СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ ФАЗОМЕТРОВ И ДВУХФАЗНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ Российский патент 1997 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, может быть использовано для аттестации и поверки фазоизмерительной и фазозадающей аппаратуры и является усовершенствованием изобретения по авт. свид. N 1413548.

Цель изобретения повышение точности определения погрешности двухфазного генератора.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения погрешности фазометров и двухфазных генераторов, основанном на измерении зависимости погрешности фазометра и двухфазного генератора от фазового сдвига, введения дополнительного фазового сдвига, равного 180^o, между сигналами двухфазного генератора, повторном измерении зависимости погрешности фазометра и двухфазного генератора и вычислении первой результирующей погрешности двухфазного генератора только для нечетных гармонических составляющих погрешности, введении дополнительного фазового сдвига, равного Φ₀ между сигналами двухфазного генератора, измерении зависимости погрешности фазометра и двухфазного генератора и вычислении второй результирующей погрешности двухфазного генератора только для четных гармонических составляющих погрешности, определении суммарной погрешности двухфазного генератора по сумме результатов вычислений первой и второй результирующих погрешностей двухфазного генератора, измерения зависимостей погрешности фазометра и двухфазного генератора от фазового сдвига проводят в (K+1) точках шкалы двухфазного генератора за одинаковое время t, определяемое соотношением
t = (K+1)Δt,
где ΔT фиксированный интервал времени, соответствующий измерению в одной точке шкалы,
причем (K+1)-е измерение проводят в первой точке шкалы, определяют линейную составляющую погрешности фазометра и двухфазного генератора за время измерений Φ_t первую результирующую погрешность двухфазного генератора определяют по значению разности
A₁(Φ)-A₂(Φ)-Φ_гt(Φ),
VA₁(Φ),A₂(Φ)
погрешности фазометра и двухфазного генератора, измеренные соответственно при дополнительных фазовых сдвигах, равных 0 и 180^oC.

Вторую результирующую погрешность двухфазного генератора определяют по значению разности

где
A₃(Φ) погрешность фазометра и двухфазного генератора, измеренная при дополнительном фазовом сдвиге Φ₀
Введение дополнительных измерительных и вычислительных операций в известный способ позволяет повысить точность определения суммарной погрешности двухфазного генератора благодаря определению линейной составляющей погрешностей фазометра и двухфазного генератора и уменьшению ее влияния на величину первой результирующей погрешности двухфазного генератора для нечетных гармонических составляющих погрешности, а также на величину второй результирующей погрешности двухфазного генератора для четных гармонических составляющих погрешности.

Чертеж поясняет предложенный способ поверки.

Структурная схема поверки содержит двухфазный генератор 1, первый выход которого соединен со входом фазометра 2 непосредственно, второй выход через фазовращатель 3, таймер 4. Измерение погрешности двухфазного генератора 1 производится при помощи фазометра 2, погрешность установки фазовых сдвигов которого соизмерима с погрешностью фазометра 2.

Фазовращателем 3 устанавливают нулевой (произвольно принимаемый за нулевой) фазовый сдвиг ( Φ_⊘ = 0^° ). Запускают таймер 4 в работу, с выбранным временным интервалом Δt по показаниям фазометра 2 производят измерение погрешности фазометра 2 и двухфазного генератора 1 во всех (K+1) точках шкалы двухфазного генератора 1. Полученная зависимость погрешности A₁ ( Φ ) равна алгебраической сумме погрешностей двухфазного генератора A_г( v ) и фазометра A_ф( v ).

При этом время измерения зависимости A₁( v ) будет равно:
t = (K+1)Δt.
Далее фазовращателем 3 устанавливают дополнительный фазовый сдвиг равный 180^o ( Φ_⊘ = 180^° ), величину которого целесообразно устанавливать по индикатору поверяемого фазометра 2. Запускают в работу таймер 4 и с временным интервалом Δt по показаниям фазометра 2 производят измерение зависимости погрешности фазометра 2 и двухфазного генератора 1 во всех (K+1) точках шкалы двухфазного генератора 1 A₂( Φ ). При этом составляющие погрешности двухфазного генератора 1 сдвигаются по фазе на величину v180^o, а составляющие погрешности фазометров 2 остаются без изменения, время измерения зависимости A₂( v ) равно t.

Следует учитывать, что первая точка на шкале двухфазного генератора и (K+1) точка являются одной и той же точкой, поскольку фазовый сдвиг на выходе двухфазного генератора изменяется периодически от 0 до 2 p Это условие учитывается и в показаниях фазометра, т.е. при v > 2π, Φ_измер.= Φ - 2π.
Зависимости A₁( Φ) и A₂( v ) можно записать в следующем виде:

где A₂( Φ +180) зависимость A₂( v ), сдвинутая влево на угол 180^o; v_t(Φ) линейная составляющая погрешностей фазометра и двухфазного генератора при снятии зависимостей A₁( Φ ), A₂( v ) за время t; A_г(0)=A_г(2 p ); A_ф(0)=A_ф(2 p ).

