Способ определения частотных погрешностей масштабных преобразователей Советский патент 1992 года по МПК G01R35/00 

На чертеже представлено устройство для реализации способа.

Устройство содержит генератор 1 опорной частоты, перестраиваемый генератор 2 контролируемой частоты, переменные аттенюаторы 3 и 4, образцовый делитель 5 напряжения, образцовый фазовращатель б, автоматические переключатели 7 и 8, исследуемый масштабный преобразователь 9 (МП), балансный модулятор 10, широкополосный усилитель 11, амплитудный детектор 12, усилитель 13 частоты коммутации, синхронный детектор 14, генератор 15 частоты коммутации, индикатор 16 амплитудной погрешности, фильтр 17 верхних частот, фазовый детектор 18, второй усилитель 19 частоты коммутации, второй синхронный детектор 20, индикатор 21 угловой погрешности, фильтр верхних частот 22, второй балансный модулятор 23.

буйность способа заключается в следующем.

Сигналы фиксированной опорной частоты Ui Umicos ()n перестраиваемой контролируемой частоты U2 Um2Cos (одг t + у)поочередно с низкой частотой коммутации Q пропускают через два параллельных канала, в первый из которых включен исследуемый масштабный преобразователь 9 (МП). Фиксированную частоту а) выбирают равной верхней границе рабочего диапазону частот МП ()0). Перестраиваемую частоту Q)i вначале выбирают равной нижней границе диапазона (иц ) .При этом частоту коммутации О. выбирают в 10-20 раз меньше нижней границы рабочего диапазона частот МП (Q ).

В первом канале путем периодической коммутации сигналов Ui и U2 формируют примыкающие друг к другу во времени радиоимпульсы первой (О и контролируемой 0)2 частот, которые поочередно проходят через исследуемый МП. Амплитуду радиб- импульсов с частотой заполнения устанавливают первым аттенюатором до допустимого уровня входного сигнала МП

U3 Kl Umi cos( t -f Ap|),0 t |.

(1)

где Ki - коэффициент передачи первого аттенюатора на опорной частоте ОУ ;

- фазовый сдвиг, вносимый аттенюатором на частоте

Т --Q- период следования радиоимпульсов.

Амплитуду радиоимпульсов с частотой заполнения (DI устанавливают вторым аттенюатором до такого же уровня (т.е. KiUmi

K2Um2)

U4; K2Um2COs(cy2t + (р2 + ) , 7Ј t Т.

(2)

где К2 - коэффициент передачи второго аттенюатора, зависящий от значения контролируемой частоты (1%.;

фазовый сдвиг, вносимый аттенюатором на частоте йЈ.

Во втором параллельном канале формируют также примыкающие друг к другу радиоимпульсы, но с противоположным чередованием опорной и контролируемой

частот. Амплитуду радиоимпульсов с частотой заполнения (D2 устанавливают равной амплитуде радиоимпульсов Щ

U5 K2Um2COS ( t + (pi + ) , 0 t 2 .

(3)

Амплитуду и фазу радиоимпульсов с фиксированной частотой заполнения о) дополнительно изменяютспомощьюобраз- цового усилителя напряжения и образцового фазовращателя

UG KlKoUmlCOS («1 t + ),

,(4)

где Ко- коэффициент передачи образцового делителя напряжения на опорной частоте

0

А.ро - фазовый сдвиг, вносимый образцовым фазовращателем на опорной частоте 0)1.

Примыкающие друг к другу радиоимь пульсы Ua и Ш проходят через исследуемый

МП с комплексным коэффициентом передаК(о) ) ,(5)

где К К( (О) I - модуль комплексного коэффициента передачи МП на нижней частоте рабочего диапазона со, который полагается равным его активной составляющей;

, , |К(ш)-К(йл,)| уш) --Ч|т77ГУ1-- относитель- (ОЬ)

ная частотная погрешность МП на контролируемой частоте й рабочего диапазона частот ((Он 0)%);

А(о) - угловая (фазовая) погреш- 0 ность МП на контролируемой частоте ft).

