Способ определения фазового набега четырехполюсников Советский патент 1991 года по МПК G01R25/00 

о

vj Ю О 00

Изобретение относится к технике фазовых измерений и может быть использовано для измерения фазовых сдвигов, вносимых масштабными преобразователями, делителями напряжения, аттенюаторами, ослабителями, согласующими трансформаторами и т.п. (в широком частотном и динамическом диапазонах).

Цель изобретения - повышение точности при измерении в диапазоне частот.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства измерения фазового набега четырехполюсников, реализующего предлагаемый способ определения фазового набега четырехполюсников.

Устройство измерения фазового набега четырехполюсников содержит высокочастотный генератор 1 фиксированной частоты, высокочастотный генератор 2 регулируемой частоты, первый балансный смеситель 3, первый фильтр 4 нижних частот, первый 5 и второй 6 переключатели, исследуемый четырехполюсник 7, второй балансный смеситель 8, второй фильтр 9 нижних частот и цифровой фазометр 10.

Генератор 1 соединен с первыми входами переключателей 5 и б и смесителем 3. Генератор 2 соединен с опорным входом смесителя 3 и опорным выходом фазометра 10, выход смесителя 3 соединен с вторыми входами переключателей 5 и 6, выход переключателя 5 последовательно соединен с четырехполюсником 7, смесителем 8, фильтром 9 и измерительным входом фазометра 10, выход переключателя 6 соединен с опорным входом смесителя 8.

Способ определения фазового набега четырехполюсников осуществляют следующим образом.

Из высокочастотного сигнала фиксированной частоты Ui(t) Umicos (ftMt + pi) и высокочастотного сигнала регулируемой частоты U2(t) Unices (afet+pz) путем балансного смешивания формируют сигнал вида

Уз (t) Um3 { cos (twi - ад) t + (p - (pi +

+ COS f (W1 -1- (02} t + (p + (pi },(1)

где Др1 - дополнительный фазовый сдвиг, вносимый смесителем 3 и фильтром 4.

Частоту ей выбирают равной верхнему пределу рабочего диапазона частот исследуемого четырехполюсника, а частоту од регулируют так, чтобы разностная частота ом-од изменялась от верхнего предела рабочего диапазона частот оЈ 0 до нижнего У2 .

Сигнал Ui(t) фиксированной частоты о)1 и сигнал U4(t) переменной частоты - используют в качестве испытательных сигналов, а сигнал U2(t) регулируемой

частоты од в качестве опорного.

Вначале на исследуемый четырехполюсник подают испытательный сигнал Ui(t) фиксированной частоты и ослабленный им сигнал смешивают с вспомогательным сигналом, в качестве которого используют сигнал переменной частоты U4(t). В результате смешивания этих сигналов образуется сигнал вида

25

Us (t) Um5 {COS (W2t + pl - + Др1 + + + Дрз) + COS(2C02 W2)t + (3)

Дро- Др1 + Д$ + ,

где Um5 2-S2K(1 + yi)UmiUm4-амплитуда

образованного сигнала;

S2 - крутизна характеристики смесителя;

K.yi - коэффициент передачи четырехпо- люсника и его относительная амплитудно- частотная погрешность на частоте ал;

Дро - фазовая погрешность четырехполюсника на частоте ш

&./% и - соответственно фазоамп- литудная и фазочастотная погрешности смесителя, зависящие от коэффициента передачи К(1+ yi) и значения переменной частоты (1) - Ш1

, - аналогичные погрешности на частоте - оЈ.

В спектре сигнала (3) подавляют высокочастотную составляющую с удвоенным значением фиксированной частоты и получают низкочастотный сигнал

Изобретение относится к технике фазовых измерений и может быть использовано при измерении фазовых сдвигов, вносимых четырехполюсниками. Целью изобретения является повышение точности при измерении в диапазоне частот. Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит генератор 1 фиксированной и 2 регулируемой частот, балансный смеситель 3 и фильтр нижних частот 4, переключатели 5 и 6, исследуемый преобразователь 7, балансный смеситель 8, фильтр нижних частот 9 и цифровой фазометр 10. Особенностью изобретения является подача сигнала фиксированной частоты, соответствующего верхнему пределу частотного диапазона, использование в качестве вспомогательного сигнала переменной частоты, равной разности частот испытательного сигнала фиксированной и опорной частот, а также то, что сначала выделяют сигнал разностной частоты и измеряют первую разность фаз между выделенным и опорным сигналами, затем на четырехполюсник подают сигнал переменной частоты, а в качестве вспомогательного используется сигнал фиксированной частоты. Снова выделяют сигнал разностной частоты и измеряют вторую разность фаз между выделенным и опорным сигналами, а фазовую погрешность четырехполюсника определяют по разности первой и второй разностей фаз сравниваемых сигналов при изменении частоты опорного и испытательного сигналов в требуемом диапазоне. 1 ил. СО с

