Устройство для поверки фазометров Советский патент 1983 года по МПК G01R25/04 

Изобретение относится к электрорадиоизмерениям и может быть использовано для поверки фазометров низкочастотного и инфранизкочастотного ди апазонов. Известно цифровое устройство для воспроизведения фазовых сдвигов,пред назначенное для поверки фазометров, содержит задающий .генератор с подклю ченными к нему первым и вторым дели.телями частоты, два реверсивных счёт чика с подключенньш1и к их выходам соответственно первым и вторЫ - постоянными запоминающш- и элементами, два преобразователя код-напряжение с подключенными к их выходам РС-цепями, входы разрядов преобразователе код-напряжение соединены с выходами соответствующих постоянных запоминающих элементов, а их управляющие входы соединены с выходами Знак 11 и Знак и соответственно первого и второго делителей частоты, соединенных выходами Упр 111;( (ynp.iU.2) Уст.О с управляющими входами соответственно первого и второго реверсивных счетчиков, счетные входы которых соединены с выходом задающего генератора, выход Уст.О первого делителя частоты соединен с входом Запись второго делителя частоты, входы предустановки которого присоединены к шине кода фазы. В известном устройстве выходные гармонические колебания формируются путем йифроаналогового преобразования периодически считываемых из постоянных запоминающих элементов дискретных значений синусоидальной функции, а фазовый сдвиг устанавливается путем предустановки второго делителя частоты в момент равенства нулю текущего кода первого делителя частоты ij . Однако в данном устройстве отсутствует возможность регулирования фор глы сигнала с целью определения погрешности фазометров, обусловленной нелинейныгди искажениями или гармони ческими помехаг ш с произвольными амплитудными, фазовыми и чacтoтны ли соотношениями между ними, Наиболее близким по технической сущности к изобретению является калибратор фазовых сдвигов, содержащий генератор, соединенный с блоком дели телей частоты, к первому выходу которого подсоединены первый делитель частоты с подсоединенным к нему пер вым цифроаналоговым преобразователем выход которого соединен с первым выходом устройства, и второй делитель частоты с подсоединенным к нему вторым цифpoaнaлoгoвы л преобразоват лем и блоком установки и контроля фазового сдвига, вход синхронизации которого соединен с управляющим выходом первого делителя частоты, к другим выходам блока делителей частоты подсоединены дополнительные де-, лители частоты с подсоединенныгли к ним дополнительными цифроаналоговыми преобразователями и блоками установки и контроля фазового сдвига, выходы синхронизации которых соединены с управляющим выходом второго делителя частоты, выходы второго и дополнительных цифроаналоговых преобразователей через аттенюаторы соединены с входами аналогового сумматора, один из входов которого соединен через аттенюатор с выходом источника постоянного напряжения, выход аналогового сумматора соединен с вторым выходом устройства. На втором выходе данного устройства .формируется сложный испы(гательный сигнал в виде суммы постоянной составляющей, первой и высших гармоник с регулируемыми фазовыми и амплитудньвли соотношениями, что позволяет оценить влияние искажений формы сигнала на точность измерения фазометров и расширить тем самым функциона-ньные возможности устройства 2 . Однако такое устройство имеет . ограниченный частотный диапазон. Его верхняя рабочая частота fg ограничивается vIинимaльнoй величиной дис-. крета ЬСрд изменения фазы:Рв-()/ /360, где if частота счетных импульсов на входе делителя частоты. Нижняя рабочая частота устройства ограничивается блоком формирования синусоидального сигнала яа основе .делителя частоты и нелинейного цифроаналогового преобразователя. Такой преобразователь представляет собой нестандартный элемент, требующий весьма сложной настройки, связанной fc подбором резисторов и параметров ключевых элементов. Число ступеней синтезируемой синусоиды при этом определяется погрешностью преобразователя и не превышает, как правило, 100, что существенно усложняет фильтрацию выходного сигнала в области инфранизких частот. Возможности расширения частотного диапазона в область инфранизких частот ограничиваются также блоком задания кода фазового сдвига, осуществляемого путем предустановки делителей частоты фазопеременного канала в момент равенств.