Амплитуда и фаза радиоимпульса опорной частоты на выходе МП определяется модулем и аргументом его комплексного коэффициента передачи на частоте ом аъ

, Kcos co1i+q),q),4ltWe), @

51756842б

где у()иД()- частотные погрешно-В результате амплитудного детектиро- сти МП на верхней частоте рабочего диапа-вания радиоимпульсов образуются видеозона (DO.импульсы, следующие с частотой Амплитуда радиоимпульсов контроли-коммутации Q, При квадратичной характе- руемой частоты определяется составляю- 5 ристике детектора амплитуды видеоимпуль- щими комплексного коэффициентасов принимают значения передачи МП на этой частоте

Vktoju +rMMm uirSa s.KO+rfo.ftK.,,u«4l

ю ъЬчг+ьъ+ьч(иг,м, fr) 10 5 ФуМм МтХа 2, , ч л / лU,,k(n-jf(cael)K,KuiCsKe(jn,lLfm-l +

где у (ад) и Ду(й)- частотные погрешно-L L ° т 4J

сти МП на контролируемой частоте 0%.,- / „/-,«,,,.,, u ,, . 1 Т ,

Далее перемножают радиоимпульсы15 WWaJIMsMoU U J, опорной частоты первого канала с радиоимпульсами контролируемой частоты второго гДе $2 и 8з- крутизна преобразования амп- каналалитудного детектора соответственно на сум5 гмарной (д +0)2 м разностной ы -

MrUs KH+jfto. частотах;

Кз и «л - коэффициенты усиления широ4со5Г(со,+со2И+Ср(+СР/,+йср14&ср0+А1Р(й)ишП4«ополосного усилителя соответственно на

L uг 43Jчастотах wi+(У2 и ад -caz.

-С05(со,-С02))2+йЦ)гйср24ДС|)(&)()+дср Л|Выделяют из последовательности видеJ 25оимпульсов Un и Ui2 прямоугольное напряO -t TT 1 -жение частоты коммутации а (8)

II v - - Ai а радиоимпульсы контролируемой частотыи«з К5 Ј 5| SlV t-

-с радиоимпульсами опорной частоты 30 . х

и,о-и8и6.ч(,имН(0,, JH№-qt- ir ta PI|1 Ba..at ,e)

Шй.Н+Ч||+%+,4ЛЧ«г+ М+ +й 5 + эд

tJ 11 -TZ i tо - J5 где Ks - коэффициент усиления на низкой

4С05()4Ч),-М)2+ЛЧ))(ь)й )частоте;

slgnsin Qt-прямоугольная огибающая

-ДЦ 0-1-&С(1 ; (g)видеоимпульсов с частотой коммутации Q.

Изменяют образцовым делителем на40 пряжения амплитуду радиоимпульсов опор0

где Si - крутизна множительного преобра- ной частоты во втором канале до зователя, зависящая от частоты перемноже- исчезновения напряжения Ui3 частоты ком- ния сигналов) (й и % ;мутации. При определенном значении коэфД 5з. А узз-дополнительныйфазовый фициента передачи Ко делителя сдвиг, возникающий в процессе перемно- напряжения выполняется равенство жения сигналов и зависящий от соотноше-1 +У (ft)i) 1 +y(uu) Ко.(13)

ния их амплитуд (коэффициентов передачиУчитывая, что вначале устанавливают

МП на частотах 0) и ад).(й2-(0н, можно считать частотную погрешность модуля коэффициента передачи МП

В результате перемножения радиоим- на нижней границе частотного диапазона, пульсов формируется новая последователь- близкой к нулю (у (сиг) у (й)«) 0). Тогда ность радиоимпульсов Ug и Uio с относительное значение частотной погреш- заполнением двумя колебаниями, равными ности модуля МП на верхней границе час- сумме (о +0)2 и разности (ui опор- тотного диапазона -0)& ной u)i и контролируемой (Oi частот. y(ftfe) Ko-1. (14)

