Способ поверки фазометров Советский патент 1989 года по МПК G01R25/00 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения погрешностей фазометров, предназначенных для работы в широком диапазоне частот входных сигналов.

Цель изобретения - повышение точности поверки.

На фиг.1 приведена зависимость функции показания фазометра от разности фаз между входными сигналами; на фиг.2 - блок-схема поверки фазо метра.

Блок схема поверки содержит генератор стандартных сигналов 1, выход которого соединен с делителем 2 мощности, один выход которого через последовательно включенные переменный аттенюатор 3, регулируемый фазовра2

щатель 4 и дискретный фазовращатель 5 соединен с сигнальным входом по- веряемого фазометра 6, опорный вход которого соединен с выходом делителя 2 мощности.

Сущность способа заключается в использовании внутреннего эталона самих фазометров для выявления их погрешностей. Таким эталоном является периодичность функции показания 9(&) выходного регистрирующего устройст- ва фазометра 6, которая периодически повторяется через каждые 360 при изменении разности фаз 9 между входными измеряемыми сигналами, т.е.

Ф(б ) Р(0) СО

где К - натуральное число.

В общем случае функция показания фазометра Р(0) при отсутствии случайi4 О5

сл

00

3146

ных процессов имеет вид, приведенный на фиг,1 (жирная сплошная линия), где oL - некоторая разность фаз между входными сигналами, при которой по- казание фазометра равно нулю,

Апроксимируем функцию показания фазометра (0) функцией

/ . Г. /O-ci-7

(6) Г+ 2arctg

Г, , t8(-2--)J.

(2)

30

которая изображена на фиг. жирной пунктирной линией.

Тогда функция показания фазометра ф(в) представляется в виде

(0)-2arct8|tg()- ;(e) (3)

где А (9) - отклонение функции показания Ф(Э) от линейно апроксимирован- ной функции f(0).

Из выражения (2) следует, что 20 функция отклонения 71 9) есть периодическая функция с периодом 2Т, кроме того А (9) -является непрерьшной функцией, поскольку в точках разрыва, т.е. когда ± 2 it К, апроксими- 25 рованная функция и функция показаний прибора совпадают, следовательно, функция отклоения 1( (д) при значениях 0 ot±2 К равна нулю.

Пусть на вход фазометра с начальной разностью фаз между входными сигналами, при которой показание прибора равно ф(0) добавочно вводится не- которьй фазовый сдвиг qj , где 35 1 27, истинное значение: которого не известно, В результате этого на выходе фазометра имеет место приращение показания (fj (б, с) , которое в общем случае зависит как от начальной 40 разности фаз б, так и от ввоДимой разности фаз cf

р(е+ч „)Ф(е) +Ф(0дЧ о)

ir+2arctgj tg()l+(6 + Q,). (4) 45

С учетом выражений (3) и (4), а также выражения (2) для приращения показания фазометра в зависимости от начальной разности фаз 9 возможны §0 два случая:

а) ((Q, ,0 о)Ч о-(9.(е) 5) при f (е,+tf) -f (в, ), Наглядно это показано на фиг.1. В этом случае показание фазометра при введении фазо- 55 вого сдвига q на входе перекидьшает- ся с начального положения (точка а фиг.О в конечное положение (точка b фиг,J). При этом приращение

g

0

30

20 25

35 40

45

§0

55

О4

показания фазометра с некоторой точностью равно вводимой разности фаз

,б) (t (9j,q ,)c -2 uV 02 -4,)-(02)

(6)

при f (ег + С/„):-f (Qj) , В этом случае показание фазометра с начального положения (точка с фиг,1) перекидывается в конечное положение (точка d фиг,1), потерпев при этом скачок, величина которого равна 2 « , следовательно для получения истинного значения прират1ения фазометра в правой части выражения (6) надо прибавить величину, равную скачку, т.е. If , приведя выражение (6) к виду (5).

Таким образом, в общем случае истинное приращение показания фазометра при введении на аходе добавочного фазового сдвига ifg выражается как.

V(e,(f) C,-b A(0+Cf)- A(0). С)

Это означает также, что между истинными значением изменения разности фаз ( на входе и приращением показания фазометра p(0,tpp) на выходе есть некоторое расхояодение

8(5 О „)((в, cf)-tf,l((o)- A(0)

(8)

Этим расхождением обусловлены систематические погрешности фазометра,, 1

Найдем среднее за период значение приращения показаний фазометра при плавном изменении начальной разности фаз 9 от некоторого значения 0 до 8+2 п при одном и том же значении вводимой разности фаз Cf ,

С учетом выражения (7) V

V.Cfo) V 6 4 o во

-А(0) ,+2V I )- (0)d6 0 So(9)

Из-за периодичности функции «A (б) последний интеграл я выражении (9) равен нулю, а это означает, что среднее за период значение систематических ошибок с S (О, срд ) О.

Физическая интерпретация выражег я ния (9) заключается в следующем: среднее за период значение приращения показаний фазометра равно неизвестному фазовому сдвигу Cfg, вводимому на входе фазометра, и .не зависит от качества самого фазометра.

