Мера фазового сдвига Советский патент 1989 года по МПК G01R25/04 

Изобретение относится к технике электроизмераний, а именно фазомет- рии в диапазоне частот от звуковьпс до высоких (порядка 40-50 МГц), где необходимо создание мер фазового сдвига для аттестации фазометров, фазоиндикаторов, компараторов фазы и т.д.

Цель изобретения - повышение точ ности установления абсолютного значения угла фазового сдвига в широком диапазоне частот при автоматизации процесса воспроизведения..

На фнг.1 приведена структурная схема предлагаемога устройства на фиг.2 - блок-схема алгоритма программы.

Мера фазового сдвига содержит (фиг.1) опорньй генератор 1, выходом соединенный с входами двух каналов 2, каждый из которых содержит последовательно соединенные синтезатор 3 частоты и аттенюатор 4. Мера снабжена сумматором 5 амплитуд двух равных сигналов, программируемым анализатором 6 спектра, цифровым вольтметром 7, частотомером 8, блоком 9 задания малы фазовых сдвигов, микроЭВМ 10, к которой подключены два входных и три выходных интерфейса соответствен- нс 11-15. Выходы аттенюаторов 4 соеди- .нены с входами сумматора 5 амплитуд равных сигналов, выход которого соединен со входом, программируемого ана- лизатора 6 спектра, вых одом соединенного с входом цифрового вольтметра 7, вькоды которого соединены через пер- вьй входной интерфейс 11 с входом микроэвм 10, второй входной интерфейс 12 соединен соответственно с вторыми входами микроэвм 10, с кодовыми выходами частотомера 8, вход которого соединен выходом синтез.атора 3 частоты одного из каналов, причем выходы мик- роЭВМ 10 через выходные интерфейсы 13-15 присоединены к входам программного управления синтезаторов 3 частоты первого и второго каналов, анализатора 6 спектра и блока 9 задания малых фазовых сдвигов.

Устройство (фиг,1) работает следующим образом.

С помощью клавиатуры микроЭВМ 10 через вьгходной интерфейс 15 на выхо- дах синтезаторов 3 частоты устанавливаются два напряжения U., и U с неизвестным углом фазового сдвига (УФС) СР„ при одной и той же частоте f, что

и показывает частотомер В, кодовые выходы которого передают значение кода частоты. Nr f на вход микроЭВМ 10 через входной интерфейс 12. МикроЭВМ 10 производит расчет по программе умножения N в два раза, и от микроЭВМ 10 к анализатору 6 спектра через выходной интерфейс 13 приходит код 2Nf для перестройки анализатора 6 спектра на требуемую частоту 2f,.Далее по программе от микроЭВМ начинается подача командных импульсов через выходной интерфейс 14 к блоку 9 задания малых фазовых сдвигов (до 0,001) с тем, чтобы постепенно вектора напряжения и4 и и по мере ввода УФС расположились под УФС, равны -ш 180 . При этом происх.одит компенсация до нуля нечетных (первых, третьих, пятых и т.д.) гармоник и сложение четных (вторых, четвертых, шестых и т.д.) гармоник. Гармоники, кроме первой и второй, простыми средствами не обнаруживаются, для их обнаружения необходимы специальные избирательные цепи, что зам.едляет перестройку по частоте. С этой целью применен программируемый анализатор 6 спектра, которьй по программе может перестраиваться на требуемую частоту (режим приемника), или же автоматически перестраивается на требуемую частоту (режим приемника), или же автоматически -перестраивается во всем диапазоне частот анализ.атора 6 спектра. Анализатор спектра 6 работает в режиме приемника, настраивается на двойное значение частоты, т.е. на вторую гармонику. Вторая гармоника на выходах . и U, при нулевом ослаблении аттенюаторов 4 равна практически -значению коэффициента гармоник на выходах синтезаторов (например, синтезаторов типа Чб-З1, имеющих коэффициент гармоник 2% выходного сигнала амплитудой 800 мВ, вторая гармоника составляет 16 мВ) При суг шировании второй гармоники в мо мент появления УФС, равного 180 , напряжение второй гармоники составляет 22-25 мВ, измеряемое широкополосным цифровым вольтметром 7, например типа В7-34„

Погрешность определения равенства амплитуд напряжения каналов вольт- метром В7-34 не превьшает 0,15% (в оптимальном диапазоне частот), Диапазон частот вольтметра В7-34 распро-

