Способ определения сигнала знака разности фаз и устройство для его осуществления

(9) 01) 717 А 6 01 й 25/04 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМ ЕТЕЛЬСТВ д РГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 1065785, кл. 6 01 й 25/04, 1982.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИГНАЛАЗНАКА РАЗНОСТИ фАЗ И УСТРОЙСТВОДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано визмерительных приборах и системах,Целью изобретения является расширениеобласти применения. Способ предусматривает формирование временного интервала,Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в измерительных приборах и системах.Цель изобретения - расширение области применения.На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства для определения сигнала знака разности фаэ, реализующего способ определения сигнала знака разности фаз.Устройство для определения сигнала знака разности фаз содержит первый 1, второй 2, третий 3 формирователи импульсов, первый триггер 4, второй триггер 5, третий триггер 6, инвертор 7, элемент И 8, первый элемент 9 задержки, четвертый триггер 10, генератор 11 импульсов, счетчик 12, четверсоответствующего сдвигу фаз между опорным и первым измеряемым гармоническим сигналами, формирование первого и второго сигналов, связанных величиной и знаком разности фаз с исследуемыми сигналами, из сформированного временного интервала и сформированного дополнительного импульсного сигнала, который совпадает по частоте и фазе с вторым исследуемым сигналом и время действия которого соответствует времени воздействия введенной команды "Пуск", сравнение длительностей первого и второго сигналов с опорной длительностью и определение сигнала разности фаз по результату сравнения. Особенностью способа является введение дополнительного импульсного сигнала и его воз ействие на в емя введенной команды тый формирователь 13 импульсов, второй элемент 14 задержки,Первая и третья входные клеммы устройства через формирователи 1 и 2 импульсов соединены с входами й- и Я-триггера 4, вторая входная клемма устройства через формирователь 3 импульсов соединена с первым входом элемента 8 И и входом инвертора 7, выход которого соединен с тактовым входом триггера 10 (01-типа), вход О которого соединен с четвертой входной клеммой устройства, а выход - со вторым входом элемента 8 И, Выход элемента 8 И соединен с входом сброса счетчика 12, счетный вход которого соединен с выходом генератора импульсов. Старший разряд счетчика 12 соединен через четвертый фор 16847171 ирователь 13 импульсов с тактовым входом второго триггора (О-тица), вход О которого соединен с выходом первого триггера, выходы второго триггера 5 через соответствующие элементы 9, 14 задержк и положительного Фронта соединены с В- и 5-входами третьего триггера, выход которого является выходом устройства.Способ определения сигнала знака разности фаз осуществляется следующим образом,Сравниваемые цо фазе первое и второе синусоидальные напряжения и опорное синусоидальное напряжение (частоты 1; преобразуют и опорную, первую и вторую последовательность импульсов той же час. таты, передние Ц ронты когорых совпадаю г с вломентами полая.игельцых переводов через нулевой уровень соотоостоуи.щих синусоидальных напряжений. Дальнейший процесс формирования сигнала знака разности Фаз осуществляется по передним фронтам сформированных импульсов.Разность Фаз (р 1 - рз) между Фронтами опорной и первой последовательности илцульсов преобразуют в третью последовательность импульсов, следующих с частотой 1, передние фронты которых совпадают г 1 о фазе с Фронтами импульсов опорной цоследооагельности, а длительность которых равна 35 4 С 4 г, 50 55 Я Ъ360где ( 1 - АРГО ) - раэнос 1 ь Фаэ между передними фронтамн опоргндх имцульсоо и импульсов первой последовательности,Формируки первый исцомо отельный сигнал с частотой Р - О, где К 1, преобразуют его путем деления его частогы в К раэ в четоертую последовательность импульсов частоты 1, вводят второй испомога тельный двухуровневый сигнал так, цо при его первом уровне Фазу переднего фронта импульсов четвертой последовательности синхронизируют с фазой переднего фронта юлпульсов второй последовательности импульсоо, а цри изменении уровня второго вспомогательного сигнала от первого уровня ко второму и на все время наличия второго уровня второго вспомогательного сигнала фиксируют фазу переднего Фронта импульсов четзертой последовательности на уровне, отличающелся от фазы Фронта второй послодовагельности импульсов о момент изменения уровня второо вспомогательного сигнала на величину, не360превышают.ую при пом форми 5 10 20 25 30 руют первый бинарный сигнал первого уровня при а рл ( р 1, и второго урооня - при невыполнении этого условия,В этом случае при первом уровне второго вспомогательного сигнала фаза фронта импульсов четвертой последовательности вследствие синхронизации ее с фазой импульсов второй последооательности совпадает с ней, в силу чего уровень первого бинарного с 1 ц нала соответствует текущему соотношению фаз ср 1 и р 2, а знак разности фаз определяется в соответствии с тем уровнем первого бинарного сигнала, продолжительность которого превышает Т.