Способ измерения разности фаз электрических сигналов и устройство для его осуществления

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик Лф Р фф(23) Приоритет -Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(088. 8) Опубликовано 150232. Бюллетень Мо 6 Дата опубликования описания 150282(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОСТИ ФАЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКИ СИГНАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИ Изобретение относится к электройзмерительной технике и может быть использовано, преимущественно, для измерения малых разностей Фаз, для индикации синфазности электрических сигналов и для индикации равенства длительностей полуволн биполярных прямоугольных электрических сигналов,Известен способ измерения разности фаз электрических сигналов путем пре- образования электрических сигналов, сравниваемых по фазе, в биполярные прямоугольные сигналы, логического. сложения полученных сигналов и наблюдения постоянной составляющей комбинированного сигнала (1).Однако для устройств, реализующих этот способ, характерна значительнаяпогрешность измерения, особенно при иэме 1 Зении малых разностей фаз.Иввестен также способ измерения разности фаз электрических сигналов путем преобразования электрических сигналов, сравниваемых по Фазе, в биполярные прямоугольные сигналы с сохранением неизменныьы моментов перехода через нуль, Формирования комбинированного сигнала (посредством логического сложения ИЛИ биполярных прямоугольных сигналов), симметричного ограничения уровней положительных и отрицательных полуволн комбинированного сигнала и Фиксирования постоянной составляющей ограниченногокомбинированного сигнала (2),Недостатком этого способа является требование точной симметрии ограничения уровней положительных,и отрицательных полуволн комбинированногосигнала, так как только при выполнении этого условия существует прямаясвязь между фиксируемой постояннойсоставляющей ограниченного комбинированного сигнала и измеряемой разнос 5 тью фаз. Поскольку симметрию ограничения уровней удается обеспечитьлишь с некоторой погрешностью, возникаетабсолютная погрешность измерения, не зависящая от измеряемойразности Фаз, при этом относительная погрешность измерения при малыхразностях фаз достигает большихзначений.Известно устройство, реализующее25 этот способ, состоящее из двух Формирователей биполярных прямоугольныхсигналов, на вход каждого из которыхподан один из электрических сигналов,сравниваемых по фазе, логического30 элемента ИЛИ, входы которой соединеныс выходами формирователей биполярныхпрямоугольных сигналов, и последовательно соединенных биполярного ограничителя и измерителя постоянной составляющей напряжения 2),Однако это устройство имеет большую погрешность измерения малых разностей фаз даже при тщательном подборе элементон схемы биполярного ограничителя для обеспечения симметрииограничения уровней полуволн комбинированного сигнала.10Цель изобретения - повышение точности измерений.Эта цель достигается тем, что нспособе измерения производят взаимную смену длительностей положительных и отрицательных полуволй ограниченного комбинированного сигнала,фиксируют значение постоянной составляющей ограниченного комбинированного сигнала, а об измеряемой разности фаз судят по разности перногои второго значений постоянной составляющей.Кроме того, известное устройствоснабжают логическим элементом И, каждый из входов которого соединен. с одним из входов логического элементаИЛИ, и переключателем, причем входбиполярного ограничителя при первомположении переключателя соединен свыходом логического элемента ИЛИ, а 30при втором положении переключателяс выходом логического элемента И.На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройства.устройство состоит из формирователей биполярных прямоугольных сигналов 1 и 2, логического элемента ИЛИ 3,биполярного ограничителя 4, измерителя постоянной составляющей напряжения5, логического элемента И б и перек- щ 0лючателя 7. На вход каждого из формирователей 1 и 2 подан один из входных электрических сигналов, сравниваемых по Фазе, ныходы Формирователей1 и 2 соединены со входами логических элементов ИЛИ 3 и И б, вход бипо-лярного ограничителя с помощью переключателя 7 может быть соединен с вы;ходом логического элемента И,б или свыходом логического элемента ИЛИ 3,0вход измерителя постоянной составляющей напряжения 5 соединен с выходомбиполярного ограничителя 4. С помощьюформирователей 1 и 2 входные электрические сигналы, сравниваемые по фазе преобразовываются н биполярныепрямОугольные сигналы. С помощьюлогических элементов ИЛИ 3 и И б Формируются комбинированные сигналы.