Устройство для определения систематической фазовой погрешности амплифазометров

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к устройствам для определения систематической фазовой погрешности амплифазометров. Цель изобретения - расширение частотного диапазона. Отличительной особенностью устройства является частотная независимость фазового сдвига усредненного коэффициента передачи. Устройство содержит измерительный генератор I гармонического сигнала и блок 8 переключения. В устройство введены согласующий разветвитель 2, реактивньм динамический делитель (Д) 5 напряжения и вольтметр 9. Счет циклического переключения элементов на. выходе Д 5 формирует ряд напряжений, связанных известной зависимостью. При проведении калибровки фазоизмерительная аппаратура подключается к входным и выходным шинам Д 5. В описании приведены примеры реализадии Д 5 и блока 8 переключения. 2 з.п. ф-лы, 6 шт. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 01 R 25/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2<

13

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4046376/24-21 (22) 01.04.86 (46) 15.06.88. Бюл. У 22 (71) Гомельский государственный университет (72) В. А. Яцкевич (53) 621.317.77(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1008903, кл. H 02 М 3/06, 1981.

Кравченко С. А. Калибраторы фаз.

Л.: Энергоиздат, 1981, с. 8, рис. Зв. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИСТЕМАТИЧЕСКОЙ фАЗОВОЙ ПОГРЕШНОСТИ АИПЛИФАЗОМЕТРОВ (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к устройствам для определения систематической фазовой погрешности амплифазометров. Цель изобретения — расширение

„„SU, 1402963 А 1 частотного диапазона. Отличительной особенностью устройства является частотная независимость фазового сдвига усредненного коэффициента передачи.

Устройство содержит измерительный ге- нератор 1 гармонического сигнала и блок 8 переключения. В устройство

I введены согласующий разветвитель 2, реактивный динамический делитель (Д)

5 напряжения и вольтметр 9. Счет циклического переключения элементов на выходе Д 5 формирует ряд напряжений, свя3анных известной зависимостью.

При проведении калибровки фазоизмерительная аппаратура подключается к входным и выходным шинам Д 5 ° В описании приведены примеры реализации

Д 5 и блока 8 переключения, 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1402963

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к устройствам для определения систематической фазовой погрешности ампли5 фазометров в диапазоне частот от килогерц до единиц мегагерц.

Цель изобретения — расширение частотного диапазона.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для определения систематической фазовой погрешности амплифазометров, на фиг. 2 — типы реактивных элементов; на фиг. 3— функциональная схема реактивного динамического делителя напряжения; на фиг. 4 — эквивалентная схема подключения одного реактивного элемента к элементам делителя; на фиг..5 — кон струкция платы, на фиг. 6 а,б,в — 20 состояние ветвей реактивного динамического делителя напряжения при раз- . личных положениях управляемых ключей; на фиг. 6г — векторные диаграммы комплексных коэффициентов передачи 25 указанного делителя при различных его состояниях и результат суммирования при N = 4.

Устройство (фиг. 1) содержит измерительный генератор 1 гармонического jp сигнала, выходом соединенный с входом согласующего разветвителя 2, первый выход которого соединен с клеммой 3 для подсоединения опорного входа поверяемого амплифазометра 4, а второй выход — с входом реактивного динамического делителя 5 напряжения, выход которого соединен с клеммой 6 для подключения измерительного входа поверяемого амплифазометра 4, N управ- 40 ляющих входов упомянутого делителя 5 соединены с соответствующими выходами

7 блока 8 переключения, контрольный выход согласующего разветвителя 2 соединен с вольтметром 9.

Реактивный динамический делитель

5 напряжения (фиг. 3) содержит N реактивных элементов 10.1, 10.2...10.И, первые выводы которых подключены к выходной шине делителя 5, а вторые выводы — к соответствующим Б выходам управляемых ключей !1.1, 11.2 ° ..11..N, первые входы которых (нормально замкнутые с выходом ключей) соединены с шиной "Общ." нулевого потенциала, втовторые входы (нормально разомкнутые

55 с выходом) соединены с входной шиной

12 делителя 5, а управляющие входы управляемых ключей являются управляющими входами делителя 5 и подключены к соответствукицим выходам 7.1, 7.2...Z.N блока 8 переключения, Блок 8 переключения содержит генератор 13 прямоугольных импульсов, выходом подсоединенный к счетному входу счетчика 14, разрешающий вход которого через ключ 15 с фиксацией положения (например, тумблер) соединен с шиной нулевого потенциала, а выходы счетчика 14 подключены к соответствующим входам дешифратора 16, выходные шины которого через N согласователей 17 ° 1, 17 ° 2. ° .17.N подключе" . ны к соответствующим N управляющим выходам ?.1, 7.2...7.N блока пере- . ключения.

