SU798622A1 - Digital phase meter - Google Patents

Description

Изобретение относигс  к информационно-измерительной технике и предназ . чено дл  измерени  среднего (за посто нное врем  измерени ) угла сдвига фаз между двум  синусоидальными напр жени ми или между двум  последовательност ми электрических импульсов. фазометрам с посто нным временем измерени  присуща низкочастотна  погрешность дискретного преобразовани  бц, обусловленна  некратностью периода исследуемого напр жени  и времени изме рени  фазометра, а также;, случайным расположением моментов начала и ок.сжчани  времени измерени  Т по отношению к пачкам импульсов ,. Известны цифровые фазометры среднего значени  сдвига фаз, в которых ослабление низкочастотной погрешносгн достигаетс  путем изменени  частоты квантующих импульсов, причем она изьдан етс  по зависимости, симметричной относительно середины временного интервала мгм- Э результате уменьшаетс  вег пачек счетных импульсов, совпадающих с начальной и конечной областью интервала Т, . Недостатком устройства  вд етс  схемна  сложность и высокие метрологические требовани  к узлам, обеспечивающим неооходимую точность реализации закона изменени  квантующей частоты i. Из известньвс устройств наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  цифровой фазометр среднего значени  сдвига фаз, принцип действи  которого оснсеан на измерении интервала времени &Ти пропорционального , фазовому сдвигу У , путем его квантовани  и подсчета числа квантующих импульсов (с периода следовани  )аа несколько периодов,, исследуемых напр жений в течение носто нното, времени измерени  l2. Недостатком известного, устройства  вл етс  наличие ниэкочастотнй составл ющей погрешности дискретного преобразовани . Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  среднего знач,- ни  угла сдвига фаз между исследуемыми сигналами за счет снижени  низкочастотной погрешности дискретного преобразова ни . Дл  достижени  поставленной цели в устройство, содержащее два формировател  импульсов, подключенных через фазовый дискримвватор к одному из входов квантующего элемента И, второй вход ко торого соединен с синхронизирующим вы ходом блока управлени , чей управл ющий .выход через первый вход регистригрующег элемента И подключен к счетчику резуль тата, введен блок.равномерного распределени  импульсов в цикле измерени , состо щий из последовательно включенных блока удлинени  временного интервала, oг Jaничитeл  .eни , преоЬразовате- л  напр жение-частота и разделительного элемента И, а также из двух счетчиков . Двух групп вентилей, регистра и бло ка анализатора О, причем разр дные выходы первого счетчика соединены с разр дными входами второго через последовательно включенные первую группу вентилей, регистр и вторую группу вентилей , первый командный выход блока управлени  соединен со вторым входом первой группы вентилей, а второй командный выход .- со вторым входом второй группы вентилей, при этом выход второг счетчика через блок анализатора О со динен со вторым входом разделительного элемента, а вх.од блока удлинени  време ного интервала соединен с выходом фазового дискриминатсчэа, счетный вход первого счетчика - с выходом квантующего элемента И, а выход разделительного элемента И соединен со счетным входом второго счетчика н со вторым входом регистрирующего, элемента И. „ На чертеже представпена блок-схема устройства.. Устройство содержит формирующие устройства 1 и 2j фазовый дискриминато 3; блок 4 управлени , элемент И 5;- блок 6 равномерного распределени  квантующих импупьсов пачки на период исследуемого сигнала, блок 7 увеличени  длительности входного импульса на врем , разное периоду следовани  квантукэщих импупьсов, блок 8 нормализации амплитуды входного импульса и выделени  среднего значени  нормализованного нап р жени , преобразователь 9 напр жени частота, элемент И, Д.О, счетчики 11 и 12 измерени  количества импульсов в па ке, группы 13 и 14 вентилей, регистр 15, блок 16 а1 ализатора О, элемент И 17,, счетчик 18 результата, синхроннзирующие вход 19 и выход 2О блока управпени , соответственно первый третий 21-23 командные выходы блока управлейи , .