где Um3 1/2 SiUmiUm2-амплитуда обра-5 Ue(t} Um6COs(U2t - + +

зованного сигнала;+ + Ду% + Арб), (4)

Si - крутизна характеристики смесителя,где Дре - фазовый сдвиг, вносимый фильтИз сигнала (1) выделяют сигнал разно-ром на частоте сог.

стной частоты Сравнивают по фазе сигнал Ue(t) с опорным сигналом U2(t) и получают первую разLJ4 (t) Um4 COS ( - ftfc) t +НОСТЬ фаз

+ fPi-pz-A Pi.(2)

АФ1 + + Др2 + +

+ + ,(5)

где и Ду в-фазоамплитудная и фазо- частотная погрешности фазометра при амплитуде Um6.

Затем на четырехполюсник подают испытательный сигнал Щ(т.) переменной частоты, а в качестве вспомогательного сигнала используют испытательный сигнал Ui(t) фиксированной частоты. В результате смешивания образуется сигнал вида

U (t),- Um7 {cos (ая + pi + Ар + Др1 + + + ) + cos( - - + + . (6)

где Um7 4 S2K (1 + у2 ) UmiUm4 - амплитуда

образованного сигнала;

уг - относительная амплитудно-частот ная погрешность четырехполюсника на частоте СО - ад;

фазовая погрешность четырехполюсника на переменной частоте -ад;

Ag02 и Ддо соответственно фазоам- плитудная и фазочастотная погрешности при коэффициенте передачи К(1+ }Ј).

Выделенный низкочастотный сигнал с учетом дополнительного фазового сдвига от фильтрации описывается выражением

U8 (t) Um8 COS ( № + + A Ј4 +

+ Ap2 + + ).(7)

В результате сравнения с опорным сигналом частоты ад получают вторую разность фаз„ 1Г Дфг Д + Ду)1 + + +

+ + ,(8)

и

где Д и фазоамплитудная и фазочастотная погрешности фазометра при амплитуде сигнала Um8.

Четырехполюсники в рабочем диапазоне частот имеют, как правило, амплитуд- но-частотные погрешности, не превышающие единицы процентов. Если относительные погрешности у и уг малы (yi « 1 -ц у2.с 1). то и амплитуды смешанных сигналов практически равны. Поэтому можно считать, что

Um5-Um1, Um6-Um8,

а соответствующие погрешности, зависящие от амплитуды сигналов, равны

..

Д#з Д#3|

АА А А

(9)

20

Определяют разность первой (5) и второй (8) разностей фаз

ДФ1 -Дро(йл)-Ду(ш1 -ад). (10)

30

35

Фазовые погрешности четырехполюсника определяют в следующей последова- 25 тельности. Вначале частоту опорного сигнала устанавливают минимальной ад мин и на исследуемый четырехполюсник с коэффициентом передачи Ki поочередно подают испытательные сигналы фиксированной частоты (У1 и максимальной разностной частоты а -0)2 Мин . Определяют первую (5) и вторую (8) разности фаз, а затем по формуле (10) определяют удвоенное значение фазовой погрешности на частоте ом

()

АФ2-АФ1

(11)

0

Затем частоту опорного сигнала ад устанавливают максимальной ад макс и на четырехполюсник поочередно подают испытательный сигнал фиксированной частоты ш и минимальной разностной частоты

с У1-адМзкс, соответствующей нижней границе рабочего диапазона частот четырехполюсника. Определяют разности фаз (5) и (8) на этой частоте и в соответствии с формулой (10) определяют фазовую, погрешQ ность четырехполюсника на нижней частоте рабочего диапазона

Др( - ад)нижн АФ2-ДФ1-Д о(«1). (12)

5 Уменьшая частоту ад до ад мин-определяют соответствующие разности фаз (5), (8) и фазовую погрешность четырехполюсника по формуле (12) на других частотах рабочего диапазона четырехполюсника.