Зная истинное значение фазового сдвига (f и имея вид функции прира514

щенияы(0,и „) для вводимого фазового сдвига cf можно найти: а) среднюю абсолютную систематическую ошибку

|8 (9)1

|йЧИ, ; б) среднюю кую систематическую ошибку- - й (в,(,) в) максимальную абсолютную ошибку

18 (еЛе )„„,:

|S(e.iio) И.) (0.ср„). I d0; ° 00)

Поверка фазометров производится

р. . itObt; рЛс1 фса J i .. j- 1 f Г « ч15 на с тезде, блок-схема которого изоб-J SCe.M - 2- ражена на фиг.2.

-10 ifl J I.,,,0 ппгпршностеи. свяражена на ,,

Для исключения погрешностей, связанных с рассогласованием элементов тракта5 рекомендуется между ними

- (,i()7dQ5

(И)

Для исключения погрешностей, связанных с рассогласованием элементов тракта5 рекомендуется между ними

f To jтрактЕ; рекомендус -

ne.a.L,, «.с,,) («..1.„.- -гг«Гс™Гр :г;Гр;:::: -Фазо.р. щателя А можно использовать любой

Для определения значения добавоч- фазовращатель с пределами изменения но вводимого фазового сдвига С|), при фазового сдвига 0-360 , а в качестве котором с учетом плавности 9 в пре- g дискретного фазовращателя 5 - элек- делах одного периода имеет место наи- рически управляемый.фазовращатель большее абсолютное значение система- сдвигом фаз Cf, , значение которого тической ошибки фазометра, рассмотрим случае неизвестно, но для два случая: выявления наибольших погрешностей

а) .30 желательно, чтобы оно было пример

С учетом теоремы о конечном прира- но равным 180°.

щенииЛагранжа из выражения (8) ошиб- . переменный аттенюатор служит для

установки желаемого уровня сиггала. На практике совместно с системам тическими существуют также случаи- ные погрешности и несмотря на их ма- -лость по сравнению с систематичаски- ми ошибками, они могут играть н.ма ловажную роль, как, например, в из- .„ вестном способе. Кроме того, началь- ный фазовый сдвиг 8 меняется не плавно а задается с помощью регулируемого фазовращателя с некоторым шагом, осп/тл . т р имеется

ка измерения - ) ,.

8(б,c,)(0+Ч o)- (

где9б, 60 +tfo ,

Абсолютная максимальная ошибка для данного вводимого начального фазового сдвига

l8(e,4,)L,,-pfh (,)

Очевидно, что наибольшее значение абсолютной погрешности фазометра име.. Уж - V Р i

МОГО фазовусида itiJi -

примерно равным 360/п т.е имеется

. J. - -.т t W TTTfl

место при 3H eHHHCj T ..е. фазы 9 где

supfl8(0.4 o)ll , i 1.2,....п.

- (15) , ПРИ некоторой начальной

б) .-i- 2U .

Учитывая, что Л(9) Д(б+2 |)

Пуст1 при некоторой начальной фазе 0. регулируемого фазовращателя производится m переключений состояния

sc9,.).«e.c,.)-««.(9.,.)-«(, «-r rv:aZr::r a;Hr™«:a-.

НИИ фазометра выражение (7) для на

„«N,0 т.тптРТСЯ

+2 it)- N (P (2 r-q ,) .

где9 + Ч о |2 2

Очевидно, что и в этом случае наибольшее значение абсолютной погрешности фазометра имеет место при зна чении срд II т«

(0,M )

НИИ фазометра aolya V- / гчального фазового сдвига 0; запишется

, ((

- -метра при одном замере;

йС.- случайное отклоение приращения фазометра, ,2,...,ni

Исходя из выражении (U), OJ) и (16) можно записать при(

lHe,cf,)U« (е,)Ь Т

(17)

Связь между среднеквадратичен:кои систематической ошибкой для данного фазового сдвига tf, и наибольшим значением среднеквадратической ошибки

следую а я:

(9,)

)4-

где I q I 6., .

Поверка фазометров производится

itObt; рЛс1 фса J i .. j- на с тезде, блок-схема которого изображена на фиг.2.

,,,0 ппгпршностеи. свяражена на ,,

Для исключения погрешностей, связанных с рассогласованием элементов тракта5 рекомендуется между ними

трактЕ; рекомендус -

-гг«Гс™Гр :г;Гр;:::: -Фазо.р.установки желаемого уровня сиггала. На практике совместно с системам тическими существуют также случаи- ные погрешности и несмотря на их ма- лость по сравнению с систематичаски- ми ошибками, они могут играть н.ма ловажную роль, как, например, в из- вестном способе. Кроме того, началь- ный фазовый сдвиг 8 меняется не плав но а задается с помощью регулируемого фазовращателя с некоторым шагом осп/тл . т р имеется

МОГО фазовусида itiJi -

примерно равным 360/п т.е имеется

. J. - -.т t W TTTfl

фазы 9 где

НИИ фазометра выражение (7) для на

„«N,0 т.тптРТСЯ

НИИ фазометра aolya V- / гчального фазового сдвига 0; запишется

, ((

-метра при одном замере;

йС.- случайное отклоение приращения фазометра, ,2,...,ni

714

Среднее значение приращений показаний i-ro шага фазометра для начального фазового сдвига Q,

Vi Va - fo+5(0;APo) (20)

m

При достаточно больших значениях m последний член выражения (20) стремится к нулю.

