Способ дискретного задания фазового сдвига и устройство для его осуществления

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) СПОСОБ ДИСКРЕТНОГО ЗАДАНИЯ ФАЗОВОГО СДВИГА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ(57) ИзОбретение относится к областифазовых измерений электрических сигналов и может быть использовано дляаттестации и проверки фазометров,компараторов фазы в диапазоне частотот 50 Гц до 50 МГц и фазовых сдвиговот 0,0001 до 1000 и более электрических градусов, Способ дискретного задания фазового сдвига реализуется устройством, содержащим опорный генератор 1, блок 2 опорных частот, дваидентичных канала 3, каждый из которых состоит из последовательно соединенных блока 4 синтезации частоты иаттенюатора 5, Каналы 3 имеют выходы3.1 и 3,2, Устройство также содержиткоммутатор 6 двух опорных частот,элемент 7 задержки, формирователи 8переходов, в состав каждого из которых входят усилитель-ограничитель 9и дифференцирующая цепь 10, элементы11 и 13 совпадения, триггеры 12 и 15,программируемый счетчик 14, источник16 сигнала "Пуск", Способ позволяетуменьшить погрешность и дискрет сдвига фазы путем исключения переходныхпроцессов в системах преобразованиячастоты, получить постоянство абсолютной погрешности и независимостьее от величины задаваемого фазовогосдвига, 2 сп, ф-лы, 2 ил,1113378Изобретение относится к способам фазовых измерений электрических сигналов и может быть использовано для аттестации и поверки фазометров ком 5 параторов фазы в диапазоне частот от 50 Гц до 50 МГц и фазовых сдвигов от 0,001 до 1000 и более электрических град.Цель изобретения - повьппение точности задания угла фазового сдвига и уменьшение его дискрета,На фиг,1 изображена структурнаясхема устройства; на фиг.2 - эпюрапроцесса частотной манипуляции по 15предлагаемому способу,Устройство для задания фазовогосдвига содержит опорный генератор 1,соединенный с блоком 2 опорных частот, выходы которого соединены с днумя идентичными каналами 3, каждый изкоторых состоит из последовательносоединенных блока 4 синтезации частоты и аттенюатора 5. Выходы аттенюаторов 5 являются выходами 3,1 и 3,2каждого из каналов 3 и устройства.Коммутатор 6 двух опорных частот своим выходом соединен с вторым входомпервого канала 3, а информационныевходы коммутатора 6 через элементы ЗО7,1 и 7,2 задержки соединены соответственно с выходами блока 2 опорныхчастот, Эти выходы через формирователи 8 переходов, каждый из которыхсостоит из последовательно включенныхусилителя-ограничителя 9 и дифференцирующей цепи 10, соединены с входамиэлемента 11 совпадения, выход которого соединен с входом первого триггера12 и входом второго элемента 13 совпадения выход которого через последовательно включенные программируемыйсчетчик 14 и второй триггер 15 соединен с вторым входом первого триггера12, выход которого соединен одновременно с управляющим входом коммутатора 6, вторым входом программируемогосчетчика 14 и вторым входом второгоэлемента 13 совпадения, Второй входвторого триггера 15 соединен с источником 16 сигнала "Пуск", а выход первого элемента 7 задержки соединен свторым входом второго канала 3,Устройство для задания фазовогосдвига работает следующим образом.Сигнал опорного генератора 1 счастотой, например, Г, г 1 МГц поступает на блок 2 опорных частот, где выделяется ряд когерентных сигналов,18 2необходимых для синхронной работыдвух блоков синтеза частот, напримерР 1=3 ГоР 2=311 о32 Го39 ГоР 1 и Р 2 подаются на усилители-ограничители 9 формирователей 8 переходови дифференцирующие цепи 10, выделяющие фронты получаемых меандров, подаваемые на элемент 11 совпадения, гдевыделяются синхроимпульсы при совпадении этих фронтов по времени. Синхроимпульсы фиксируют моменты совпадения двух сигналов только при синфазном переходе их через нуль, Периодих следования равен минимальному времени задаваемого дискрета сдвига фаз , = /1 Р 2-Р 11 =1/йР, При отсутствии сигнала запуска от источника 16 сигнала "Пуск" триггер 