а нуля выходного кода делителя частоты опорного канала. При этом время установления фазы зависит от частоты сигнала и может достигать одного периода. На инфранизких частотах это составляет десятки-сотни секунд, что в ряде случаев оказывается неприегллеким. Цель изобретения - расширение частотного диапазона устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для поверки фазометров, содержащее генератор, первый цифроакалоговый- преобразователь, выход которого соединен с первым выходом устройства, аналоговый сумматор к- входам которого -подсоединены выходы аттенюаторов, к входам которых подсоединены соответственно выходы генератора постоянйого напряжения , дополнительных цифроаналоговьлх преобразователей, а -акже второго цифроаналогового преобразователя, выход аналогового сумматора соединен с вторым выходом устройства, введены последовательно соединенные первый накапливаквдий сумматор, первый постоянный запоминающий элемент и первый регистр., выходы которого соединены с входами первого цифроаналогового преобразователя, последовательно соединенные первый сумматор, второй постоянный запо1 1инаювдий элемент и втЪрой регистр, выходы которого, соединены с входами второго цифроана логового преобразователя, а входы первого сумматора соединены с выхода ми первого накапливаннцего сумматора а также дополнительные накапливающие сумматоры, постоянные запоминающие элементы, сумматоры и регистры,причем выходы дополнительных накапливакидих сумматоров через соответствующие последовательно соединенные дополнительные cy iмaтopы, постоянные запся шнающие элементы и регистры со единены с входами соответствукадих дополнительных цифроаналоговых преобразователей, установочные входы накапливающих сумматоров соединены с соответствующими входными кодов М, установочные входы сумматоров соединены с соответствующими входными шинами кодов Nt , тактовые входы всех накапливающих сумматоров и входы записи всех регистров соединены с выходом генератора. На чертеже представлена структур ная схема устройства. Устройство содержит генератор 1 и два канала - опорный 2 и фазопеременный 3, причем опорный канал 2 содержит последовательно соединенные первый постоянный запоминающий элемент 4-1, первый регистр 5-1 и первы цифроаналогоаый преобразователь 6-Л фазопеременныи канал 3 содержит и идентичных цепочек, первая из которых включает последовательно соединенные первый накапливающий сумматор 7-1, первый сумматор 8-1, второй по стоянный запоминающий элемент-4-2, второй регистр 5-2, второй цифроаналоговый преобразователь 6-2 и первый аттенюатор 9-1, а дополнительные цепочки содержат соответственно после довательно соединенные дополнительны .накапливающие сумматоры 7-2, 7-3,.. 7- И , дополнительнее сумматоры 8-2 8-3,...8-П , дополнительные постоянные запоминающие элементы 4-3, 4-4, ...4(), дополнительные регистры 5-3, 5-4, .. . 5-{п + 1) , дополнительные цифроаналоговые преобразователи 6-3, 6-4, ... 6-(n-i1), дополнительные аттенюаторы 9-2, 9-3, ... 9-И, выходы которого соединены с входами аналогового сумматора 10 и последовательно соединенные генератор 11 по- стоянного напряжения и (1) -и аттенюатор 9-(, выход которого подключен к одному из входов а нал о го во-, го сумматора 10,. к другим входам которого подключены выходы остальных аттенюаторов 9- ( , тактовые входы всех накапливающих сумматоров 7-i и входы записи регистра 5-1 опорного канала 2 и регистров 5-. i фазопеременного канала 3 соединены с выходом генератора 1, выходы разрядов накапливающего сумматора 7-1 соединены с адресными входс№1и первого постоянного запоминакядего элемента 4-1 опорного канала 2, а разрядные входы всех накапливающих сумматоров 7-i подсоединены к соответствующим шинам 12-i кодов М, вторые входы разрядов.всех сумматоров 8- .i соединены с соответствующими шинами 13-1 кодов Ntjj , где ,... И . Устройство работает следующим образом. В постоянных запоминающих элементах 4-1 (ПЗЭ) опорного кансша 2 и 4-(и +1) фазопеременного канаша 3 записаны N дискретных значений кодов синусоидальной функции за период. Кода ячеек ПЗЭ с частотой тактовых импульсов :1 т генератора 1 периодически заносятся .