Имея экспериментальные значения и (f, находят

а)среднюю абсолютную случайную

.ошибку f:iV,-.-Q . (2J) (ra-l)

б)средшою квадратическую случайную ошибку

m

.,.

ta-J

(22)

в) случайную максимальную абсолютную ошибку

Н1

man

ls il ;K-ViLc,,: (23)

Теперь можно найти усредненное по и шагам среднее значение фазовых сдвигов на каждом шаге С.Су; .

Кз выражения (20), пренебрегая последним членом из-за его малости, имеют:

+

.o)

n

(24)

Последний член в выражении (24) при достаточно больших значениях п также стремится к нулю.

По экспериментальным значениям (; и находят

.- а) среднюю абсолнэтную систематическую ошибку

|8| -SJ iilijid . (25)

л|п(п-1)

б) среднюю квадратическую систематическую ошибку

(26)

k8S L i ::ff : :il-.

n-l

в) максимальную абсолютную матическую ошибку

Ы1

max

-rylV:- V; U(27)

На основании полученных данных из выражений (21) - (23) и (25) -(27) находят:

а) похгаую среднюю абсолютную ошибку

z:ivi,-v;i ,i:iVi-(

() jnXn-l)

j(28)

б) полную среднюю квадратическу1р ошибку

Д

|:(V;,-9i) 2:()

m-l

n-J

10

(29)

в) полную максимальную абсолютную ошибку

та

max

15

1

moix

(30)

0

5

0

Таким образом, при помощи предлагаемого способа с большой точностью можно выявить как случайные, так и систематические ошибки поверяемого фазометра, при этом необходимость использования образцовых мер фазового сдвига полностью отпадает, так как в процессе измерений величину неизвестного фазового сдвига можно найти с высокой точностью.

Преимущества способа заключаются в высокой точности поверки, достигаемой с помощью простой непрецизионной аппаратуры. Кроме того, точность поверки увеличивается с увеличением числа шагов, и заданная мера точности определяется заданием числа шагов.

Формула изобретения

Способ поверки фазометров, заключающийся в подаче на сигнальный вход поверяемого фазометра сигнала с начальным фазовым сдвигом относительно опорного сигнала, изменении фазового сдвига подаваемого сигнала каждый раз на дискретную величину, за п шагов покрывающих фааювьй интервал в

пределах пжалы поверяемого фазометра, и измерении начального фазового сдвига на каждом шаге, о тличаю- щ и и с я тем, что, с целью повышения точности поверки, на сигнальный вход поверяемого фазометра каждый раз после установки начального фазового сдвига добавочно вводится фазовый сдвиг, примерно равный J80 , дискретную величину начального фазового сдвига каждого из п тагов выбирают произвольной так, что за п шагов покрьшается фазовый интервал, равный периоду, каждый шаг измерения выполняется m раз, при этом измеряют

1А

фазовый сдвиг на каждом шаге и по измеренному фазовому сдвигу и начальному фазовому сдвигу определяют приращение показаний фазометра при заме- ре на одинаковом шаге, среднее значение приращений фазовых сдвигов на каждом шаге и усредненное по п шагам среднее значение прирашения показаний фазометра, а параметры точное- ти поверяемого фазометра определяют

™|te«:| iK- V,H

7m(m-l) Xn-J)

D

л

|((,()l. -T n-1

10

де(1)| - IIKS

. Н

IUKK

макс

MesKC

;x- V: Ч: MO КС

полная средняя абсолютная

ошибка;

полная средняя квадратическая ошибка;

максимальная абсолютная

ошибка;

приращение показания фазометра при одном замере; среднее значение приращения показаний фазометра i-ro его шага; усредненное по п шагам среднее значение приращения показаний фазометра.

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения -. повьшение точности поверки путем исключения как систематических, так и случайных погрешностей фазометра. На сигнальный вход каждый раз после установки начального фазового сдвига добавочно вводится фазовый сдвиг, примерно равный 180. Дискретная величина начального фазового сдвига каждого из п шагов выбирается произвольной. За п шагов покрывается фазовый интервал, равный периоду. Каждый шаг измерения производится m раз. При этом определяют.приращение попаданий фазометра при замене на одинаковом таге, среднее значение приращений фазовых сдвигов на каждом шаге, среднее значение приращений показания фазометра. Параметры поверяемого фазометра определяют по расчетным формулам, представленным в .тексте описания. 2 ил.

ot 01

9i ffs фиеЛ

фи8.2