Измерительный генератор 1 гармонического сигнала (фиг. 1) включает в себя последовательно соединенные задающий генератор 18, согласующий элемент 19 и регулируемый усилитель

20 выходного напряжения.

Согласующий разветвитель 2 содержит делитель 21, первое плечо которого является первым выходом развет- вителя 2, а второе плечо через проходной элемент 22 соединено с вторым выходом разветвителя 2. К выходу проходного элемента 22 подсоединен ! через зонд 23 контрольный выход разветвителя 2.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал измерительного генератора

1, прошедший, через согласующий разветвитель 2, в виде опорного сигнала с постоянными амплитудой и фазой подается на первый вход амплифазометра

4 (клемма 3), С другого выхода согласующего разветвителя измерительный сигнал через реактивный динамический делитель 5 напряжения подается на второй вход амплифазометра 4 (клемма 6).

На N управляющих входов реактивного динамического делителя последовательно и циклически подаются сигналы управления с соответствующих выходов блока 8 переключения, обеспечивая необходимое изменение амплитуды и фазы измерительного сигнала на клемме 6.

Для контроля амплитуды сигнала на, измерительном выходе согласующего разветвителя 2 к третьему выходу разветвителя подключен вольтметр 9.

14029б3

= (Ucp и N - Вакх! " Вых 4 ."Вы 11 °

Usx

30 где Б,ря — среднее значение комплексной амплитуды напряжения

35 лов;

Н вЂ” количество циклов, равное количеству реактивных элементов 10.1...10.N; — комплексная амплитуда на- 4р пряжения на входе;

U — комплексная амплитуда на811Х i пряжения на выходе за время i-ro цикла (i = 1, 2...И).

Учитывая, что

1Ц1

U8blK1 = U8xK !

К; — комплексный коэффициент 5О передачи делителя 5 во время i-го цикла; !

К,; (, tp; — модуль и фаза коэффициента передачи К,, выражение (1) может быть представлено в комплексном виде:

Основную роль в работе калибрато ра играет реактивный динамический делитель напряжения.

Реактивный динамический делитель

5 напряжения работает следующим образом.

Входное напряжение, представляющее собой гармоническое колебание с комплексной амплитудой U> приложено к шине 12. При последовательном переключении ключей 11.1...!1.N (на фиг. 3 слева направо) каждый элемент

10.1...10.N поочередно на время одного переключения подключается к первой )5 шине 12. На фиг. ба,б,в показаны состояния ветвей делителя 5 при последовательном его переключении. Первые два состояния (на фиг. б сверху вниз соответствуют последовательному сра- 2р батыванию первых двух ключей 11.1 и 11.2, а последнее состояние — срабатыванию последнего ключа 11.N. 3a время N переключений среднее значение выходного напряжения Б, я на выход- 25 ной клемме 6 оказывается равным

b1

+ ° ° ° +! К,1!е )U8x !К;1е

8" 11 ВХ (3) причем

М

2 :. !К;!е

Ь!

l, 4ЕВ...Е11 + Е1ЕВЙИ + Zg Zg...Ей-!

8-- Е + Е ЕВЕР + Е (4) где Е, - полное сопротивление i-го элемента делителя 5.

Переходя к тригонометрической форме комплексных чисел, полагаем, что начальная фаза входного напряжения равна нулю, т.е. — !11ьх! е = lU8x! (5) Из выражений (3) и (4) получаем

N !

U,x ° К., !

cos y.,= 3U8xl; (6)

\ н ! БВ„! . 1K; I sin g. = О.

1=1 (7) что 111 Вх ! К; = 118ых! ! получ аем.

К

cos Q,. = E. K,.cos ч1;=1; (8)

1=1

Учитывая, окончательно — !1!ВЫ., =1 Вх

И Ф

) »n Ч; = СК; sing;=0 (9)

ВХ ;й!