в соответствующие регистры 5-1, 5- и затем с помощью линейных цифроаналоговых преобразователей 6-1, 6-i {ЦАП) преобразуются в гармонические колебания определенной частоты и фазы. Можно показать, что значения частоты гармонических колебаний на выходах ЦАП 6-1, 6- определяются частотой генератора 1, кодом M;j на шинах , подключенных к разрядным входам накапливающих сумматоров 7-, работающих по модулю N , и общим числом N дискретных значений синусоидальной функции за период, записанным в ПЗЭ:Р; i {M,/N). Фазовый сдвиг соответствующего гармЬнического колебания относительно выходного сигнала ЦАП 6-1 опорно- го канала 2 определяется кодом Ny на шинах 13- -i кода фазы, которые подключены к вторым- разрядным входам сумматоров 8-ч, работакмцих по модулю N . Дискрет изменения фазы при этом равен йСуд 360/N . Адрес считываемой ячейки ПЗЭ 4- фазоперемекного канала 3. задается выходныгл кодом соответствующего сумматора 8-i, а для ПЗЭ 4-1 опорного канала 2 - выходным кодом накаплива-ющего сумматора 7-1. Допустим, что на разрядные входы этого накапливающего сумматора подан код . Тогда под действием каждого тактовогр импульса генератора 1 выходной код накапливающего cyfiMaTopa увеличивается на 1, в результате чего последовательнй считывают.ся за период все N точек, синусоидальной функции, записанной в -ПЗЭ 4-1 опорного канала 2. Так же последовательно считывается и содержимое-.всех ячеек ПЗЭ 4-2 фазопеременного канала 3, однако начальный адрес-считываемой -ячейки это го ПЗЭ задается сумматором 8т1 ив любой момент :времени опережает на ве личину N(f, адрес соответствующей ячейки ПЗЭ- 4-1. Этим обеспечивается нёобходшлый .фазовый сдвиг между гармоническими сигналами одинаковой час тотыРд- т/ 43 выходах ЦАП 6-1 и 6-2 опорного 2 и фазопеременного 3 каналов. .. . Допустим, что на разрядные входы дополнительного накапливающего сумма тора 7-2 с шины 12-2 подан код . С приходом каждого тактового импульса его выходной код увеличивается на 2, в результате чего будет считывать ся каждая вторая ячейка дополнительного ПЗЭ 4-2 и число считываемых точек синусоидальной функции за период уменьшится вдвое, а частота гармонического сигнала на выходе ЦАП б-З возрастет в 2 раза и будет равной 1 т / Фазовый сдвиг этого сигнала определяется кодом ;N(j,2 , прибавляе мым к текущему коду накапливающего сумматора 7-2 в сумматоре 8-2. Пр этом дискрет изменения фазы по прежнему остается равным &( 360/М . i Для других параллельных цепочек фазопеременного канала 3 значения M; могут быть заданы равными . ,. При ртом очевидно; что с ПЗЭ 4будет считываться каждая fl -я точка синусоидальной функции за период, а частота гармонического сигнала на выходе ЦАП б- -i соответствующей цепочки будет равна F г f ) . Фазовый сдвиг этого сигнала задается кодом Nqi;J на вторых входах сумматоров 8-i с дискретом ic 360/N . Выходные сигналы соответствуняцих ЦАП 6-1 при М i можно рассматривать ка 1-е гармоники выходного сигнала первого ЦАП 6-1 опорного канала 2. Эти сигналы совместно с напряжением генератора 11 постоянного напряжения через аттенюаторы 9-(п+1) и 9- поступают на входы линейного аналогово го сумглатора 10, на выходе которого формируется сложный испытательный сигнал в виде суммы постоянной составляющей, первой и высшей гармоник с регулируемьпли фазовыми, амплитудными и чacтoтны и соотношениями между ними. При М 1 с ПЗЭ 4-1, 4-2 будут считываться (М) -я точка синусоидальной функции и частота выходных сигналов парноi;o 6-1 и второго 6-2 ЦЛП, соответствующая основной частоте выходных сигналов устройства, возрастет Б М раз и станет равной F(, (/N) I причем это увеличение в отличие от известного устройства обеспечивается при той же величине минимального дискрета изменения фазы, равной йЧд 360/N. Максимальное значение верхней рабочей частоты в данном случае ограничивается минимально возможным числом L считываеь 1ых точек синусоидальной функции за период, рс1вным М /М4 . Реально эта величина составляет (50-100), в то как при дискрете фазового сдвига ЬЧ1д 0,5, величинам составляет 720 (в известном устройстве это соответствует коэффициенту деления первого и второго делителей частоты, определяющему верхнюю рабочую частоту известного устройства значением Pg ff /72 О. Следовательно, частотный диапазон данного устройства может быть расширен в сторону верхних частот в N / L раз (реально - В 10 