Разность между измеренными зависимостями A₂( v +180) и A₁( v ) содержит информацию только о погрешности поверяемого фазометра 2, результирующие значения для нечетных гармонических составляющих погрешности фазометра 2 A_фn( v_i ) в каждой i-й точке шкалы двухфазного генератора 1 могут быть определены, например, путем разложения в ряд фурье разности A₂( Φ +180)-A₁( v ) по формуле:

где n номер нечетной гармоники погрешности фазометра;
m число гармоник разложения погрешности;
B_n, C_n соответственно амплитуды синусоидальных и косинусоидальных нечетных гармонических составляющих разложения в ряд фурье погрешности фазометра, рассчитываемые по формуле:

где соответственно амплитуды синусоидальных и косинусоидальных нечетных гармонических составляющих разложения в ряд фурье разности A₂( Φ +180)-A₁( v ).

Погрешность двухфазного генератора 1 для нечетных гармонических составляющих A_г( v_i ) может быть вычислена путем решения уравнений (4-6) для двухфазного генератора 1 из исходного выражения

Φ₁ и Φ_k+1 фазовый сдвиг на выходе двухфазного генератора в первой и (K+1) точках соответственно. Фазовращателем 3 устанавливают дополнительный фазовый сдвиг равный Φ₀(Φ_⊘ = Φ₀) величину которого целесообразно выбирать кратной величине дискрета фазового сдвига двухфазного генератора 1 и вводить по индикатору фазометра 2. Запускают таймер 4 и с временным интервалом Δ t вновь по показаниям фазометра 2 производят измерение зависимости погрешности фазометра 2 и двухфазного генератора 1 во всех (K+1) точках шкалы двухфазного генератора 1 A₃( v ). При этом составляющие погрешности фазометра 2 остаются без изменения, время измерения зависимости A₃( v ) равно t, т.е.

Разность между измеренными зависимостями A₃( Φ + Φ₀ ) и A₁( Φ ) содержит информацию только о погрешности поверяемого фазометра 2, результирующие значения для четных гармонических составляющих погрешности фазометра 2 A_фr( v_i ), в каждой i-й точке шкалы двухфазного генератора 1 могут быть определены, например, путем разложения в ряд Фурье разности A₃(Φ+Φ₀) - A₁(Φ) по формулам:

где r номер четной гармоники погрешности фазометра;
B_r, C_r соответственно амплитуды синусоидальных и косинусоидальных четных гармонических составляющих разложения в ряд Фурье погрешности фазометра, определяемые по формулам:

где соответственно амплитуды синусоидальных и косинусоидальных четных гармонических составляющих разложения в ряд Фурье разности A₃(Φ+Φ₀) - A₁(Φ)
Погрешность двухфазного генератора 1 для четных гармонических составляющих A_гr( Φ_i ) может быть вычислена путем решения уравнений (11-13) для двухфазного генератора 1, используя данные

Значение суммарной погрешности поверяемого фазометра 2 A_ф(Φ_i) определяется как сумма результатов вычисления погрешностей в каждой i-й точке шкалы двухфазного генератора 1 по формулам 4 и 11 для нечетных и четных гармонических составляющих погрешности, т.е.

A_ф(Φ_i)= A_фn(Φ_i)+A_фr(Φ_i). (16)
Аналогичным способом определяется значение суммарной погрешности двухфазного генератора 1 во всех точках шкалы двухфазного генератора, т.е.

A_г(Φ_i)= A_гn(Φ_i)+A_гr(Φ_i). (17)
Величина фазового сдвига вводимого фазовращателем 3 с целью измерения зависимости A₃( Φ ), определяется из величины амплитуд разложения в ряд Фурье зависимости A₁( v ), A₂( v ) или зависимости погрешности фазометра и двухфазного генератора от фазового сдвига, измеренной при установленном фазовращателе 3 на угол, например 10^o.

Для определения погрешности поверяемого фазометра 2 с учетом второй гармонической составляющей погрешности (m=2) необходимо устанавливать Φ₀== 90^° для учета четыре гармонических составляющих погрешности (m=4) Φ₀== 60^° для шести гармонических составляющих погрешности (m=6) фазовращателем 3 устанавливается фазовый сдвиг Φ₀== 45^° для учета десяти гармонических составляющих погрешности (m=10) Φ₀== 30^°
В случае, если на практике Φ_t1≠Φ_t2≠Φ_t3 исходя из экспериментальных зависимостей A₁( Φ ), A₂( v ), A₃( v ), тогда значение v_t для функций (8), (15) можно определить по формуле

При практической реализации способа поверки фазовращатель 3 может быть выполнен, например, в виде каскада с разделенной нагрузкой для обеспечения фазового сдвига Φ180^o и в виде пассивной RC-цепи (дифференцирующей или интегрирующей) для обеспечения фазового сдвига v_ф= Φ₀.
В качестве двухфазного генератора 1 при поверке фазометра 2 может быть использован, например, серийно выпускаемый калибратор фазы Ф1-4, а при поверке двухфазного генератора 1 может быть использован серийно выпускаемый широкодиапазонный фазометр типа Ф2-28.