Затем устанавливают в четырехполюснике коэффициент передачи «2 и аналогичным образом определяют фазовые погрешности четырехполюсника при изменении уровня его выходного сигнала в рабочем диапазоне частот. По значениям фазовых погрешностей строят фазочастот- ную характеристику (К const, У1-ад var) и фазоамплитудные погрешности (К var, wi - ад const) для различных частот рабочего диапазона.

Из соотношений (10), (11) и (12) видно, что получаемые значения фазовых погрешностей четырехполюсника не зависят от частотных и амплитудных погрешностей

преобразовательных блоков, включая нелинейные элементы-смесители электрических колебаний.

Устройство измерения фазового набега четырехполюсников работает следующим образом. Сигналы генератора 1 фиксированной частоты и генератора 2 регулируемой частоты смешивают в балансном смесителе 3 и с помощью фильтра 4 нижних частот выделяют сигнал разностной частоты. Сигнал генератора 1 также подают на противоположные входы переключателей 5 и 6, на другие противоположные входы которых подают сигнал разностной частоты с выхода фильтра 4. С выхода переключателя 5 сигналы фиксированной и переменной частот поочередно поступают на исследуемый четырехполюсник, а сигналы переменной разностной и фиксированной частот с выхода переключателя 6 поочередно поступают на один вход балансного смесителя 8. На другой вход балансного смесителя 8 поступают ослабленные сигналы, прошедшие исследуемый четырехполюсник 7. С помощью фильтра 9 нижних частот выделяют сигнал разностной частоты, который воздействует на один вход цифрового фазометра 10, на другой вход которого воздействует непосредственно сигнал генератора 2.

Вначале переключатели 5 и 6устанавливают в верхнее по чертежу положение и генератором 2 устанавливают минимальную частоту сигнала, определяемую крутизной частотной характеристики фильтра 4 нижних частот. На разностной частоте, близкой к фиксированной частоте генератора 1, определяют с помощью фазометра 10 разность фаз между выходным сигналом фильтра 9 и опорным сигналом гене ратора 2. Затем переключатели 5 и 6 переводят в нижнее положение и измеряют новое значение разности фаз. По формуле (11) определяют значение фазовой погрешности четырехполюсника на верхней частоте его рабочего диапазона. Далее частоту генератора 2 увеличивают и устанавливают такой, чтобы разностная частота на выходе фильтра 4 нижних частот соответствовала нижней рабочей частоте четырехполюсника 7. Определяют с помощью фазометра 10 разности фаз сравниваемых сигналов при верхнем и нижнем положениях переключателей 6 и 5 и по формуле (12) определяют фазовую погрешность четырехполюсника

на нижней частоте рабочего диапазона. Уменьшая частоту генератора 2, определяют таким же образом фазовые погрешности четырехполюсника на других частотах

рабочего диапазона частот. Аналогично определяют фазовые погрешности четырехполюсника при различных значениях его коэффициента передачи, устанавливаемого оператором.

Таким образом, повышение точности измерения фазовых погрешностей четырехполюсника 7 в диапазоне рабочих частот и заданном динамическом диапазоне достигается благодаря исключению фазочастотных и фазоамплитудных погрешностей фильтров 4 и 9 нижних частот, балансных смесителей 3 и 8 и самого фазометра 10.

Формула изобретения Способ определения фазового набега четырехполюсников, заключающийся в поочередном воздействии на четырехполюсник испытательными сигналами двух разных частот, переносе ослабленных сигналов на одну частоту с использованием вспомогательного сигнала, сравнении их фаз с опорным сигналим, отличающийс я

тем, что, с целью повышения точности при измерении в диапазоне частот, на четырехполюсник подают испытательный сигнал фиксированной частоты, соответствующей верхнему пределу его частотного диапазона, в качестве вспомогательного сигнала используют испытательный сигнал переменной частоты, равной разности частот ис- пытательного сигнала фиксированной частоты и опорного сигнала, выделяют сигнал разностной частоты, измеряют первую разность фаз между выделенным и опорным сигналами, затем на четырехполюсник подают испытательный сигнал переменной частоты, в качестве вспомогательного

сигнала - испытательный сигнал фиксированной частоты, выделяют сигнал разностной частоты и измеряют вторую разность фаз между выделенным и опорным сигналами, а фазовый набег четырехполюсника

определяют по разности первой и второй разностей фаз сравниваемых сигналов, при этом частоту опорного сигнала изменяют в диапазоне частот, соответствующих рабочему диапазону частот

исследуемого четырехполюсника.