Способ поверки высокочастотных калибраторов фазы Советский патент 1987 года по МПК G01R25/00 

предложенного способа заключается в следующем. Высокочастотньй контрольный сигнал преобразуют в низкочастотный. Формируют из него два сигнала типа меандр. Устанавливают первый из М фазовых сдвигов контрольного сигнала и оставляют его постоянным при Изменении фазовых состояний сформированных меандров, проводя при этом измерения суммарного фазового сдвига. Таким же образом производят измерения до последнего М-значения фазового сдвига. Из полученного массива результатов измерений формируют матрицу размером М х К (где К - состояния калибратора). Погрешность аттестуемого калибратора фазы опре1

Изобретение относится к электри- ческим измерениям, а именно к фазовым измерениям между двумя электрическими напряжениями, и может быть использовано для аттестации и поверки высокочастотных фазозадающих устройств (калибраторов фазы).

Цель изобретения - повьтение точности и обеспечение возможности автоматической поверки высокочастотных калибраторов фазы цифровым фазометром, имеющим погрешность примерно равную погрешности поверяемого калибратора, при полной автоматизации процесса поверки за счет использования меандров как опоры при поверке калибратора по равноточному фазометру.

На фиг.1 приведены диаграммы, поясняющие способ поверки высокочастотных калибраторов фазы: принцип преобразования частот и фаз (а) и фазовые состояния синусоидальных сигналов калибратора фазы и меандров (б); на фиг.2 - структурная схема устройства, реализующего способ,

В таблице приведены суммарные значения фазовых состояний сигналов калибратора фазы и меандра

Устройство содержит опорный генератор I (ОГ), поверяемый программируемый высокочастотный калибратор 2 фазы (ПКФ), низкочастотный-цифровой фазометр 3 (НЦФ), управляемый делиделяют как частное суммы модулей отклонений от среднего значения погрешностей по К вертикальным столбцам и М строк, а погрешность фазометра как частное суммы того же по всем М горизонтальным строкам и К столбцов. Устройство для реализации способа содержит генератор 1, поверяемый калибратор 2 фазы, низкочастотный цифровой фазометр 3, управляемый делитель 4 частоты, преобразователи 5, 6 частоты, фильтры 7, 8 нижних частот, программируемые синтезаторы 9,10 частоты, интерфейсный блок 115 электронно-вычислительную машину 12, цифропечатающую машину 13, дисплей 14. 2 VLn. 1 табл.

тель 4 частоты (УДЧ), два преобразователя 5 и 6 частоты (ПЧ), два фильтра 7 и 8 ншших частот (ФНЧ), два программируемых синтезатора 9. и 10

5 частоты (СЧ) ,, интерфейсный блок 1 1 (ИБ), электронно-вычислительную машину 12 (ЭВМ), цифропечатающую шину 13 (1ЩМ) ., дисплей 14. При этом выходы ПКФ 2 связаны через ПЧ 5 и 6

O и ФНЧ 7 и 8 с входами НЦФ 3, входы СЧ 9 и 10 соединены с ОГ 1, их выходы - соответственно с входом внешней синхронизации ПКФ 2 и с входом УДЧ 4, два высхода которого соедине ны с вторыми входами ПЧ 5 и 6, ИБ II кодовыми линиями управления связан с ПКФ 2 и УДЧ 4, СЧ 9 и 10, ЦПМ 13,

а кодовой линией ввода информации - с выходом НЦФ 3 непосредственно и

20 двунаправленной линией связи - с ЭВМ 12 и дисплеем 14.

Способ реализуется с помощью - устройства следующим образом.

OF 1 синхронизирует работу СЧ 9 и 10. От СЧ 9 сигнал частотой f, например 120 МГц, поступает на синхронизирующий вход ПКФ 2, С вы- .у. -ходов ПКФ 2 синусоидальные сигналы частотой к 10 МГц поступают к Вх.1 ПЧ 5 и 6, к входам Вх.2 которых от УДЧ 4 поступают меандры (прямоугольные сигналы со

скважностью 2) с частотой f 1,- f где ц - низкая частота, при которой- точность измерения фазометра наивысшая, равной, например, 9,999 МГц, С выходов ФНЧ 7 и 8 сигналы частотой 1 кГц поступают на входы НЦФ 3. Коэффициент деления (Пд) УДЧ может быть различным, но кратным 360°. Однако целесообразно для упрощения, чтобы он был равен коэффициенту деления ПКФ. В случае, если Пп 12, на вход УДЧ от синтезатора должен поступать сигнал с частотой f 119,938 МГц (9,999 х 12), При других частотах сигналов на выходе ПКФ СЧ 10 согласует частотный уровень сигналов с УДЧ и с ПКФ так, что разностная частота f f находится в диапазоне частот от

