и 9 и выходом третьего одновибратора 15.Первые и вторые входы блоков 26 совпадения кодов соединены, соответственно, с выходами второго счетчика 25 импульсов,и с выходами задатчика 29 чисел, а выход блока 26 совпадения подключен ко входу установки нуля триггера 27, счетный вход которого через кнопку 28 "Пуск-Стоп" соединен с клеммой питания. Выходы арифметического блока 23 соединены с входами отсчетно-регистрирующего блока 30 и с выходной шиной 31Арифметический блок 23 состоит из дешифратора 32, девяти регистров 33-41, пяти блоков 42-46 вычитания, двух блоков 47 и 48 деления одновибратора 49, двух функциональных (арксинусных) преобразователей 50 и 51, блока 52 перемножения и задатчика 53 числаВ арифметическом блоке 23 одноименные входы первого, третьего, пятого и седьмого регистров 33, 35, 37 и 39 объединены и являются первы5 1631458ми входами арифметического блока 23,Входы второго, четвертого, шестогои восьмого регистров 34, 36, 38 и 40также объединены и являются вторыми5входами арифметического блока 23,третьими входами которого являютсявходы дешифратора 32, четыре выходакоторого соединены, соответственно,с объединенными между собой входамиуправления регистров 33 и 34, 37 и38, 35 и 36, 39 и 40, Кроме того,четвертый выход дешифратора 32 подключен к входу одновибратора 49,чей выход соецинен с управляющимвходом девятого регистра 41 и является выходом б арифметического блока 23.Выходы первого и пятого, второгои шестого регистров 33 и 37, 34 и 20и38 соединены с входами "уменьшаемое"и "вычитаемое", блоков 42 и 43 вычитания соответственно. Выходы третьего и седьмого, четвертого и восьмогорегистров 35 и 39, 36 и 40 соединены с входами "уменьшаемое" и "вычитаемое" блоков 44 и 45 вычитания соц - ц = сопя(3) Необходимо отметить, что значениеопорного уровня устанавливают изусловия о - в 1(г) мд ко- динамический диапазонсредства измерения,10ц(1 ; максимально возможныезначения амплитуд исследуемых сигналов,На значение опорного уровня (3)смещают сдвинутые по фазе электричес 15 кие сигналы (1) и (2), В результатеполучают первый и второй смещенныесигналы (фиг,1 в) где Э(4) ц И) = ц, + ц.я 1 п(ае -ср), (5)В 1; моменты времени (где 1 = 1,2, Зп) измеряют и запоминаютмгновенные значения смещенных сигналов (4) и (5) (Фиг.1 в). В резульа -те измерений получаютцо = цо 1 (1 ". + -ц - (цо + ЗоЦ"ОЦ = (цо+ цщ, я 1 п ДС; ) (1+) + Ы;цоа = цог(1+О 1) + И = (цо +,.ь(я;-ср)Д ( +) + 35 + Ьц,1где ц , цг - истинные мгновенные .значения смещенныхсигналов в момен 40 ты времени;Ь ц - аддитивная составляющая погрешности измерения,цо =Ио+45 + ця 1 пЯс; ) - мультипликативная составляющая погрешности измерения мгновенных значений сигнала (4); 50 ответственно.Выходы первого и третьего, второго и четвертого блоков 42 и 44, 43 и 45 вычитания соединены с первыми и вторыми входами блоков 47 и 48 деления, чьи выходы подключены через функциональные преобразователи 50 и 51 со входами "уменьшаемое" и "вычитаемое" пятого блока 46 вычитания, чьи выходы соединены с первыми входами блока 52 перемножения, вторые входы подключены к выходам задатчика 53 числа. Выходы блока 52 перемножения соединены с входами девятого регистра 41, чьи выходы являются выходами арифметического блока 23.Способ определения мгновенных значений фазового сдвига электрических сигналов заключается в следующем.Допустим, что необходимо многократно за период измерить мгновенные значения Ч, Фа зо вог о сд вига эл ектрических сигналов (фиг,1 а) цй) = ц + цяпа Си Ы 1 = цядп 52 Ц(1) = цгя 1 п(й - Чк) 7 (2) где Ы Бд,г - максимальные значения 55первого и второго сигналов.Вначале Формируют стабильный по значению опорный уровень (фиг,1 б) 2 ю О ь 0ти ииИ - иультиилииитиииии иа -ставляющая погрешности измерения мгновенных значений сигнала (5),Согласно способу измеряют и запоминают максимальные (или минимальные) значения смещенных сигналов од 1631458 10(23) следуемые сигналы (1) и (2), соответственно. Одновременно сигнал (1) поступает и на первый вход нуль-органа 12, С помощью нуль-органа 12 в моменты времени перехода сигнала (1) через нуль в положительном направлении формируются импульсы, устанавливающие в нуль счетчик 24 импульсов и запускающие устройство.