Выражения -(8) и (9} описывают соотношения между фазовыми сдвигами, модулями входных и выходных напряжений, вносимыми реактивным делителем 5 при различных его состояниях. Из выражений следует, что сумма активных составляющих выходных напряжений равна величине входного напряжения, а сумма реактивных составляющих выход.ных напряжений — нулю. Полученные соотношения поясняются на векторной диаграмме комплексных коэффициентов передачи К1...К для четырех состояний делителя 5, состоящего из четырех реактивных элементов 10.1...10.4 с произвольным комплексным сопротивлением (фиг. бг). Каждый коэффициент передачи К„...К обозначен в виде

1402963 вектора, модуль KDTopoI cooTHBtcTBv ет модулю коэффициента, а угол наклона относительно горизонтальной оси фазе коэффициента передачи. Как видно из диаграммы, суммарный вектор н . С

K. = K, + Кг + Кэ +

1 длину, равную единице, и расположен вдоль действительной оси, что иллюстрирует выполнение условий (8) и (9) .

Полученные соотношения (8) и (9) являются частотно-нез ависимыми, так как они не зависят от сопротивлений элементов 10.1...10.N делителя 5.

Именно это свойство и положено в основу работы устройства.

Блок 8 обеспечивает последовательную выработку управляющих импульсов переключения, которые управляют работой ключей 11,1...11.N входящих в состав делителя 5.

Исходное состояние ключей 11, 1.. °

11.N показано на фиг. 3.

После включения электропитания начинает работать генератор 13 прямоугольных импульсов блока 8, а счетчик 14 находится в нулевом состоянии (предварительно сброшен). При ручном нажатии ключа 15 с фиксацией счетчик 14 начинает заполняться импульсами от генератора 13, и на его выходе появляется двоичный код, соответствующий числу поступивших импульсов. Двоичный код поступает на вход дешифратора 16, на выходе которого он преобразуется в униполярный код, обеспечивая последовательное возбужцение выходных шин дешифратора 16.

Длительность импульсов на выходах дешифратора 16 равна периоду генератора 13.

Импульсы равной длительности с выходов дешифратора 16 последовательно через согласователи 17.1...17.N уров45 ней блока 8 поступают на управляющие

Входы ключей 11.1.. ° 11.N в делителе

5, обеспечивая их переключение на время длительности импульса. По окончании действия импульса ключи возвращаются в исходное состояние. 3а счет последовательногo переключения ключей выводы элементов 10.1...10.N поочередно подключаются к шине 12, образуя ветви делителя 5. После выдачи N импульсов с выхода блока 8 счетчик 14 сбрасывается в нулевое состояние и вновь начинает заполняться, цикл поЕ г-6 Е + Ек1+ Ек%+ ЕР где Š— общее ко мплек сно е со про12- 6 тивление между шинами 12 и клеммой 6 для верхней ветви;

Z < — комплексное сопротивление соединительных проводов верхней ветви;

Z > — комплексное сопротивление первой пары контактов ключа;

Е к — общее комплексное сопротивление ключа 11;

Š— комплексное сопротивление резистивного элемента 10.

Общее комплексное сопротивление нижней ветви (между шиной "Общ" и клеммой 6) при другом положении ключа 11 равно

Е Е„+ Л г + Е + Ер, (11) где Е„- комплексное сопротивление соединительных проводов нижней ветви;

Е кг - комплексное сопротивление второй лары контактов ключа 11.

Для исключения влияния соединительных проводов и контактов ключей

11 на величины коммутируемых реактивных сопротивлений указанные цепи должны быть выполнены симметричными, т.е. (12) Z6 Н1 Е к1 что обеспечивает равенство (13) — Z o-6 вторяется. Для остановки переключений необходимо отключить ключ 15, чтобы заблокировать счетчик 14.

В качестве реактивных используются элементы 10.1...10.N — индуктивность, емкость или их соединения (фиг. 2).

Основным требованием к выбору элементов для включения в состав делителя

5 является их малогабаритность и правильное конструктивное расположение на плате (фиг. 5).

Из рассмотрения эквивалентной схемы включения одного какого-либо элемента 10 на фиг. 4 видно, что общее комплексное сопротивление верхней ветви (между шиной 12 и клеммой 6) равно

1 О296З (14) быхов я1п

8х (16) (18) sin Дq= A

40 или окончательно (19) dp = arcsin А, 50 (20) + cosy. sin d p) 1

1Ц8ь!х i I

= cosдg

Ьх

sin g,+

Таким образом, общее коммутируемое комплексное сопротивление обрау С зованное из сопротивления элемента

10, сопротивлений проводов и контактов ключа 11, оказывается одинаковым для двух положений ключа 11. Цепи делителя 5 выполнены симметричными (фиг. 5), а в качестве ключей использованы коммутаторы с одинаковым со- 10 противлением коммутируемых каналов (например, на полевых транзисторах или герконовых реле).