Фазовые состояния сигналов ПКФ на время измерительного цикла остав ляют постоянным. Например, для первого измерительного цикла фазовое состояние сигналов ПКФ -9, , устанавливают начальное состояние фазы ме-- андров б, и прокручивают фазовые состояния меандров от 9, до 0„ , изме ряя их фазометром и записывая резуль таты измерений с помощью ЭВМ в вер- тикатшные столбцы таблицы. Для второго измерительного цикла устанавливают фазовое состояние сигналов ПКФ, равное ( , затем устанавливают начальное фазовое состояние меандров но в обратном направлении, т.е. О,,

до 10 кГц, где фазометр имеет высо- 20 (фиг.1б). И так далее, для К-го из- кую точность 0,03 ,

На диаграммах (фиг.1а) в круге I

показано, что на частоте f, калибратора фазы устанавливаются фазовые состояния (| синусоидальных сигналов ПКФ, изменяюрщеся от Cj), до ( через

2

приращение --- К.

где К - дискрет

мерительного цикла устанавливают фазовое состояние сигналов ПКФ равное (j) , начальное состояние фазы меандро равное 0 и прокручивают фазовые состояния меандров от б до б, по часовой стрелке, измеряя их фазометром. В результате этого в программе ЭВМ записываются вначале фазовое сос тояние сигналов ПКФ, равное Cj), .и

30

ное значение фазы. В круге II показано преобразование частоты f, в постоянную низкую частоту fц,находящуюся в диапазоне частот фазометра с наименьшей погрешностью измерения, с помощью того, что формируют два меандра на частоте f с фазовыми состояниями, изменяюР1имися от 0, до Q

2 j

через приращения --- (где М - дискретное значение фазы меандра), и ис- 40 пользуют их как гетеродинные сигналы при преобразовании частоты. Частоты f и fj могут меняться, но так.

35

что „ (f сопзС)лср„„„.

В связи с тем, что меандры имеют высокую крутизну, фазовый сдвиг между ними имеет минимальную погрешность, что позволяет использовать их в качестве арбитра при поверке меры по измерителю с точностью при- мерно равной точности меры, если использовать метод разделения погрешностей.

фазометра. Так во всей первой строке

На круговой диаграмме (фиг.1б) по- показание фазометра Q, , включающее в казаны направления изменения фазовых себя значение и погрешность угла состояний (круг - для фазовых состоя- фазового сдвига, во второй строке НИИ ()) сигналов ПКФ и многоуголь- (, в третьей строке qij , в i-й

строке q, , в М-1 строке ср„.

НИИ (jf- сигналов илф и многоугольник - для фазовых состо гаий 9; ме

андров . Направление установки на- чальньк фазовых состояний меандров показано стрелкой А.

Фазовые состояния сигналов ПКФ на время измерительного цикла оставляют постоянным. Например, для первого измерительного цикла фазовое состояние сигналов ПКФ -9, , устанавливают начальное состояние фазы ме-- андров б, и прокручивают фазовые состояния меандров от 9, до 0„ , измеряя их фазометром и записывая результаты измерений с помощью ЭВМ в вер- тикатшные столбцы таблицы. Для второго измерительного цикла устанавливают фазовое состояние сигналов ПКФ, равное ( , затем устанавливают начальное фазовое состояние меандров, но в обратном направлении, т.е. О,,

(фиг.1б). И так далее, для К-го из-

(фиг.1б). И так далее, для К-го из-

мерительного цикла устанавливают фазовое состояние сигналов ПКФ равное (j) , начальное состояние фазы меандров равное 0 и прокручивают фазовые состояния меандров от б до б, по часовой стрелке, измеряя их фазометром. В результате этого в программе ЭВМ записываются вначале фазовое состояние сигналов ПКФ, равное Cj), .и

прокрутка фазовых состояний меандра от 0, до 6 через приращение

-- (левый вертикальный столбец табМ

лицы). Фазовьй сдвиг измеряется циф- ровым фазометром (можно с обнулением показаний фазометра, можно без обнуления - это не влияет на определение погрешности фазометра и калибратора). Далее на калибраторе устанавливают следующее фазовое состояние сигналов

I, - 2fr

{ через приращение -- и вновь осуществляют прокрутку фазовых состояний меандров по часовой стрелке, но

из положения 9,,, а не б ( второй вертикальньй столбец таблицы), то же повторяется для всех других фазовых состояний сигналов ПКФ, т.е. для

ЧъVJ.---.VKI

По горизонтальным строкам таблицы, т.е. по линии фазометра, за основу берется одинаковое показание

Складьгоая значения угла фазового сдвига по строкам, получают К-кратные значения угла фазового .сдвига (УФС и погрешностей фазометра, т.е. K-tf,,-К-ср. , K-q), , .. ,К-Ц). ...,Кср.

