Фазометр с постоянным измерительным временем Советский патент 1987 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении разности фаз сигналов в течение ограниченного времени измерения.

Целью изобретения является повышение точности измерения разности фаз.

На чертеже представлена схема предлагаемого фазометра.

Фазометр с постоянным измерительным временем содержит последовательно соединенные преобразователь 1 разности фаз в длительность импульсов, первый интегратор 2, усилитель 3, первый и второй перемножители 4 и 5, сумматор 6, второй и третий интеграторы 7 и 8, а также генератор 9 пи- лобразного напряжения, выходом подключенный к вторым входам перемножителей 4 и 5, Второй вход сумматора 6., подключен к вьгходу первого интегратора 2, а третий вход - к выходу первого перемножителя 4.

Фазометр работает следующим образом.

На входы преобразователя 1 поступают сигналы: U, (t, )U, cos(Qt + tf) ; U(t)U cosat. Ha выходе преобразователя 1 разности фаз в длительность импульсов формируется последовательность импульсов, период следования которых равен периоду входного сигнала, а длительность импульсов пропорциональна разности фаз i-p между входными сигналами согласно Т Ц /сг, Представим последовательность этих импульсов в виде ряда Фурье, тогда последовательность этих импульсов, поступающих на вход ,интегратора 2, на выходе последнего преобразуется в сигнал вида

U(t) и,+ i:u,cos(anT+c|j dt

J- J n iJ

( (

с выхода интегратора 2 сигнал (1) поступает на вход усилителя 3, коэффициент усиления которого равен 6, и с выхода последнего после усиления в 6 раз поступает на перемножитель 4 На второй вход перемножителя 4 с выхода генератора 9 пилообразного напряжения поступает сигнал

U,(t) -t/T.(2)

На выходе перемножителя 4 формируется сигнал, равный произведению сигналов (1) и (2), поступающих на его входы:

U,(t)6U2(t)-U,(t). (3) С выхода перемножителя 4 сигнал (3) поступает на вход перемножителя 5, на второй вход которого поступает сигнал (2) с выхода генератора 9 пилообразного напряжения. Таким образом, на выходе перемножителя 5 будет формироваться сигнал, равный произведению сигналов (2) и (3), поступа- ющих на его вход:

U(t)U4(t)-U,(t)6U,,(t) U(t).(4) Сигнал (1) с выхода интегратора 2, сигнал (3) с выхода перемножителя 4 и сигнал (4) с выхода перемножителя 5 поступают на входы сумматора 6, с выхода которого сумма этих сигналов поступает, на вход интегратора 7. При этом на выходе интегратора 7 сигнал будет иметь вид: t

U,(t)|j u(t)+U,(t)+U5(t)J dt. (5)

о

с выхода интегратора 7 сигнал (5) поступает на интегратор 8, на выходе которого к концу интервала измерения Т напряжение достигает величины

т

Ug(T)i ju,(t)dt.(6)

Подставляя в выражение (6) значения соответствующих напряжений из выражений (1) - (5), получим

«m firif -i sh

45

+ c)-cosc 41l-r -|r)dt. (7)

Представим интеграл суммы в выражении (7) в виде суммы табличных интегралов и, производя поочередное интегрирование по переменным Г и t, получим

50 «

гтчЛо-.-Т У.ГГ 12

- 60 2(:1г}ТГ I (пт)2

55

X cos(nnT+tf)-cosq J - (nnT+С|)+

+ .(8)

Первое слагаемое в правой части выражения (8) характеризует собой полезную составляющую результата измерения. Второе слагаемое в правой части выражения (8) характеризует

3133

погрешность измерения разности фаз фазометром с постоянным измерительным временем при некратности времени измерения периоду исследуемого сигнала. При этом относительная погрешность измерения устройством может быть определена как

().)- (n iT+ifJ+sintf |.(9)

ПрияТ 1 вьфажение (9) может быть упрощено:

(10

в частности, при 20 Г погрешность приближенного соотношения (10) будет отличаться от точного значения (9) не более чем на 10%.

Погрешность измерения устройством в N раз меньше, чем погрешность измерения прототипом, где N определяется как N S.(nT) .

Максимальная погрешность измерения разности фаз устройством не превьш1ает величины

,5°/70 0,035.

Из анализа выражений (7) и (8) следует, что уменьшение погрешности измерени данным устройством достигается за счет такой обработки входного сигнала, которая позволяет скомпенсировать на выходе устройства составляю цие погрешности вида и и„/(псгТ), На выходе устройства юмеются лишь составляющие погрешности вида и„/ /(плТ) И Uf|/(naT) , величина которых при п.Т 1 значительно меньше величины составляющих вида , характерных для прототипа. Любые изменения в обработке сигнала будут приводить к изменен ию в выходном напряжении устройства относительного уровня различных составляющих погрешностей и в результате не будут приводить к полной компенсации составляющих погрешности вида и МпТ и Un/(QnT)2. Т.ак только лишь повторное интегрирование сигнала (1) приведет не к

ВННИПИ Заказ 4126/43 Тираж 730

Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

уменьшению погрешности измерении, а к ее увеличению. В то же время, исключение любого из интеграторов из процесса обработки сигналов также приведет к неполной компенсации составляющих погрешности вида

и и„/(ппТ), Любое изменение от предлагаемой совокупности, в том числе

и отклонения коэффициентов передачи блоков от рекомендуемых, приводит к увеличению погрешности измерений. Так, из анализа выражений (7) и (8) следует, что отклонения коэффифиента

усиления от 6 на п % усилителя 3 приведет к неполной компенсации состави

, причем относительная величина зтих нескомпенсированньсх составляющих будет пропорциональна п. То же самое относится к отличию коэффициента наклона пилообразного напряжения (2) на выходе генератора 9 от величины (-1/Т). Это обстоятельство

следует использовать при определении технологических допусков на отклонения параметров узлов предлагаемого устройства по допустимой погрешности измерения.

ляющих погрешности вида U МпТ и„/(ПпТ)

Формула изобретения

Фазометр с постоянным измерительным временем, содержагций последовательно соединенные преобразователь разности фаз в длительность импульсов и первый интегратор, входы преобразователя разности фаз в длительность импульса являются входами фазометра, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности измерения разности фаз, в него введены генератор пилообразного напряжения и последовательно соединенные усилитель, первый и второй перемножители, сумматор, второй и третий интеграторы, вход усилителя соединен с выходом первого интегратора и с вторым входом сумматора, выход первого перемножителя соединен с третьим входом сумматора, а выход генератора пилообразного напряжения соединен с вторыми входами первого и второго перемножителей.

Подписное

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении разности фаз сигналов в течение ограниченного времени измерения. Пелью изобретения является повышение точности измерения разности фаз. Для достижения поставленной цели в фазометр, содержащий преобразователь 1 разности фаз в д.аи- тельность импульсов, первый интегратор 2, дополнительно введены первый и второй перемножители 4 и 5, сумматор 6 с тремя входами, второй и третий интеграторы 7 и 8, генератор 9 пилообразного напряжения с функциональными связями, показаннььми на чертеже. Любое изменение от полной совокупности предлагаемых отличительных признаков, включая отклонения коэффициентов передачи блоков от рекомендуемых и указанных в описании изобретения, приводит к увеличерп1ю погрешности измерений. Это рекомендуется учитывать при определении технических допусков на отклонения параметрогз узлов предлагаемого устро1 1ст1за по допустимой погрешности измерения. 1 ил. lO |сл