первый 24 и второй 25 входы, устройства. Первый и второй входы 24 и 25 фазометра подключены ко входам соответствующих формирующих устройств 1 и 2 выходы которых соединены со входами фазового дискриминатора 3, чей выход соединен с первым входом двухвходового элемента И 5, входом блока 7 и синхронизирующим входом 19 схемы 4 управлени . Синхронизирующий вькод 20 схемы 4 управпени  св зан со вторым входом элемента И 5. Выход блока 7 через блок 8 соединен со входом преобразовател  9 напр жение-частота,- выход которого соединен с первым входом двухвходового элемента И Ю. Выход элемента И 5 соединен со счет.ным входом счетчика 11, разр дною выходы которого через группу 13 вентилей св заны с разр дными входами регистра 15, разр дные выходы которого через группу 14 вентилей соединены с разр дными входами счетчика 12. Выход элемента И 10 соединен со счетными входом счетчика 12 и вторым входом двухвходового элемента И 17. Выход счетчика 12 через блок 16 анализатора О св зан со вторым входом элемента И 10. Выход элемента И 17 св зан со- счетным входом счетчика 18, результата . Первый, второй и третий командные выходы 21-23 схемы 4 управлени  соединены соответственно с управл ющими ВХОДЕ ми групп 13 и 14 вентилей и первым входом двухвходового элемента И 17. Основной принцип работы предлагаемого устройства заключаетс  в тпм, что в уста овивщемс  режиме работы с помощью схемы 6 обеспечиваетс  равномерное распреаепение импульсов пачки в пределах всего периода исследуемого сигнала, в результате чего временной интервал квантуетс  практически ровно-отГсто щими импульсами. За счет этого осуществл етс  снижение низкочастотной погрешности измерени  угла сдвига фаз. Устройство работает спедующим обраЗом . . армирующие устройства 1 и 2 вырабатывают пр моугольные импульсы, временной сдвиг йТц между которыми The invention relates to information-measuring technology and prednaz. It is used to measure the average (for a constant measurement time) phase angle between two sinusoidal voltages or between two sequences of electrical pulses. Phase meters with a constant measurement time are inherent in the low-frequency error of the discrete conversion of bc, due to the non-multiplicity of the period of the voltage under study and the measurement time of the phase meter, as well as ;, the random arrangement of the onset and close to the measurement time T with respect to the pulse packets,. Digital phase meters are known for the mean value of the phase shift in which attenuation of low-frequency error is achieved by changing the frequency of quantizing pulses, and it is measured according to the dependence symmetrical about the middle of the time interval mgm-E, the result decreases in the number of counts of counts that coincide with the initial and final region of the interval T , The drawback of the device is the circuit complexity and high metrological requirements for the nodes that provide the necessary accuracy for the implementation of the law of variation of the quantizing frequency i. Of the known devices, the closest in technical essence to the proposed is a digital phase meter of the average phase shift, the principle of which is based on measuring the time interval & T proportional, phase shift Y, by quantizing it and counting the number of quantizing pulses (from the follow-up period) aa several periods of the investigated stresses for the duration of the measurement, the measurement time l2. A disadvantage of the known device is the presence of a non-frequency component of the discrete transform error. The aim of the invention is to improve the accuracy of the measurement of the mean value, not the phase angle between the signals under study, by reducing the low-frequency error of the discrete transform. To achieve this goal, a device containing two pulse generators connected via a phase disc driver to one of the inputs of the quantizing element AND, the second input of which is connected to the synchronizing output of the control unit whose control output through the first input of the AND element is connected to the counter the result, a block of uniform distribution of pulses in the measurement cycle was introduced, consisting of a series-connected time extension block, oh Janitor, a transformer, for example ix-frequency and the separating element and, as well as two counters. Two valve groups, a register and an analyzer unit O, the discharge outputs of the first counter are connected to the second inputs of the second through the first valve group connected in series, the register and the second valve group, the first command output of the control unit is connected to the second input of the first group of valves, and the second command output .- with the second input of the second group of valves, while the output of the second counter through the analyzer block O connects to the second input of the separating element, and the input of the block of the extension of the time interval not with the output of the discriminative phase, the counting input of the first counter with the output of the quantizing element I, and the output of the separating element I connected with the counting input of the second counter n with the second input of the recording element I. “The drawing shows the block diagram of the device .. The device contains devices 1 and 2j phase discriminato 3; control unit 4, element 5; - unit 6 for evenly distributing quantizing impups of the packet for the period of the signal under study, unit 7 for increasing the duration of the input pulse for a time that is different for the period of quantized impulses, unit 8 for normalizing the amplitude of the input pulse and extracting the average normalized voltage , voltage converter 9, frequency, element I, D.O., counters 11 and 12 of measuring the number of pulses in a pack, valve groups 13 and 14, register 15, block 16 a1 of analyzer O, element 17, result counter 18, synchronization nziruyuschie input 19 and an output unit upravpeni 2O, respectively, the first third command outputs 21-23 upravleyi block .First 24 and second 25 inputs of the device. The first and second inputs 24 and 25 of the phase meter are connected to the inputs of the corresponding forming devices 1 and 2 whose outputs are connected to the inputs of the phase discriminator 3, whose output is connected to the first input of the two-input element 5, the input of the block 7 and the clock input 19 of the control circuit 4. The synchronizing code 20 of the control circuit 4 is connected to the second input of the element AND 5. The output of block 7 is connected via block 8 to the input of voltage-frequency converter 9, the output of which is connected to the first input of the two-input element AND Y. The output of element 5 is connected to . The input of the counter 11, the discharge outputs of which through the valve group 13 are connected to the discharge inputs of the register 15, the discharge outputs of which through the valve group 14 are connected to the discharge inputs of the counter 12. The output of the And 10 element is connected to the counting inputs of the counter 12 and second in Odom two-input AND gate 17. The output of the counter 12 through the analyzer unit 16 About coupled to a second input of AND gate 10. The output of AND 17 is coupled co-counting input of counter 18, result. The first, second and third command outputs 21-23 of the control circuit 4 are connected respectively to the control INPUTS of the valve groups 13 and 14 and the first input of the two-input element I 17. The main principle of operation of the proposed device is TPM, which in the installed mode of operation Scheme 6 ensures uniform distribution of the burst pulses throughout the entire period of the signal under study, with the result that the time interval is quantized by almost exactly off-burst pulses. Due to this, the low-frequency error of measuring the phase angle is reduced. The device works in a similar way. . reinforcing devices 1 and 2 produce rectangular impulses, the time shift δТц between which