страняется до 5 МГц, Учитывая, что абсолютная точность измерения амплитуды не .требуется для нахождения 180 , а необходима только чувствительность, разрешение по фазе равно

5 мкВ arctg 55-в

0,0114

57;3°. 0,2.10

(чувствительность вольтметра В7-34 5-6 мкВ)о Значение кода Njj, равного напряжению второй гармоники, поступает с кодовых выходов цифрового вольтметра 7 через входной интерфейс 11 на микроэвм 10. В программе микроэвм 10 типа Искра-1256 производится ввод команды на различение значения кодов напряжения с цифрового вольтметра 7 и после прохода максимума через 5 мкВ, микроЭВМ Ювьщает команду остановки блока 9 задания фазового сдвига. Таким образом,при определении Уфе в 180 вносится неисключенная динамическая погрешность О,.. Через выходной интерфейс 14 блок 9 задания малых фазовых сдвигов останавливает ввод фазы.

После получения УФС в 180° на выходах меры возможно вводить абсолютный фазовый сдвиг любого значения от О до 360. Для 360° 0° необходимо еще ввести УФС в 180°. Вво д УФС осуществляется набором требуемого УФС на клавиатуре микроЭВМ 10, которая и отрабатывает угол, вводя требуемое число импульсов. Например, при полу- чении О необходимо ввести 180 /0,001 180000 импульсов..

На фиг.2 приведена блок-схема алгоритма работы микроЭВМ 10 в режи-г ме автоматического нахождения 0°, где UQ - опорное напряжение, т.е. предьщущее значение 2-й гармоники , перед последующим измерением, U. - амплитудное значение напряжения второй гармоникио

Вначале от неизвес.тного узла, полученного на выходах после включения дается шаговый поиск максимума 2-й гармоники через 30°, подавая ,001 30000 импульсов в блок 9

задания мальпс фазовых сдвигов и сравнивая увеличение следующего шага про- 55

45

тив предьщущего U. При подходе к цели ввод импульсов осуществляется через малые доли по 0,01 (через импульсов).

Таким образом, по сравнению с базовым объектом-прототипом, где абсолютность фазы определяется вручную с-погрешностью 0,03-0,04° в диапазоне до 1 кГц, в предлагаемой мере фазового сдвига благодаря вновь введенным блокам и связям с помощью микроЭВМ устанавливается абсолютньй УФС, т.е. точно известньм УФС в 180° (с разрешающей способностью в 0,01°) в широком диапазоне частот 10-5 МГц.

Формула изобретения

Мера фазового сдвига, содержащая опорный генератор, выход которого соединен с входами двух каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные синтезатор частоты и аттенюатор, отличающаяся тем, что, с целью повьш1ения точности установления абсолютного значения угла фазового сдвига в широком диапазоне частот при автоматизации процесса воспроизведения, она снабжена сумматором амплитуд двух равных сигналов, программируемым анализатором спектра, цифровым вольтметром, частотомером, блоком задания малых фазовых сдвигов, микроэвм, к которой подключены два входных и три вьгход- ных интерфейса, при этом между выходами аттенюаторов включен сумматор амплитуд равных сигналов, выход которого через последовательно соединенные программируемьш анализатор спектра, цифровой вольтметр соедине-. ны с входами первого входного интерфейса, второй входной интерфейс сое- динен с кодовыми выходами частотомера, при этом вход частотомера соединен с выходом синтезатора частоты одного из каналов, причем первьй, второй и третий выходные интерфейсы соответственно присоединены к входам программного управления синтезаторов частоты первого и второго каналов программируемого анализатора спектра и блока задания малых фазовых сдвигов.

Изобретение предназначено для использования в средствах аттестации фазоизмерительной аппаратуры. Целью изобретения является повышение точности установления абсолютного значения угла фазового сдвига в широком диапазоне частот при автоматизации процесса измерения. С этой целью в меру фазового сдвига введены сумматор 5 амплитуд двух равных сигналов, программируемый анализатор 6 спектра, цифровой вольтметр 7 и входной и нтерфейс 11, микроЭВМ 10, частотомер 8, выходные интерфейсы 13 - 15, блок 9 задания малых фазовых сдвигов, синтезатор 3 частоты. Мера фазового сдвига содержит также опорный генератор 1 и два канала 2, каждый из которых содержит последовательно соединенные синтезатор 3 частоты и аттенюатор 4. 2 ил.