При изменении уровня оторого вспомогательного сигнала и фиксации фазы фронта четвертой импульсной последовательности на мо)лен 1 этого изменения сигнал знака разности фаэ будет уже определяться величиной этой зафиксированной (с точностью 360) фазы четвергой импульсной последовательности,Устройство для определения сигнала знака разности фаэ работает следующим образом,На третью входную клелму устройства поступает сигнал, задающий начало отсчета фазовых сдвигов ко ролируемых сигналов, поступающих на пг. аную и вторую клеммы устройства (предполагается, что все входные сигналы имеют синусоидальную форму; сигнал на третьей клемме является опорным),На выходах формирователей 1-3 появлчются короткие цоложительные импульсы, передний фронт которых соответствует нулевой фазе каждого иэ входных напряжений,1 а вход Й триггера 4 от формирователя 1 импульсов поступают импульсы начала отсчета фазовых сдвигов при этом на выходе триггера 4 устанавливается уровень "0",По положительному фронту импульса, поступающего от формирователя 2 импульсоо на вход Я триггера 4, на его выходе устанавливается уровень "1",Таким образом, длительность сигнала с уровнем "0" на выходе триггера 4 пропорциональна фазовому сдвигу сигнала на первой входной клемме устройства, Положительный импульс, вырабатываемый формирователем 3 импульсов, иноертируется инвертором 7, благодаря чему четвертый триггер 10, Огтипа, на тактовый вход которого воздействует импульс с выхода инвертора 7, принимаетсостояние, соответствующее уровню сигнала на его входе О (на четвертой входной клемме), причем это остояние может изменитьсялишь по заднему фронту импульса, вырабатываемого формирователе л 3 имгульса,Догустгм, на четвертой клемме установлен уровень "1", о этом случае триг ер 10 гакже находится н состоянии "1", вследсггге чего на выходе э,ементв 0 И црисутстоуот импульсы, соопадающие по времени с импульсами га выходе формирователя 3. :1 чи импульсы оолдейг;гнуот на вход сброса о нулевое состояние счетчика 12, и усананлиоают его о нулевое состояние,Разрядость счетчика 1 и частота Г геератора 11 связаггд с частотой г оходных сигналов на кгеглмах с первой по трегью соотношегием где и - разрядность счетчика,Следует заметить, чго г этом условииег чего-либо особенного: в измерительныхсистемах зачастую имеется опорный оысокочастотный геноратор, преобразованиемчастоты которого получены разли ье часоты измерительной системы, о частности, ичастоты питания датчиков, вырабатывающих исследуемые сигналы,В общегл случае генератор 11 можетбыть сделан н ниде генератора с уграляемой частотой, если частоты измеряемых сигналон переменные: для постояной асотглисследуемых сигналов всегда гложет бытьпостроен генератор фиксированой часготы, удовлетооряющий данному условио),Цикл переполнения сче чика 12 приГ--- с точностьо до квант2 л1д -- равен периоду измеряемого2 псигнала.Поэтому при возвращении старшегоразряда счетчика о нулевое согтояние короткий импульс, формируемый форлирователем 13 импульсов, совпадает по времени(с точностью до д, который может бытьсделан пренебрежимо малым) с импульсамна выходе формирователя 3.Таким образом, благодаря синхронизации счетчика 12 фронтом второго сигнала,фаза выходного импульса с точгостью до360 3602 Ксовпадает с фазой второго сигнала.Импульс с выхода формирователя 13воздействует на тактовый вход второготриггера 5 0-типа, устанавливал его в состояние, соответствующее уровню на еговходе О.10 15 .0 30 35 40 45 50 55 Таким образом, если фазовый сдвиг сиг нала, поступаогцего на первую вход уо клемму устройства, цренышает фазовый сдвиг сигнала, поступаощего на вторуо входную клемму, на выходе триггера 5 усанавливается сигал с уровнем "0", если не превышает "1"В случае, если фазовые сдвиги контролируемых сигналов совпадают или близки к нулю, оозникаюг колебания синала на выходе триггера 5. Частота этих колебаний не превышает частоты контролируемых сигналон. В установившемся режиме уровни сиггалов на выходах триггеров 5 и б совпадают. Допустим, на прямом выходе триггера 5 едини ный уровень, на инверсном - нулевой.При приближении фазы .мцульса фарол рователя 13 к одному из фронтов сигнала на входе О триггера 5, вследствие помех, может произойти случайное переключение триггера 5 о противоположное состояние.