Двухчастотные радиоимпульсы Ug и Uio по-Для определения угловой погрешности

очередно усиливают широкополосным - из усиленных радиоимпульсов Ug и Uio лителем до уровня, достаточного выделяют колебания только суммарной час- детектирования,тоты:

с . а при перемножении радиоимпульсов Uis с

4UK)iK 3K6Um Uma C05(o1 +ЦН+ до™371™ U16 видеоимпУльсы с амплиту+0,«рг bU,(u3,l+ug)J+Mp4 + ucps3,

,5U« 6554S1l(K1k4|f5if6k7uJluizxl

.K o keUft.U COegw.J Ф М йЧЧ+йСРв- ; ),,(й)2)4йСр0+Аср;4 10 Ч)) -I

+ + А-СрЛ 1 с

M5j;,где 85-крутизна фазового детектирования.

Выделяют из последовательности видегде Кб -коэффициент передачи фильтра вер- оимпульсов второе прямоугольное напря- хних частот;15 жение частоты коммутации

- дополнительный фазовый

СДВИГ, ВНОСИМЫЙ ШИРОКОПОЛОСНЫМ усилите-.. ., U( . .„ 1 I к С С i/v V V v

лем; «Г к&-2-S nSiViat bgV btKMaKjX

Д05 - дополнительный фазовый , , 0. о. г /

сдвиг, вносимый фильтром верхних частот. 20

Радиоимпульсы суммарной частоты4ш.+Ш--Шл-ЬСЬ)-со5(ы -Ьсре +

подвергают фазовому детектированию с- ъ -

участием непрерывного вспомогательного+&Ц с02)4ЬЦ &ЧЧ4 ЧЧ+йЧ йЧ б ЬсЫ сигнала этой частоты. Вспомогательный

сигнал суммарной частоты формируют в25 где Ка - второй коэффициент усиления на

третьем канале перемножением исходныхнизкой частоте.

сигналов Ui и 1)2 и последующей фильтра-Изменяют образцовым фазовращатецией на суммарной частотелем сдвиг фаз во втором канале до

- с 11 11 4исчезновения напряжения Uig частоты комU16-o4UiU2--2 30 мутации. При определении значения фазоK7UmiUm2COS (wi +oti)+вого сдвига , вносимого образцовым

+ W +Дуе + . (17)фазовращателем, устанавливается баланс

где S4 - крутизна второго множительногофаз , н

преобразования;Ap() Д(ад.) + .

К - коэффициент передачи второго35 (21)

фильтра верхних частот;Так как образцовым делителем произД Б-дополнительный фазовый сдвиг,ведено предварительное уравнение произвозникающий в процессе перемноженияведений амплитуд радиоимпульсов частоты

сигналов;u i и йЈ , перемножаемых между собой, то

дополнительный фазовый сдвиг,40 фазовые сдвиги . Поэтовносимый вторым фильтром верхних частот.му исчезновение напряжения частоты комПри фазовом детектировании радиоим-мутации имеет место при условии

пульсы Ui4 и Uis, амплитуды которых урав-Ду 1 (wi) Д ((«2) + Дро. (22)

ниваются образцовым делителемПолагая на нижней границе частотного

напряжения, поочередно перемножаются с45 диапазона угловую погрешность иснепрерывным ьспомогательным сигналомследуемого масштабного преобразоUie. В результате перемножения радиоим-вателя близкой к нулю

пульсов Ui4 с непрерывным сигналом Die(Ду(ад2) Д(о)ц)0) .получаем значеобразуется последовательность видеоим-ние угловой погрешности на верхней гранипульсов с амплитудойце частотного диапазона

Др (УВ) ).(23)

,Затем повышают контролируемую час- it с и и - ь с. с; i/v v v v У и2 (1 х тоту и на ряде промежуточных частот рабои 7 osUHU 6 g051o4.1D,KK 2K3K6R7urr,lum2цего диапазона ОПределяют из выражения

собН+ЛС Мо М М йСрз-(22) значения угловой погрешности

v HI ч-i HV / iу ,A(ttj|)A(ufe), (24)

-Utp6-b4 7,Где фазовый сдвиг, вносимый образцовым фазовращателем, на промежуточной частоте ад.