Это достигается путем запуска первого одновибратора 13 выходным импульсом нуль в орга 12, прошедшим через логический элемент ЗИ-ИЛИ-НЕ 18.На вторые входы блоков 1 и 2 сум 15 мирования поступает сигнал (3) . В результате суммирования, на входы ключей 6 и 7 поступят сигналы (4) и (5) соответственно. Эти сигналы поступают и на входы измерителей 4 и 5 максимальных значений. С помощью последних осуществляется измерение максимальных значений Б)и 1)мсигналов (4) и (5) . Сигналы,равные максимальным значениям сигналов (4) и (5), поступают на входыключей 8 и 9Одновременно сигнал(3) поступает на входы ключей 10и 11.После запуска первого одновибратора 13 на его выходе в момент временинапример, с Формируется импульсдлительностью Р , который поступаетна управляющие входы ключей 6 и 7,на вход второго одновибратора 14 ина второй вход логического элемента ИЛИ 20,В р езультате на входы пер вог о ивторого аналого-циФровых преобразователей 21 и 22 в течение времениьпоступят сигналы (4) и (5) . С по 40мощью аналого-цифровых преобразователей 21 и 22 осуществляется преобразование в код мгновенных значенийсигналов (4) и (5). В этой связи/длительность , выходного импульсапервого одновибратора 13 устанавливается достаточной для надежного преобразования в код мгновенных значений сигналов (4) и (5) . Коды мгновенных значений сигналов (4) и (5) 50будут где Я = Я = Я - крутизна преобразования идентичныханалого-цифровыхпреобразователей21 и 22;ЬИ =63 =ЬИ - аддитивная состав 1 Дляющая погрешностипреобразования,Я(П+П,) иЯ(ц +П ) - мультио Опликативные составляющие погрешностипреобразования;мгновенные значениясигналов (1) и (2)в момент времени 1 аКоды чисел (22) и (23) поступаютна входы регистров 33, 35, 37, 39и 34, 36, 38, 40 (фиг,З) соответственно. Выходной импульс одновибратора 13 через логический элементИЛИ 20 и одновибратор 17 поступаетна счетный вход счетчика 24 импульсов. В результате на выходе счетчика 24 импульсов появится код единицы.С помощью дешифратора 32 арифметического блока 23 этот код дешифрируетсяи на первом выходе д,.шифратора 32появится потенциал, разрешающий запись кодов чисел (22) и (23) в регистры 33 и 34 соответственно,Задним Фронтом выходного импульсапервого одновибратора 13 запускаетсявторой одновибратор 14, который также формирует импульс длительностьюь 1. Последний поступает на вход третьего одновибратора 15 и на первыйвход первого логического элементаИЛИ 19, чей выход соединен с управляющими входами ключей 10 и 11, атакже с первым входом второго логи-ческого элемента ИЛИ 20.В результате к входам первого ивторого ключей 10 и 11 на время ь,подключится выход источника 3 опорного напряжения, Коды значений опорного уровня (3), равные, соответственно,1 чо 1 = 1 ч, (1+) +1:, (24)И, = И = 11 (1+) +АМ (25) с выходов аналого-цифровых преобразователей 21 и 22 поступают на входы регистров 33, 35, 37, 39 и 34, 36, 38, 40. Поскольку через логический элемент ИЛП 20 и пятый одновибратор 17 на счетчик 24 импульсов поступил(36) второй импульс, то на входы дешифратора 32 арифметического блока 23 поступит код двойки. На втором выходе дешифратора 32 появится потен 5 циал, разрешающий запись кодов чисел (24) и (25) в регистры 37 и 38 соответственно. Выходные коды чисел (22) и (23), (24) и (25) поступают с выходов регистров 33 и 37, 34 и 38 . на входы "Вычитаемое" и "Уменьшаемое" блоков 42 и 43 вычитания соответственно. В результате вычитания на первые входы блоков 47 и 48 деления поступят с выходов регистров 42, и 43 коды чисел и 6 = и 2 -и 4,Затем задним фронтом выходногоимпульса второго одновибратора 14запускается третий одновибратор 15,который также формирует импульс 25длительностью 111, Этот третий импульс через третий вход логическогоэлементЬ ИЛИ 20 и одновибратор 17поступает на счетный вход счетчика24 импульсов. В результате на выходе счетчика 24 импульсов появитсякод тройки. Одновременно выходнойимпульс третьего одновибратора 15поступает на управляющие