Предложенный способ поверки обеспечивает повышение точности определения погрешностей двухфазных генераторов, так систематическая погрешность известного способа поверки фазометров по а. с. N 1413548 обусловленная линейной составляющей погрешностей фазометра и двухфазного генератора и неточностью установки фазовращателя 3, выраженная среднеквадратическим значением, определяется выражением:

где ΔΦ погрешность установки фазовращателем 3 фазового сдвига v₀
В случае, если неточность установки фазовращателя 3 отсутствует ( ΔΦ₀=0 ), линейная составляющая погрешностей фазометра и двухфазного генератора не оказывает влияния на точность определения погрешностей фазометра по формулам (4) и (11). При этом σ (A_ф)=0, поскольку в разностях (3) и (1), а также (10) и (1) линейная составляющая погрешностей фазометра и двухфазного генератора равна нулю.

Для погрешности двухфазного генератора данный вывод несправедлив по следующей причине.

Выражение (7) запишем в виде

где определяется выражением (8),
A_гn и Φ_n амплитуда и фаза n-й нечетной гармоники разложения в ряд Фурье зависимости погрешности двухфазного генератора от фазового сдвига.

Если проводить вычисление значений A_гn только по разности A₁( Φ )-A₂( v ), как это выполняется в известных решениях, тогда амплитуды гармонических составляющих разложения в ряд Фурье функции (8) будут вносить дополнительную ошибку в известный способ поверки по а.с. N 1413548. Так для функции (8) разложение в ряд Фурье можно записать в виде

Таким образом, линейная составляющая погрешностей фазометра и двухфазного генератора приводит к появлению дополнительных гармонических составляющих в погрешности двухфазного генератора, величина которых зависит также от значения фазового сдвига, вносимого фазовращателем 3.

С целью исключения влияния линейной составляющей погрешностей фазометра и двухфазного генератора Φ_t на точность определения погрешностей двухфазного генератора функции вида (8) и (15) вычитаются из результирующих погрешностей. При этом, если Φ_t определяется по формуле (18), то влияние Φ_t на точность определения погрешностей исключается не в полной мере.

Изобретение может быть использовано для аттестации и поверки фазоизмерительной и фазозадающей аппаратуры и является усовершенствованием изобретения по авт. свид. N 1413548. Измеряют зависимость погрешности фазометра и двухфазного генератора от фазового сдвига при нулевом дополнительном фазовом сдвиге между сигналами двухфазного генератора, затем при дополнительном фазовом сдвиге, равном 180^o, вычисляют первую результирующую погрешность двухфазного генератора для нечетных гармонических составляющих погрешности, вводят дополнительный фазовый сдвиг, равный Φ₀ , повторяют измерение зависимости погрешности, вычисляют вторую результирующую погрешность двухфазного генератора для четных гармонических составляющих, определяют суммарную погрешность двухфазного генератора по сумме результатов вычислений. Повышение точности определения погрешности двухфазного генератора достигается в результате измерения зависимостей погрешности фазометра и двухфазного генератора в (K+1) точках шкалы двухфазного генератора за одинаковое время, при этом первую и вторую результирующие погрешности двухфазного генератора определяют с учетом линейной составляющей погрешности. 1 ил.

Способ определения погрешностей фазомеров и двухфазных генераторов, основанный на измерении зависимости погрешности фазометра и двухфазного генератора от фазового сдвига, введении дополнительного фазового сдвига 180^o между сигналами двухфазного генератора, повторном измерении зависимости погрешности фазометра и двухфазного генератора и вычислении первой результирующей погрешности двухфазного генератора только для нечетных гармонических составляющих погрешности, введении дополнительного фазового сдвига Φ₀ между сигналами двухфазного генератора, измерении зависимости погрешности фазометра и двухфазного генератора и вычислении второй результирующей погрешности двухфазного генератора только для четных гармонических составляющих погрешности, определении суммарной погрешности двухфазного генератора по сумме результатов вычислений первой и второй результирующих погрешностей двухфазного генератора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения погрешности двухфазного генератора, измерения зависимостей погрешности фазометра и двухфазного генератора от фазового сдвига проводят в k + 1 точках шкалы двухфазного генератора за одинаковое время t, определяемое соотношением
t = (k+1)Δt,
где Δt - фиксированный интервал времени, соответствующий измерению в одной точке шкалы,
причем (k + 1)-е измерение проводят в первой точке шкалы, определяют линейную составляющую погрешности фазометра и двухфазного генератора за время измерений Φ_t, первую результирующую погрешность двухфазного генератора определяют по значению разности
A₁(Φ)-A₂(Φ)-Φ_гt(Φ),
где

VA₁(Φ),A₂(Φ) - погрешности фазометра и двухфазного генератора, измеренные соответственно при дополнительных фазовых сдвигах 0^o и 180^o,
вторую результирующую погрешность двухфазного генератора определяют по значению разности

где

A₃(Φ) - погрешность фазометра и двухфазного генератора, измеренная при дополнительном фазовом сдвиге Φ₀..