Одновременно на промежуточной частоте од определяют согласно выражению (13) относительную частотную погрешность модуля

y(«)-y(MOfa fa-w

где у (й)в) - относительная погрешность на верхней границе частотного диапазона:

Кен - коэффициент передачи образцового делителя напряжения на промежуточной частоте (О.

Аналогичным образом определяют частотные погрешности МП при других значениях его коэффициента передачи. При этом уменьшение коэффициента передачи исследуемого МП, приводящее к значительному уменьшению амплитуды детектирующих сигналов, компенсируется широкополосным усилением этих сигналов. Возникающие при этом амплитудно-частотные и фазочастотные искажения во входных цепях амплитудного и фазового детекторов не влияют на точность определения составляющих частотной погрешности МП. Отсчет этих погрешностей при различных значениях контролируемой частоты производится по образцовым делителю напряжения и фазовращателю, работающих на опорной фиксированной частоте.

Устройство работает следующим образом.

Автоматические переключатели 7 и 8, управляемые генератором 15 частоты коммутации, формируют примыкающие друг к другу радиоимпульсы из сигналов генераторов 1 и 2 с противоположным чередованием частоты заполнения импульсов. Аттенюаторы 3 и 4 устанавливают необходимый уровень амплитуд радиоимпульсов и выравнивают их амплитуды. Радиоимпульсы в первом канале переходят через исследуемый МП 9 и поступают на первый вход балансного модулятора (перемножителя) 10. Дополнительное изменение амплитуды и фазы радиоимпульсов опорной фиксированной частоты во втором канале производят образцовым делителем 5 напряжения и образцовым фазовращателем 6, из которого радиоимпульсы поступают на второй вход балансного модулятора 10 Радиоимпульсы суммарной и разностной частот усиливаются широкополосным усилителем 11 и детектируются амплитудным детектором 12. Напряжение частоты коммутации усиливается низкочастотным усилителем 13, выпрямляется синхронным детектором 14, который управляется напряжением генератора 15, и поступает на первый выходной индикатор 16.

Из усиленного усилителем 11 напряжения фильтром 17 верхних частот выделяется сигнал одной суммарной частоты, который поступает на первый вход фазового детектора 18. Непрерывное вспомогательное напряжение формируется в третьем канале с помощью дополнительного балансного смесителя 23, на входы которого непосредственно поступают сигналы генераторов 1 и 2,

0 и фильтра 22 верхних частот, выходной сигнал которого поступает на второй вход фазового детектора 18. В результате фазового детектирования радиоимпульсов суммарной частоты с использованием вспомога5 тельного сигнала выделяется напряжение частоты коммутации, которое усиливается вторым низкочастотным усилителем 19 и выпрямляется вторым синхронным детектором 20, управляемым также напряжением

0 генератора 15. Выпрямленное напряжение пбступает на второй выходной индикатор 21.

Вначале частоту генератора 2 устанавливают равной нижней границе рабочего

5 диапазона частот МП 9 и коэффициент деления делителя 5 напряжения изменяют до получения нулевого показания индикатора 16. Затем изменяют положение фазовращателя 6 до получения нулевого показания ин0 дикаторз 21, Относительную частотную погрешность модуля МП 9 на верхней частоте рабочего диапазона определяют по формуле (14) с учетом установленного коэффициента деления делителя 5, а угло5 вую частотную погрешность МП 9 на этой частоте определяют по формуле (23) с учетом вводимого фазового сдвига фазовращателем 6. Повышают частоту генератора 2 и на ряде промежуточных частот рабочего ди0 апазона частот МП 9 изменениями коэффициента деления делителя 5 напряжения и вводимого фазовращателем 6 фазового сдвига восстанавливают нулевые показания индикаторов 16 и 21. Составляющие частот5 ной погрешности МП 9 определяют по формулам (24) и (25) с учетом получаемых значений коэффициента деления и фазового сдвига образцовых делителя напряжения и фазовращателя, работающих на фиксиро0 ванной частоте генератора 1.