При переключении переключателя 7 происходит взаимная смена длительностей 60положительных и отрицательных полунолн ограниченного комбинированногосигнала на выходе биполярного ограничителя 4, при этом сохраняются неизменными уровни положительных и отри цательных полунолн ограниченногокомбинированного сигнала.Устройство работает следующим образом.Входные электрические сигналы,сравниваемые по фазе, преобразовываются и биполярные прямоугольные сигналы А и Б, из которых посредствомлогического сложения ИЛИ и ограничения формируется ограниченный комбинированный сигнал В и посредством логического умножения И и ограниченияограниченный комбинированный сигнал ГПоскольку ограничение осуществляется в обоих случаях (поочередно) одними тем же биполярным ограничителем 4,уровень П положительных полунолнсигнала 8 равен уровню Б положительных полуволн сигнала Г, а уровеньотрицательных полунолн сигнала А ранен уронню Б отрицательных полунолнсигнала Г . Длительности полунолнсигналов Ь и Г устанавливаются н результате соответственно логическогосложения ИЛИ и логического умноженияИ. Поэтому длительность положительной полуволны сигнала В равна длительности отрицательной полуволны сигнала Г, а длительность отрицательнойполуволны сигнала Ь равна длительности положительной полуволны сигнала Г. Таким образом, при переходеот сигнала В к сигналу Г происходитвзаимная смена длительностей положительных и отрицательных полуволнпри сохранении неизменными уровнейэтих полуволн. Разность постоянныхсоставляющих сигналов В и Г прямосвязана с измеряемой разностью фаз,Уровни положительных и отрицательных полуволн Ц, и П должны бытьизвестны, хотя их модули не обязательно равны.Измеряемая разность фаз нычи.ляется по формулеЧ = - - 360,/ц./ +ц,где 0 и П - уровни ограничения соответственно положительных и отрицательныхполуволн;Б и П - постоянные состанляюВ Бщие (средние за периодзначения) соотнетстненно сигналов Ь и Г,Зависимость разности фазот разности постоянных составляющих О и О,- выражаемая формулой, является градуировочной зависимостью для предлагаемого Устройства. Относительная погрешность не зависит от измеряемой разности Фаз. Например, если сумма уровней /Ц/+/О / известна с погрешностью 0,2, то погрешность измерения разности фаз также равна 0,2 незанисимо от измеряемой разности фаз.Из изложенного следует, что предлагаемый способ дает существенно мень905875 Формула изобретения оставителЬ Б. Ии ехред А. Бабине тор К. Волощук Подписио комитета СССРи открытийая наб., д. 4/5 ж 718 твеннретенРауш ент, г. Ужгород ул, Проектная, 4 ПП шую погрешность измерения малых разностей фаз, чем известный способ.По сравнению с известным предлагаемыйспособ обеспечивает примерно в двараза более высокую чувствительность.В предлагаемом устройстве для упрощения процедуры измерений желательнопредусмотреть установку нуля прификсировании первого значения постоянной составляющей, Тогда искомаявеличина разности фаз будет соответствовать второму значению постояннойсоставляющей, так что шкала измерителя постоянной составляющей можетбыть проградуирована непосредственнов единицах разности фаз с помощьюзависимости, выражаемой приведеннойформулой. 1. Способ измерения разности фаз электрических сигналов путем преобразования этих сигналов в биполярные прямоугольные сигнапы с сохранением неизменными моментов перехода через ноль, формирования комбинированного сигнала, ограничения уровней положительных и отрицательных полуволн комбинированного сигнала и фиксирования первого значения постоянной составляющей ограниченного комбинированного сигнала, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений, производят взаимную смену длительностей положительных и отриаказ 377/67 Ти ВНИИПИ Госуда по делам из 113035, Москва, Жоцательных полуволн ограниченного комбинированного сигнала, фиксируют второе значение постояннОй составляющей ограниченного комбинированногосигнала, а об измеряемой разностифаз электрических сигналов судят поразности первого и второго значенийпостоянной составляющей.2. Устройство для осуществленияспособа по п. 1, содержащее два формирователя биполярных прямоугольныхсигналов, логическую схему ИЛИ, входыкоторого соединены с выходами формирователей, последовательно соединенныебиполярный ограничитель и измерительпостоянной составляющей напряжения,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью расширения диапазона измерений,оно снабжено логическим элементом И,каждый из входов которой соединен содним из входов логического элемента 20 ИЛИ, и переключателем, причем входбиполярного ограничителя при первомположении переключателя соединен с выходом логического элемента ИЛИ, а привтором положении переключателя - с 5 выходом логического элемента И. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе