Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИНФАЗНОСТИ ИЛИ ПРОТИВОФАЗНОСТИ ДВУХ СИНУСОИДАЛЬНЫХ СИГНАЛОВ
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИНФАЗНОСТИ ИЛИ ПРОТИВОФАЗНОСТИ ДВУХ СИНУСОИДАЛЬНЫХ СИГНАЛОВ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИНФАЗНОСТИ ИЛИ ПРОТИВОФАЗНОСТИ ДВУХ СИНУСОИДАЛЬНЫХ СИГНАЛОВ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: устройство относится к измерительной технике, а именно к устройствам для определения соотношения фаз, в частности к устройствам для определения синфазности или противофазности двух синусоидальных сигналов. Сущность изобретения: устройство содержит блок деления 1, блок усреднения 2, блок сравнения 3, первую и вторую входные шины, выходную шину с соответствующими связями. 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

   С помощью Яндекс:  

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2036477
Класс(ы) патента: G01R25/00
Номер заявки: 93039910/10
Дата подачи заявки: 05.08.1993
Дата публикации: 27.05.1995
Заявитель(и): Келехсаев Борис Георгиевич
Автор(ы): Келехсаев Борис Георгиевич
Патентообладатель(и): Келехсаев Борис Георгиевич
Описание изобретения: Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для определения соотношений фаз, в частности к устройствам для определения синфазности и противофазности двух синусоидальных сигналов напряжения или тока одной частоты, и предназначено для преимущественного использования в прецизионных устройствах инфранизкочастотного диапазона, когда амплитуды сигналов могут значительно различаться между собой и изменяться в широких пределах.
Известны различные устройства для определения соотношений фаз двух синусоидальных сигналов при измерении разности фаз [1-3] Эти устройства характеризуются значительной сложностью из-за большого количества блоков и звеньев, требующихся для формирования дополнительных импульсов в определенные моменты времени, блоков для сравнения временных интервалов, измерения коэффициентов модуляции, корреляции и т. п.
Кроме значительной сложности этих устройств, они имеют погрешность определения синфазности и противофазности при малой амплитуде хотя бы одного из сигналов, особенно в инфранизкочастотной области измерений, причем эта погрешность становится значительной из-за того, что на инфранизких частотах существенно уменьшается скорость изменения сигналов, и время срабатывания пороговых устройств становится неоднозначным, особенно при малых значениях амплитуд (или амплитуды хотя бы одного из сигналов).
Известны более простые осциллографические устройства для определения соотношений фаз двух синусоидальных сигналов [4 и 5] Эти устройства используют отклоняющие пластины осциллографа. По определенному положению лучевой метки на экране осциллографа судят о синфазности и противофазности исследуемых сигналов.
Наличие осциллографа затрудняет работу в полевых условиях, кроме того устройства имеют большие погрешности на инфранизких частотах и при малых амплитудах сигналов.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому по общим используемым признакам является устройство для определения соотношений фаз двух синусоидальных сигналов [6] содержащее три формирователя импульсов, генератор импульсов, счетчик, два регистра и блок сравнения, соединенный с выходом устройства.
Это устройство для определения соотношения фаз двух синусоидальных сигна- лов не обладает эффективностью на инфранизких частотах, особенно при изменении амплитуд сигналов в большом динамическом диапазоне, так как при этом уменьшается скорость изменения сигнала и возникает погрешность при формировании опорных импульсов. Кроме того, устройство позволяет определять только знак разности фаз двух синусоидальных сигналов и не определяет синфазность и противофазность исследуемых сигналов.
Целью изобретения является повышение точности при расширении функциональных возможностей устройства.
Для этого в устройство для определения синфазности или противофазности двух синусоидальных сигналов, содержащее блок сравнения, первую и вторую входные шины и выходную шину, подключенную к выходу блока сравнения, дополнительно введены блок деления и блок усреднения, причем первый и второй входы блока деления один для сигнала делимого, другой для сигнала делителя, подключены к первой и второй входным шинам соответственно, выход блока деления подключен к первому входу блока сравнения и входу блока усреднения, выход которого подключен к второму входу блока сравнения.
Существо изобретения заключается в том, что после деления величин исследуемых сигналов друг на друга, однозначно определяют синфазность и противофазность этих сигналов по отсутствию различия между текущими значениями сигнала частного и их усредненного значения.
При делении двух синусоидальных сигналов одной частоты сигнал частное представляет собой функцию времени
f (t) [Asin(wt + F1)]/[Вsin(wt + F2)] (1) где Вsin(wt + F2) ≠0;
F1 и F2 фазы двух исследуемых сигналов;
А и В амплитуды исследуемых колебаний.
Функция f(t) будет периодической прерывной функцией по виду напоминать функции тангенсов или котангенсов.
В случае F1 > F2, F2 0 выражение (1) можно записать аналогично с [6] следующим образом для К > 0, 0 < Fo < π/2 и К < 0, π/2 < Fo < π
f (t) К[cosFo + sinFo ctg (2πt/Т)] (2) где Т 2π/w;
Fo разность фаз между исследуемыми колебаниями.
А в случае F2 > F1, F1 0 можно записать для К > 0, -π/2 ≅ Fo ≅ 0 и К <0, π≅ Fo < -π/2:
f(t) К{1/[соsFo + sinFo ctg(2πt/Т)] (3)
Положив Fo 0 (условие синфазности), будет иметь значения sinFo 0; соsFo 1. Подставляя эти значения в выражения (2) и (3), получим соответственно
f(t) [К + К(0/tgwt)] К, (4)
f(t) К/[1 + 0ctg(2πt/Т)] К. (5)
Положив Fo ± 180 (условие противофазности) будем иметь значения sinFo 0, cosFo -1. Подставляя их в выражения (2) и (3), получим соответственно
f(t) [-К + К(0/tgwt)] -К (6)
f(t) К/[-1 + 0ctg 2πt/Т] -К. (7)
Следовательно, в случае синфазности и противофазности получим функцию f(t) в виде прямой линии, численно равной значению ± К, т. е. f(t) ±К. При малых отклонениях от идеальной синфазности и противофазности к полученным значениям ±К будет добавляться значение, образованное из вторых слагаемых, заключенных в квадратные скобки выражений (4)-(7), в которых вместо нуля подставляются значения sinFo.
Так как значения tgwt и ctgwt рассматриваются на интервале полупериода сигнала делителя, т. е. 0 < wt < 180, то значения слагаемых, которые прибавляются или вычитаются из значений ± К выражений (4)-(7), будут максимальны по абсолютной величине в начале и в конце рассматриваемого полупериода.
При усреднении значений сигнала частного на интервале полупериода сигнала делителя получают величину, равную ± К, т.е. f(t)ср ± К. При малых отклонениях от синфазности и противофазноcти двух cинуcоидальных cигналов текущие значения функции f(t) сигнала частного в начале или конце каждого рассматриваемого полупериода будут отклоняться от значения f(t)ср ±К и будут указывать на синфазность или противофазность.
На чертеже представлена функциональная схема устройства.
Устройство для определения синфазности и противофазности двух синусоидальных сигналов содержит блок деления 1, блок усреднения 2 и блок сравнения 3.
Блоки в устройстве соединены между собой следующим образом. Первый и второй входы блока деления 1 подключены к первому и второму входам устройства соответственно. Выход блока деления 1 соединен с первым входом блока 3 сравнения и входом блока 2 усреднения. Выход блока 2 усреднения подключен к второму входу блока 3 сравнения, выход которого является выходом устройства.
Устройство для определения синфазности или противофазности двух синусоидальных сигналов работает следующим образом.
Входные сигналы в виде синусоидальных напряжений Uх(t) Asin(wt + F1) и Uy(t) Вsin(wt + F2) поступают на первый и второй входы блока деления 1, причем напряжение Uх(t) является сигналом делимым, а напряжение Uy(t) является сигналом делителем.
На выходе блока 1 деления получают напряжение U1, пропорциональное частному от деления Uх(t)/Uy(t). Это напряжение поступает на блок 2 усреднения, а на выходе которого получают напряжение U2(К). Это напряжение при уменьшении фазовых сдвигов Fo F1 F2 между сигналами будет приближаться к напряжению, соответствующему значению отношения амплитуд КА/В исследуемых сигналов.
Напряжение U2(К) поступает на второй вход блока сравнения 3 и является опорным напряжением для блока сравнения 3.
Напряжение U1 в течение каждого интервала времени, соответствующего полу-периоду сигнала делителя Uy(t), изменяется в соответствии с видом функции f(t), рассмотренной в (1)-(7). На краях каждого рассматриваемого интервала времени напряжение U1 будет принимать экстремальные значения.
Напряжение U1 поступает на первый вход блока сравнения 3 и сравнивается с усредненным значением сигнала частного напряжения U1. При синфазности или противофазности исследуемых сигналов значения напряжений U1(t) и U2(К) будут равны между собой. На выходе блока сравнения 3 получают напряжение U3, соответствующее условию U1(t) U2(К).
К примеру, если в качестве блока сравнения использовать блок вычитания, то при синфазности или противофазности на его выходе при вычитании его входных сигналов будет напряжение U3 0. Блок сравне- ния можно выполнить на компараторе. Тогда выходной сигнал устройства будет в виде логического сигнала.
Устройство выполнено на стандартных элементах по известным схемам, например: блок деления 1 аналогичен блоку деления в [7] блок 2 усреднения выполнен с помощью ФНЧ на ОУ серии 140УД12; блок сравнения 3 выполнен с помощью операционного усилителя, аналогично [8]
Предлагаемое устройство не только позволяет четко определить синфазность и противофазность исследуемых сигналов по сравнению с прототипом, но и иметь существенные преимущества перед другими устройствами по своей простоте и точности, особенно в инфранизкочастотном диапазоне даже тогда, когда амплитуды исследуемых колебаний значительно различаются между собой, изменяясь в большом динамическом диапазоне.
Формула изобретения: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИНФАЗНОСТИ ИЛИ ПРОТИВОФАЗНОСТИ ДВУХ СИНУСОИДАЛЬНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее блок сравнения, первую и вторую входные шины, выходную шину, подключенную к выходу блока сравнения, отличающееся тем, что в него введены блок деления и блок усреднения, причем первый и второй входы блока деления (один для сигнала-делимого, другой для сигнала-делителя) подключены к первой и второй входным шинам соответственно, выход блока деления подключен к первому входу блока сравнения и входу блока усреднения, выход которого подключен к второму входу блока сравнения.