Определение систематической погре-15 шности амплифазометра осуществляется по измерениям контрольного.вольтметра и самого амплифазометра, С помощью амплифаэометра осуществляется измерение разности фаэ между сигналами 20 на входах и определение на клемме 6 амплитуды измерительного сигнала в течение каждого цикла. Опорный сигЬЫх1 116„ 11 нзм

6х

8х где Ч„,„;, U. pasHocTa фаэ ду " гармоническими сигналами на входах амплифазометра и амплитуда, измеренные во время i-ro цикла работы делителя 5.

Представляя значение измеренной разности фаз Q дбм 1В Виде

4 зм = Ю; + 4 ) где Ц; — фаза коэффициента передачи делителя 5 во время i-го цикла;

Ь 1 — систематическая погрешность

45 измерения фазы, выражение (16) можно записать

lU8gx

В1П

Ьх н — выход — (s3nlf соэ 4ц + = 1 6(нал на клемме 3 амплифазометра 4 поддерживается постоянныМ. Результаты измерений считываются с выходных индикаторов поверяемого амплифаэометра, входное напряжение делителя 5 измеряется вольтметром.9 °

Таким образом, после всех N переключений делителя 5 должны быть определены отношения амплитуд

5Иу1 Вых Ф

U8„ БЬх и измеренных амплифаэометром фазовых сдвигов 116м 1 t 1 нЬМ t -. 1 ИЬМ и - (15) Постоянная составляющая погрешности измерения фазы ЛЦ по результатам измерений (14) и (15) определяется в виде алгебраической суммы U8aixi

+ sin APE cos g. = А. (17)

1= USx

Учитывая свойства делителя 5, описанные выражениями (8) и (9), получаем

Таким образом, искомая систематическая погрешность а у поверяемого амплифазометра 4 определяется через известное число А, полученное по результатам N измерений. Для малых значений погрешности

Основное технико-экономическое преимущество предлагаемого устройства по сравнению с известными заключается в значительном расширении рабочего частотного диапазона, Частотная независимость среднего коэффициента передачи позволяет использовать

9 1402963 1О устройство в качестве широкодиапазон ного измерителя .систематических фазовых погрешностей при ловерке амплифазометров, при этом отпадает необходимость в применении отдельных стабильных прецизионных элементов, Формула изобретения

1. Устройство для определения систематической фазовой погрешности амплифаэометров, содержащее измерительный генератор гармонического сигнала, блок переключения и клеммы для

Подключения поверяемого амплифазо- .

Иетра, отличающее с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона, в него введены согласую ций разветвитель, вольтметр и реак- 20

1гивный динамический делитель напряжения, причем первый выход согласующего разветвителя соединен с клеммой для подсоединения опорного входа поверяемого амплифазометра, второй вы- 25

Ход — с входом реактивного динамического делителя напряжения, выход которого соединен с клеммой для подКлючення измерительного входа поверяЕмого амплифазометра, а управляющие входы упомянутого делителя — с соответствующими выходами блока переключения, измерительный генератор гармо-! нического сигнала выходом соединен с входом согласующего разветвителя, контрольный выход которого соединен с вольтметром.

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что реактивный динамический делитель напряжения содержит N реактивных элементов, первые выводы которых соединены с выходом упомянутого делителя, а вторые выводы — с соответствующими выходами N управляемых ключей, первые входы которых соединены с общей шиной нулевого потенциала, а вторые выводы — с входом упомянутого делителя, управляющие входы управляемых ключей являются управляющими входами реактивного динамического делителя напряжения.

3. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок переключения содержит генератор прямоугольных импульсов, выход которого подсоединен к счетному входу счетчика, разрешающий вход которого через ключ с фиксацией положения соединен . с шиной нулевого потенциала, а выходы счетчика соединены с соответствующими входами дешифратора, N выходных шин которого через М согласователей уровня соединены с выходами блока переключения, 1402963! 402963

ugb x р ч

° ° °

МаN

Фиг б

Составитель Ю. Макаревич

Редактор А. Маковская Техред Л.Сердюкова Корректор А. Тяско

Заказ 2853/35 Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий!!3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4