и более раз) . Кроме того, при могут быть установлены не кратные соотношения основной частоты и частот выходных сигналов остальных параллельных цепочек, Определяегдые отношениями .. Это эквивалентно формированию на выходе аналогового сумматора 10 аддитивной смеси полезного синусоидального сигнала и гармонических помех с регулируемыгли амплитудными и часТотнымИсоотношениями. Такой сигнал можно использовать для оценки помехоустойчивости фазометров к воздействию сосредоточенных помех, расширив тем са1иым функциональные возможности устройства. Устройство позволяет также формировать на первом и втором выходах гармонические сигналы, имеющие кратные частоты и производить поверку специальных фазометров кратных часПредлагаемое устройство не имеет принципиальных ограничений на ниж- нюю рабочую частоту, поскольку используемый здесь блок формирования гармонического сигнала на основе ПЗЭ и ЦАП обеспечивает синтез ступенчатого ансшогового сигнала по большому числу дискретных отсчетов синусоидальной функции (несколько сот и более), в то время как у известного устройства по ранее указанным причинам эта величина не превышает 100. В результате верхняя частота спектра выходного сигнала устройства в несколько сот и более раз превышает его основную частоту, что не создает су иейтвенных проблем при его последующей аналоговой фильтрации. Возможности расширения частотного диапазона в область низких и инфранизких частот определяются также малым временем установления фазы сигна ла, поскольку выходной сигнал с заданным фазовым сдвигом в устройстве формируется сразу после установки ко да фазового сдвига {f . Требуемое для этого время определяется быстродействием используемой элементной базы и не превышает долей-единиц микросекунд (вместо десятков-сотен секунд для прототипа в области инфранизких частот). Таким образом, благодаря введению новых элементов и связей существенно расширяется частотный диапазон устройства для поверки фазометров как в область верхних частот (.более чем в. 10 раз, так и низких - до ( - 10-) Гц и ниже при палом времени установления фазы сигнала (доли-единицы микросекунд), независящим от частоты,,и при достаточно простой фильтрации аналоговых сигналов. Кроме того, предлагаемое устройство по сравнению с базовым Ф1-4 имеет более широкие функциональные возможности, позволяя производить оценку помехоустойчивости фазометров к сосредоточенным гармоническим помехам. Устройство также более технологично, так как строится на основе цифровых интегральных ckeM средней (сумматоры, регистры) и большой (ПЗЭ,. ЦАП) степени интеграции.

УСТРОПСТВО ДЛЯ ПОВЕРКИ ФАЗОМЕТРОВ, содержащее генератор, первый цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с первым выходом устройства, ангшоговый сумматор, к входам которого подсоединены выходы аттенюаторов, к входам которых подключены соответственно вь1ходы генератора постоянного напряжения, дополнительных цифроаналоговых преобразователей, а также второго цифроаналогового преобразователя, выход аналогового сумматора соединен с вторым выходом устройства, отличающее с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона, в него введены последовательго соединенные первый накапливающий сумматор, первый постоянный запоминающий элемент и первый регистр, выходы которого соединены с входами первого цифроаналогового преобразователя, последовательно соединенные первый сумматор, второй постоянный запоминаквдий элемент и второй регистр, выходы которого соединены с входами второго цифроаналогового преобразо.вателя, а входы первого сумматора соединены с выходами первого накапливакядего сумматора, а также дополнительные накапливающие сумматоры,постоянные запоминающие элементы, сумматоры и регистры, причем выходы дополнительных накапливающих сумматоров через соответствующие последовательно соединенные дополнительные (Л сумматоры, постоянные запоминающие элементы и регистры соединены с входами соответствующих дополнительных цифроаналоговых преобразователей, установочные входы накапливающих сумматоров соединены с соответствуЮЩИ1ЛИ входными шинами кодов A ,установочные входы сумматоров соединены с соответствующими входными шинаСП ми ксадов И(р; , тактовые входы всех накапливающих сумматоров и входы записи всех регистров соединена с вы00 ходом генератора. vl