15 находится в исходном состоянии, а на выходе 0- триггера 12 наблюдается нулевой уровень; второй элемент 13 совпадениязакрыт, программируемый счетчик 14 и коммутатор 6 находятся в исходном положении, Блоки 4 синтезации частот работают в стационарном режиме, Сигнал Р 1=3 Г через элемент 7,1 и 7,2задержки подается на оба блока синтезации, поэтому на выходах 3,1 и 3,2 каналов 3 генерируются два (равные по частоте) сигнала с произвольнымначальным фазовым сдвигом между ними. В режиме установки фазы от источника16 сигнала на установочный вход КБтриггера 15 подается импульс, переводящий его в единичное положение. С приходом синхроимпульса от первого элемента 11 совпадения Э"триггер 12 также примет единичное состояние и подаст напряжение управления на управляющий вход коммутатора 6, второй элемент 13 совпадения и вход управления программируемого счетчика 14. Коммутатор 6 подключает сигна,п Р 2 к блоку 4 синтезации, создавая на выходе 3,1 смещенный по частоте относительно выхода 3,2 сигнал, В соответствии с линейной зависимостью ьу =Был изменяется фазовый сдвиг между выходными сигналами, Программируемый счетчик 14 под действием сигнала П-триггера 12 переходит в режим счета синхроимпульсов, приходящих через открытый второй элемент 13 совпадения, Из-за ограниченного быстродействия формирователя 8 нулевых переходов, первого элемента 11 совпадения КБ- и 0-триггеров 15 и 12, а также коммуз 13378татора 6 момент подключения сигналаР 2 к синтезатору 4 будет отставатьот нулевого уровня сигнала Р 1 на время задержки с равное сумме задержек перечисленных узлов, Для обеспечения совпадения моментов подключениясигналов Р 1 и Р 2 с их нулевыми уровнями эти сигналы также задерживаютсяна время Г с помощью элементов7,1 и 7,2 задержки, Для компенсациифазового сдвига, создаваемого элементом 7.2 задержки во втором канале,сигнал Р 1 задерживается элементом7. 1 на время г . Сосчитав установленное в программе счетчика 14 числоИ синхроимпульсов, пропорциональныхтребуемому углу фазового сдвига, счетчик подает сигнал на триггер 15,сбрасывая его в нулевое положение,С приходом очередного синхроимпульсана Р-триггер 12 от также переводитсяв нулевое положение, и его управляющее напряжение возвращает коммутатор6 в первоначальное положение, закрывает второй элемент 13 совпадения,блокирует режим счета программируемого счетчика 14, Сигнал Р 1 снова подается коммутатором 6 на два блока4 синтезации, цикл задания фазы заканчивается,Сущность предлагаемого способа поясняется формой колебания, получаемой в результате частотной манипуля- З 5 ции сигнала ц 1 с помощью сигнала и 2 при минимальном времени посылки манипуляции 1=Т -с В момент й при котором сигналы и 1 и а 2 в фазе проходят через ноль, вместо сигнала И 1 4 р включается сигнал ы 2 на времяпо истечении которого й моменточередного совпадения синфазных переходов через ноль происходит обратное переключение, Сигнал и 1, манипу лированный в моменты г.,и т, не создает переходных процессов в избирательных 1.С-системах преобразователей и уменьшает время вхождения в синхронизм в системах преобразования, вклю чающих фаэовую автоподстройку частоты, так как нет перепадов напряжения, а относительный фазовый сдвиг переключаемых сигналов равен нулю, Манипулированный сигнал затем делят в К раз 55 и преобразуют в частотном диапазоне для уменьшения дискрета задания фазы и переноса его на требуемую частоту.Фазовый сдвиг выражается формулой ьаС .игде ьа =и 2-и 1( - частотный сдвиг; С , - минимальное время посылки манипуляции; и - число посылок, необходимое для получения требуемого фазового сдвига; К - общий коэффициент деления процесса преобразования частоты сигнала. Процесс манипуляции сигнала представляет собой последовательность посылок и пауз. Во время посылки задается необходимый дискретный фазовый сдвиг, во время паузы производится считывание и обработка,показаний контролируемых или поверяемых приборов.