пропорционален фазовому сдвигу Ц между входными сигналами. Поступившие на входы фазового дискриминатора 3 импульсы преобразуютс  им в послеаовательность пр моугольных импульсов с длитепь костью дТц) V и периодом, равным пер.иоду входных сигналов Т.proportional to the phase shift C between the input signals. The pulses received at the inputs of the phase discriminator 3 are transformed by him into a sequence of rectangular pulses with a duration of dTc) V and a period equal to the frequency of the input signals T.

Блок 7 вырабатывает последовательности пр моугольных импульсов гого же периода, но увеличенной длительностиBlock 7 generates sequences of rectangular pulses of the same period, but of increased duration

Л..Т-, - ДТ;L..T-, - DT;

(1) Блок 8 осуществл ет последовательно (1) Unit 8 performs sequentially

следующие преобразовани :following transformations:

а)нормализацию амплитуды импульсов, т.е. ограничение максимального и минимального Напр жени  импульсов на некоторых значени х ЛАИН;a) normalization of the amplitude of the pulses, i.e. limiting the maximum and minimum impulse voltages at some LAAN values;

б)вьшеление (на фильтре нижних частот ) посто нной составл ющей нормализованного напр жени b) the increase (on the low-pass filter) of the constant component of the normalized voltage

,,

иand

ПОСТ FAST

лТтlt

. ) т JWVVIH WfAOKC W MH поступающей на вход преобразовател 9 напр жение-частота с характеристикой вида. : -К И - К И 1„....-.и. ... П-Н-Ч где KJ - коэффициент пропорциональности Учитыва  (1), (2) и (З), получим «п.ц.ч-(Ц MCSKC мин) . ЛТЧНТСЦ Выбрав значение К. из усиови  NVQKC /лми сч Члокс м выражение (4) примет вид J й.Тц Ц-Тсм За врем  Т на вьЬсоде 1реобразовател  9 сформируетс  К периодов частоты пи М (учитыва , Что частота эходного сигнала и fn.H.4 независимы) f-r f Т .(М)Тп.н.ч I. , J , ;. где М - цела  часть числа К..(М 31(С dl-дробна  часть К (т.е. )Обозначив через X и У соответственно число импупьсов на-выходе преобразовател  9 (за врем  Т) и число импульсов в пачке, найдем св зь между X и У. . ) t JWVVIH WfAOKC W MH at the input of the converter 9 voltage-frequency with the characteristic of the form. : -K and - KI 1 „....-. And. ... П-Н-Ч where KJ is the proportionality coefficient Taking into account (1), (2) and (З), we get “п.ц.ч- (Ц MCSKC min). LTCHNTSTS Choosing the value of K. from the NVQKC / lmi of the frequency Chlox m expression (4) takes the form J th. C-TSm During the time T on the transducer 1 converter 9 will be formed K periods of the frequency pi M (taking into account that the frequency of the output signal and fn.H .4 independent) fr f T. (M) Tn.n.h I., J,;. where M is the whole part of the number K ... connection between X and Y.

Так как начало временното интервала Т несинхронизировано 6твосительно последовательности импульсов TjL. на первый вход элемента И 1О поступит либо М, либо М+1 импульсов, т.е.Since the beginning of the time interval T is unsynchronized 6 times the sequence of pulses TjL. At the first input of the element AND 1O, either M or M + 1 pulses will arrive, i.e.

Число У  вл етс  результатом квантовани  временного интервала A-Tt периодом Тсч, причем АТц) и Тсц некратны, и (Тц) случайным образом tрасположено портнршенрю к импупьсам Тсц.The number V is the result of quantization of the time interval A-Tt by a period of a Tcch, moreover, ATz) and Tcc are non-multiple, and (Tc) is randomly located between the transmitter and the impulses of Tcc.

Использу  (9), получим, что уложитс  в интервал (К-1) раз.Using (9), we obtain that it is laid in the interval (K-1) times.