входы ключей 8 и 9, подключая, тем самым, навремя с входы аналого-цифровыхпреобразователей 21 и 22 к выходамизмерителей 4 и 5 максимальных значений соответственно. Коды максимальных значений сигналов (4) и (5), равные40 и 7 имам(1+0) + и (28) = 801, + ц) (1+) + Ь и45= 8010 + цщ)(1+) + Ьи,поступают в регистры 35 и 36 соответственно, поскольку на их управляющие входы с третьего выхода дешифратора 32 поступает разрешающий потенциал,Задним фронтом выходного импульсатретьего одновибратора 15 запускаетсячетвертый одновибратор 16, которыйформирует импульс той же длительностичто и первые три одновибратора.Этот четвертый импульс через второйвход логического элемента ИЛИ 19 поступает на управляющие входы ключей 10 и 11, а также через первый вход второго логического элемента 20 и одновибратор 17 - на счетчик 24 импульсов.В течение времени 0, входы аналого-,цифровых преобразователей 21 и 22 будут подключены к выходу источника 3 опорного напряжения. Коды значений опорного уровняи и и (1+) + д и (зо) и ио = и = и 1(1+) + Ьи (31)1 Чпоступают в регистры 39 и 40 соответственно с выходов аналого-цифровых преобразователей 21 и 22;С выходов регистров 35 и 39, 36 и 40 на входы "Уменьшаемое" и "Вычитаемое" блоков вычитания 44 и 45 поступят коды чисел (28) и (30), (29) и (31). В результате вычитания на вторые входы блоков 47 и 48 деления с выходов блоков 44 и 45 вычитания поступят коды чисел и,г=- и - и, (зз) С помощью блоков 47 и 48 деления осуществляется деление кодов чисел (26) и (32), (27) и (33), С выходов блоков 47 и 48 деления на входы функциональных преобразователей 50 и 51 поступят коды чисел,В результате функционального (арксинусного) поеобразбвания на входы "Вычитаемое" и 11 Уменьшаемое" пятого блока 46 вычитания поступят коды и - изИ, = агсз 1 п И = агсздп7 9 И = агсз 1 п И = агсз 1 п, (37)иг- иеив иомС выхода блока 46 вычитания кодчисла14 1631458 10 записывается в регистр 41 при поступлении на его управляющий вход импульса с выхода одновибратора 49. Последний запускается передним фронтом им 15 пульса, появляющегося на четвертом180И = агсз 1 пХйн+ио)(1+1) + АЦзп Бо(1+ ) - Ь- агс Ьц - П 1 е - ЬБгп = (а 1Ъ По ц гсзгп -- агсз Б25Работа устройства прекращается,Для возобновления или прекращения работы устройства в течение периодаопорного сигнала нажимают кнопку 28"Пуск-Стоп", устанавливая триггер 2730 в требуемое состояние. Затем подается внешний импульс запуска на третий,вход логического элемента ЗИ-ИЛИ-НЕ 18,который и обеспечивает работу устрой-ства в моменты времени, отличные отмоментов времени перехода через нульопор ног о сиг нал а (1) .При необходимости результаты измерений могут быть обработаны с помощью ЭВМ. Для этого выходную шину 31устройства следует подключить к общей шине ЭВМ или микроЭВМ,Особенностью описанного устройства является то, что в нем отсутствуетгенератор тактовых импульсов, котогд 45 рыи мог бы.фо последователь менты времени проводились б едования которых измерения. Вместоновлены логическийНЕ 18 и одновибрат г енератор элемент 3 ры 13 и 4ечивающне адаптивное формиго измерфазового(1) и (2 тактов гократноч ений ия мгновенных а исс сд емых сигнало 55 Пр едл оженныи прототипа отлич пособ изтся повыш рения от иной точе быстроПовышепре лог ностью измерения, пр действии процесса из то рения ц 7 = Я 6 - И= агсзгп ав 1 (38)- агсзхп И 13поступает на один из входов блока 52перемножения, на второй вход которогопоступает код числа И = 180/Й.Результат перемножения Нх = Г 1 ыа= Гтц(агсзд 11+ (39) - агсз 1 п Б,) е У и , - мгновенные значениясигналов (1) и (2) вмомент временипервое мгновенное значение фазового сдвигасигналов (1) и (2) . Выражение (40) эквивалентно (20) при г = 1, т,е, для с; = г, что и требовалось показать.