которое, в силу случайности процесса, не может сохраниться более нескольких периодов входного сигнала,Колебание сигнала на выходе триггера 5 илест место в некотором диапазоне значений разности фаз контролируемых сигналов; при равенстве фазовых сдвигов колебания имеют максимальную частоту (ложно цо;взять, что зта максимальная частата равна - ), и средняя длительность2единичных и нулевых состояний триггера 5 приблизительно равны, и малы по сравнению с временем задержки положительного фронта импульсоо, равного Тл (црактически величина Тп на порядок превышает период входных сигналов), обеспечиваемого элементами 9 и 14 задержки. Поэтому ни один из положительных фронтов на выходах 0 и 0 триггера 5 не достигает входов Я и В триггера 6, который не меняет свое состояние,Чем больше величина разности фаз контролируемых сигналов, тем меньше вероятность переключения триггера 5 в "ложное" состояние и меньше время его нахождения в этом "ложном" состоянии; одновременно, вероятность его переключения в "истинное" состояние и продолжительность его нахождения в этом состоянии, соответственно, больше. Очевидно, зона, в которой имеют место флуктуации состояния триггера 5, зависит от уровня помех, и чем этот уровень меньше, тем большую задержку Тп должны обеспечивать элементы 9 и 14, Однако, начиная с некоторой разности фаз, длительность преимущественного состояния триггера 5 превысит величину Т после чеготриггер б перейдет и останется в состоянии,соответствующем преимущестоенной разности фаэ в приграничной области.Допустилз тецерь, что необходимо определить знак разноси фаэ о определенныймомент времени.Пусть в этот момент на четоертой клемме сигнал изменится с единичного уровняна нулевой.Последний после этого момента времени импульс выхода формирователя 3 пройдет через элемент О И и сбросит счетчик 12,после чего трип ер 10 переключится в нулевое состояние и "эакрое" элемент 8 И.Начиная с э гого момента времени, местоположение на временной оси импульса,формируемого формироваелем 13, стоцадает на момент пояоления цулооцго уровняна четвертом входе с тсчностью до 4 сфазой сигнала ца втором входе благодарятому, что время переполнения счатчисл 12равно периоду входного сигнала, а импульсы на его вход сброса больше не поступают,Таким образом, о данном устройствеобеспечивается фиксация фазы четвертойимпульсной последовательности,Таким образом, функциональные возможности изобретения позволяет как формировать текуцее значение знака разносифаэ, так и знак разности Фаз, характеризующий фазу одного иэ сигналов ца заданныймомент времени; цри необходимости анало.гичные преобразования могут быть выполнены и с первым сигналом, цри эгом сигналзнака разности фаэ будет характеризоватьсоотношение двух фаз на требуемый момент времени.Формула изобретения1. Способ определения сигнала знакаразности фаз, заключающийся в том, чтопреобразуют первый и второй исследуемыеи опорный синусоидальный сигналы соответственно в первую, вторую и опорную импульсные последовательности, передниефронты импульсов которых совпадают с моментами перехода через нулевой уровеньсоответствующих синусоидальных сигналов, формируют из первой и опорной ил:пульсных последовательностей третьюимпульсную последовательность, переднийи задний фронты имцульсоо которой совпадают соответственно с передними фронтами импульсов опорной и первойимпульсных последовательностей, форми 5 10 15 21) 25 30 л - ,140 45 50 руют первый и второй сигналы иэ третьей и второй импульсных последовательностей, причем первый сигнал формируют при опережении фазы третьей импульсной последоват.льности над второй, а второй - при агоре.кении второй имцульснои последооател носги над третьей, сравнивают длительности ц"ргого и второго сигналоо с опорной длиельностью и определяют знак разности фаэ между первым и вторыл исследуелщми сигналами по результату сраоценио, отл ич а ю щ и й с я тем, что, с целью расши;:опия области применения, при формировании первого и второго сигналов в качестве второй импульсной цоследооа- ТОЛЬНОЛТИ ИСПОЛЬЗУЮТ ДОЦОЛНИТЕЛЬЦЫЙ ИМ- цльсный сигнал, который совпадает по флэа и частоте с сигналом второй импульсцои последовательности, причем время воздействия дополнительного импульсного сигнала соответствует времени измерения, определяемому введенной командой "Пуск".2, Устройство для определения сигнала знака разности фаз, содержащее первый, в-ороси и третий формирователи, входы котов.х являются соответственно первым, т; ".тьц,- и вторым в; одами устройства, первый, второй и трети григгеры, первый элемснт задержки, элемент И и иноертор, и ричел сыходы псрвого и второго формиро.лиелей соединены соответственно с В- и Свходами первого триггера, выход которогг соединен с О-входом второго триггера, а выход третьего триггера является выходом у:т ройстоа, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что. с целью расширения области применения, введены генератор илпульсов, выход которого соединен последовательно со счетным входе. введенного счетчика, введенным четвертым формирователем и тактовым входом второго триггера, четвертый триггер, С 1-вход которого является введенным четвертым входом устройства. тактовый вход которого через инвертор соединен с выходом третьего формирователя и первым входом элемента И, второй вход которого соединен с Т-выходом четвертого триггера, а выход элемента И соединен с входом сброса счетчика, второй элемент задержки, причем первый и второй выходы второго триггера через первый и второй элементы задержки соединены соответственно с Я- и Г,-входами третьего триггера.1684111Составитель В. Ежов Редактор В.Сегляник Техред М.Моргентал Корректор М.Шароши Заказ 3504 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретением и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раущская наб 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород. ул.Гагарина, 101