Угол фазового сдвига, получаемый на выходе каналов 3 устройства за время фазозадания, рассчитывается по формуле= д к=360 --- -(Ы)дг. о ьР с,10 10"Э где и - число декадных делителей вблоках синтезации частоты; М2 - число синхроимпульсов, прошедших через счетчик во времязадания фазового сдвига; мин время минимального дискретафазового сдвигаНаиболее оптимальным для коммутируемых сигналов являются частоты Р 1 =3 МГц и Р 2=3,1 МГц, так как ширина полосы пропускания избирательных ЕС-цепей применяемого синтезатора (типа Ч 6-31) позволяет пропускать эти частоты беэ заметного затухания. Тогда минимальный дискрет для п=7, И=2, ДРщ 10 Гц мин=10 со о 1010о Ч =360 в -1 ц(2-1)=о оооо 36 Максимальный дискрет фазового сдвига определяется емкостью применяемого программируемого счетчика 14, например для программируемого счетчи 7 ка типа Ф 5264 с емкостью 10 единиц Чмс,к=359, 999 Необходмый дискрет фазозадания определяется из расчета числа И импульсов, устанавливаемого (вручную или кодом) в программе счетчика, импульсов по формуле13378186тервал времени, равный суммарномувремени посылок манипуляций, деленному на коэффициент деления частоты,ревность, получаемая в предлагаемом устройстве, может быть рассчитана по формуле360 ьРа (10" к 1где 3 С - временная погрешность переключения коммутатора. Эту погрешность можно уменьшить до величины 6-10 нс, тогда абсолютная погрешность азоэадания будет равна 8 Ч =о,ог.1 о ,Предлагаемый способ по сравнению с известными позволяет уменьшить погрешность и дискрет сдвига фазы за счет исключения переходных процессов в системах преобразования частоты благодаря проведению частотной манипуляции сигнала в моменты переходов его через нулевой уровень, а введение этой манипуляции перед преобразованием - постоянство абсолютной погрешности и независимость ее от величины задаваемого фазового сдвига. Формула изобретения 1. Способ дискретного задания фазового сдвига, основанный на линейной зависимости текущей фазы от времени, получаемой в результате преобразования частоты сигналов, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и уменьшения дискрета задания угла фазового сдвига, преобразование производят после частотной манипуляции одного из сигналов, которую осуществляют в моменты совпадения синфазных переходов через уровень манипулируемого и сдвинутого по частоте сигналов, а значение угла фазового сдвига определяют как произведение частотного сдвига на заданный ин 5г, устройство для дискретного задания фазового сдвига, содержащеепоследовательно соединенные опорныйгенератор, блок опорных частот, под 10 ключенный к двум идентичным каналам,каждый из которых выполнен из последовательно соединенных блока синтеэации частот и аттенюатора, и коммутатор двух опорных частот, о т л и -15 ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности и уменьшения дискрета задаваемого фазового сдвига, внего введены два элемента задержки,два элемента совпадения, два формиро 20 вателя переходов, два триггера и программируемый счетчик, при этом двавывода блока опорных частот подключены к коммутатору через соответствующие элементы задержки и к входам первого элемента совпадения через формирователи переходов, выход первогоэлемента совпадения подключен к синхровходу первого триггера и первомувходу второго элемента совпадения,30 при этом выход второго элемента совпадения через последовательно соединенные программируемый счетчик, второй триггер, установочный вход которого связан с источником сигнала"Пуск", и Р-вход первого триггера исоответственно его выход соединеныс вторым входом второго элемента совпадения, управляющим входом программируемого счетчика и управляющим вы 40 водом коммутатора, общий контакт которого соединен с первым, а нормальнозамкнутый контакт - с вторыми входами блоков синтезации частот,,Лежнин рек яско акаэ 4126/43ВН 35,Тираж 730ПИ Государственного комитетаелам изобретений и открытийМосква, Ж, Раушская наб оизводственно-полиграфическое предприятиеЭ ПодписноеСРд. 4/5Ужгород, ул. Проектн