Путем нахождения среднего значения погрешности и отклонений относительно него получают значение по- гремности фазометра

iq -:

о;

МЙКС

J макс

где

/

-U - максимальное отрицательное отклонение от среднего значения погрешности по всем строкам;

-uj, максимальное положительное отклонение от среднего значения погрешности по всем строкам; К - число столбцов. Аналогично, складьшая углы фазового сдвига по столбцам, получают М-кратные зна 1ения УФС и погрешностей калибратора фазы, т.е. ncf, ,.. . , , . Путем нахождения среднего значения погрешности и отклонений относительно него получают значение погрешности калибратора фазы

uq.-i f|-ui где -ui

мякс

U 1

J-макс 1

4 MotKc

U1

j ма КС

М

максимальное отрицательное отклонение от среднего значения погрешности по всем столбцам;максимальное положителное отклонение от среднего значения погрешноти по всем столбцам; число строк. Таким образом, погрешность фазомра при проверке определяется как сумма абсолютных значений максимального отрицательного и максимального положительного отклонений от сред- него значения погрешности по всем М строкам, деленная на число столбцов К. Погрешность калибратора при поверке определяется как сумма абсолютных значений максимального от- рицательного и максимального положительного отклонений от среднего

5

5

0

5

0

5

0 5 05

значения погрешности по всем К столбцам, деленная на число строк М.

Формула изобретения

Способ поверки высокочастотных калибраторов фазы, заключающийся в измерении фазовых сдвигов и сравнении измеренных значений при различных значениях амплитуды и частоты высокочастотного сигнала, отличающийся тем., что, с целью повышения точности и автоматизации процесса измерения, высокочастотный конт- рольньш сигнал преобразуют в низкочастотный сигнал, формируют из него два сигнала типа меандр, устанавливают первый из М-фазовых сдвигов контрольного сигнала, оставляют его постоянным при изменении фазовых состояний, сформированных меандров калибровочного сигнала от первого до последнего возможного, проводя при этом измерения суммарного фазового сдвига, затем производят установку второй из М-фазовых сдвигов контрольного сигнала и операции изме- нения суммирования и измерения фазовых сдвигов состояний калиброванных сигналив повторяют, таким же образом производят измерения сигналов до последнего М значения фазового сдвига и вновь повторяя измерения фазовых сдвигов при измерении контрольного сигнала от М значения к первому значению фазового сдвига контрольного сигнала, повторяя указанные операции по всем К состояниям сигналов калибратора и М состояниям меандров из полученного массива результатов измерений производят разделение погрешностей калибратора фазы по К вертикальным столбцам и измерительного блока по М горизонтальным столбцам, при этом погрешнос ть аттестуемого калибратора фазы определяют как сумму абсолютных значений максимальных отрицательного и положительного отклонений от среднего значения погрешностей по К вертикальньп- столбцам деленнзда на М строк, а погрешность фазометра определяют как сумму абсолютных значений максимальных отрицательного и положительного отклонений от среднего значения погрешности по всем горизонтальным строкам, деленную на К столбцов.

i(-i

Фазовые

состояния

меапдрод

НаприВ/ вние пршда дуазо8ь/х состоянш

2

/ /

Bi // Фазовые

/ CGcmoffHuf калибратора

л)

Составитель В.Шубин Редактор Н.Бобкова Техред И.Попович Корректор С.Шекмар

Заказ 885/48 Тираж 731 . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.д д.4/5

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

Фыг.

Изобретение относится к электрическим измерениям и может быть использовано для аттестации и поверки высокочастотных фазозадающих устройств . Целью изобретения является повьшение точности и обеспечение возможности автоматической поверки высокочастотных калибраторов фазы цифровым фазометром, имеющим погрешность, примерно равнзпо погрешности поверяемого калибратора, при полной автоматизации процесса поверки. Сущность сл ю Г 00