Процесс измерения следующего мгно венного значения фазового сдвига сигналов (1) и (2) аналогично повторяется, поскольку выходной импульс одновибратора 49 постугает через второй вход логического элемента ЗИ-ИЛИ-НЕ .18 на вход первого одновибратора 13. При этом первый счетчик 24 импульсов устанавливается в "0", а одновибратор 13 формирует импульс второго такта измерения,Необходимо отметить, что общее число измерений подсчитывается с помощью счетчика 25 импульсов, счетный вход которого подключен к выходу одновибратора 49 арифметического бло ка 23. Необходимое число измерений за период задается с помощью задатчи ка 29 чисел, При совпадении выходных кодов счетчика 25 импульсов и задатчика 29, на выходе блока 26 появится импульс, устанавливающий триггер 27 в "0". В результате на прямом выходе триггера 27 появится потенциал, защающий прохождение импульсов череический элемент ЗИ-ИЛИ-НЕ 18,выходе дешифратора 32. Необходимо отметить, что время задержки выходного импульса одновибратора устанавливается достаточным для осуществления преобразовательных операций в блоках 47, 50 (и 48, 51), 46 и 52. Выходной код числа (39) является первым результатом измерения мгновенных значений фазового сдвига сигналов (1) и (2),Покажем, что код числа И, (39) действительно равен мгновенному значению Фазового сдвига электрических сигналов. Для этого в выражение (39) подставим значения кодов чисел В, И и Ио, Б через исходные выражениямировать периодическую сть импульсов, в могде Ь величина фазового сдвига,коэфФициент пропорциональности;текущее значение начала измерения; количество измерений в интервале измерения; 30 аГсз.п 01 О агсзхп Б -результат функционального преобразования второй парыдополнительных сигналовв. 40 ние точности измерения в предложенном способе обеспечивается за счет исключения систематических (аддитивной и мультипликативной составляющих) погрешностей измерения амплитудных и мгновенных. значений исследуемых сигналов, присущие известному способу.Это достигается за счет формирования опорного уровня, смещения исследуемых сигналов на его значение, введения дополнительных тактов измерения, т.е. информационной избыточности, формирования разностных и дополнительных сигналов. При этом формирование разностных сигналов обеспечивает исключение аддитивных составляющих погрешностей измерения, а формирование дополнительных сигналов - мультипликативных составляющих (последние исключаются только после исключения аддитивных составляющих),Формула изобретения Способ определения мгновенных значений Фазового сдвига электрических сигналов, в котором измеряют и запоминают мгновенные значения сигналов, формируют две пары дополнительных сигналов, Формируют две пары раз- . ностных сигналов, функционально преобразуют по закону синуса сигналы, определяют по указанному выражению фазовый сдвиг входных сигналов, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, формируют опорные напряжения, формируют дополнительные сигналы смещением входных сигналов на величину опорного напряжения, измерение и запоминание мгновенных значений выполняют для дополнительных сигналов,Формируя при этом первую пару дополнительных сигналов измеряют и запоУминают значения опорного напряжения,измеряют и запоминают максимальные(минимальные) значения дополнительных сигналов формирования первой ивторой пар разностных сигналов, выполняют уменьшением на величину измеренного опорного напряжения измеренных мгновенных и максимальных значений дополнительных входных сигналов,при этом формирование второй парыдополнительных сигналов выполняютпо соотношению разностных сигналовпервой и второй пар разностных сигналов, а функциональное преобразованиепо закону синуса выполняют длявторой пары дополнительных сигналовформируют интервал измерения, а определение фазового сдвига выполняютпо следующему выражению251+щц,: - о(атсзхп 11, - агсз 1 п Б,)

Смотреть

Заявка

4492225, 01.07.1988

ИНСТИТУТ КИБЕРНЕТИКИ ИМ. В. М. ГЛУШКОВА

КОНДРАТОВ ВЛАДИСЛАВ ТИМОФЕЕВИЧ

МПК / Метки

МПК: G01R 25/00

Метки: значений, мгновенных, сдвига, сигналов, фазового, электрических

Опубликовано: 28.02.1991

Код ссылки

<a href="https://patents.su/10-1631458-sposob-opredeleniya-mgnovennykh-znachenijj-fazovogo-sdviga-ehlektricheskikh-signalov.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Способ определения мгновенных значений фазового сдвига электрических сигналов</a>

Похожие патенты