K-I-25K-I-25

откуда (учитыва , что i) ,У (5 или М; или М-1. Из выражений (8) и (11) следует, что за один период квантовани  ЛТи| число импульсов, формируемых на выходе преобразовател  9, или равно, или не более чем на два импульса больше, чем число импульсов в пачке. Этим исключаетс  потер  хот  бы одного импульса при их подсчете в счетчике 18. Счетчик 11 регистрирует число импульсов , содержащихс  в каждой пачке, поступающей с выхода элемента И 5. По заднему фронту импульса лТц с первого командного выхода 21 блока 4 управлени  на группу 13 вентилей поступает импульсный сигнал, осуществл ющий перепись кода счетчика 11 в регистр 15, По переднему фронту импульса u.T на втором командном выходе 22 блока 4 управлени  формирует.с  сигнал, поступающий на группу 14 вентилей, по которому код -из регистра 15 переписываетс  в счетчик 12. При коде, отличном от нул , на выходе блсжа 16 анализатора О образуетс : разрешающий; потенциал, подаваемый на второй вход элемента И 1Q, н импульсы преобразовател  9 через элемент И 10 Ч ocтyпaюt Ч)Дновременно на вход вычитающего счетчика 12 и на вход суммирующего счетчика 18 результатаwhence (taking into account that i), V (5 or M; or M-1. From expressions (8) and (11) it follows that for one LTI quantization period | the number of pulses generated at the output of converter 9 is equal to, or no more than two pulses more than the number of pulses in a burst. This eliminates the loss of at least one pulse when they are counted in counter 18. Counter 11 records the number of pulses contained in each burst coming from the output of element 5. At the trailing edge of the pulse LTC from the first command output 21 of the control unit 4 to the valve group 13 is pulsed the signal that overwrites the counter code 11 into the register 15. On the leading edge of the pulse uT, the second command output 22 of the control unit 4 generates a signal to the valve group 14, by which the code-out of the register 15 is written to counter 12. When the code is other than zero, at the output of the analyzer O 16, the following is formed: permitting; the potential applied to the second input of the element AND 1Q, and the pulses of the converter 9 through the element AND 10 H output type H) At the same time, the input of the subtracting counter 12 and the input of the summing counter 18 of the result

(черйз элемент И 17, на первый вход которого с третьего командного выхода 23 схемы 4 управлени  подаетс  разрешающий потенциал на врем  измерени  По окончании Т) элемент И 17 закрываетс . Число, полученное в счетчике 18. результата, пропорцис альное среднему углу сдвига фаз между исследуемыми сигналами.(The element And 17, to the first input of which, from the third command output 23 of the control circuit 4, the resolving potential is applied to the measurement time. At the end of T) the element 17 is closed. The number obtained in the counter 18. The result is proportional to the average angle of phase shift between the studied signals.

Таким образом, число импульсов, пос- тупающих на счетчик 18 в каждом периоде квантовани  дТц , равно числу импульсов в пачке, подсчитьшаемых счетчиком 11. При этом частота поступлени  импульсов в счетчик 18 существенно ниж чем частота импульсов в пачке, в результате чего импульсы, поступающие в счетчик 18, распредел ютс  практически равномерно в течение всего интервала времени измерени . Поэтому введение в схемуцифрового фазометра блока рав омерного распределени  импульсов в цикле измерени  обеспечивает снижение низкочастотно погрешности дискретного преобразовани  и повышение-ТОЧНОСТИ измерени .Thus, the number of pulses arriving at counter 18 in each quantization period dTc is equal to the number of pulses per burst counted by counter 11. At the same time, the frequency of pulses arriving at counter 18 is much lower than the frequency of pulses in a burst, resulting in pulses arriving into the counter 18, are distributed almost evenly throughout the entire measurement time interval. Therefore, the introduction of a unit of uniform distribution of pulses in a measurement cycle into a digital phase meter ensures a reduction in the low-frequency errors of the discrete conversion and an increase in the measurement ACCURACY.

Предлагаемое устройство может быть использовано в народном хоз йстве со значительным экономическим эффектом за счет значительного повышени  точности измерени  фазового сдвига.The proposed device can be used in a national economy with a significant economic effect due to a significant increase in the accuracy of measuring the phase shift.

Claims (2)

1.Смирнов П. Т. и Мурашов О. В. Сокращение времени измерени  цифровых фазометров.-Вопросы радиоэлектроники, 1969, Сери  РТ, вып. 4, с. 18-22.1.Smirnov P. T. and Murashov O. V. Reducing the measurement time of digital phase meters. Issues of radio electronics, 1969, Seri RT, vol. 4, s. 18-22. 2.Орнахтский П. П. Автомагические измерительные приборы, Вища школа, 1971, с. 420 (прототип).2.Ornakhtsky P.P. Avtomagichesky measuring devices, Vishcha school, 1971, p. 420 (prototype).