Использование предлагаемого способа позволяет более полно оценивать частотные свойства МП по частотным изменениям модуля и аргумента его комплексного коэф5 фициента передачи в широком диапазоне частот(от 1 кГц до 10-20 МГц) и калиброванным ослаблением до 80-100 дБ. В диапазоне частот до (0,5-1) МГц в качестве образцового фазовращателя исполь$уют индукционные фазовращатели (БИФ-025,

ПСГ-2 и др.). на более высоких частотах - емкостные четырехквадрантные фазовращатели. При малых значениях угловых погрешностей (до 5-10°) используют RC-фазовращатели (интегрирующие и дифференцирующие цепочки с регулируемой емкостью).

Формула изобретения Способ определения частотных погрешностей масштабных преобразователей по авт.св. Nfe 1370591,отличающийсятем, что, С целью расширения функциональных возможностей за счет введения операций по определению угловой погрешности в широком динамическом и частотном диапазонах, формируют непрерывный вспомогательный сигнал в дополнительном третьем канале путем перемножения исходных сигналов опорной и контролируемой частот с последующим выделением колебаний с частотой, равной сумме частот опорного и контролируемого сигналов, выделяют из полученных радиоимпульсов с заполнением двумя колебаниями суммарной и разностной частот радиоимпульсы с частотой заполнения, равной сумме частот опорного и коррелируемого сигналов, которые детек0

тируют по фазе по отношению к непрерывному вспомогательному сигналу, выделяк из полученных видеоимпульсов напряжение частоты коммутации, затем, установив значение частоты контролируемого сигнала на нижней границе диапазона, изменяют во втором канале с помощью образцового фазовращателя фазу опорного сигнала до момента исчезновения напряжения частоты коммутации, изменяя частоту контролируемого сигнала в диапазоне до ее верхней границы, по показаниям образцового фазовращателя определяют угловые погрешности на верхней и промежуточной частотах 5 диапазона по формуле

Ар (од) Др(адз), где Д#(ад) - угловая частотная погрешность при 1-м значении частоты ад контролируемого сигнала;

Ду(сУв)- угловая погрешность на верхней границе частотного диапазона ufe ;

Д фазовый сдвиг, вносимый образцовым фазовращателем не частоте ад , при этом должно выполняться условие, Что угловая погрешность на нижней границе частотного диапазона близка к нулю.

0

5

Использование: определение частотных погрешностей масштабных преобразователей в цепях переменного тока широкого ча- стотного диапазона. Сущность изобретения: при измерении амплитудно- частотных погрешностей осуществляют операции по измерению фазочастотных погрешностей масштабного преобразователи. Изобретение относится к электроизмерительной технике, может быть использовано для испытания и калибровки измерительных масштабных преобразователей (измерительных трансформаторов, делителей напряжения, магазинов сопротивлений и др.), предназначенных для работы в цепях переменного тока широкого При этом формируют в третьем дополнительном канале непрерывный вспомогательный сигнал путем перемножения сигналов опорной и контролируемой частот с выделением затем колебаний с частотой, равной сумме этих частот. Выделяют из полученных радиоимпульсов с заполнением двумя колебаниями суммарной и разностной частот радиоимпульсы с частотой заполнения, равной сумме частот опорного и контролируемого сигналов, которые детектируют по фазе с использованием вспомогательного сигнала. С помощью образцового фазовращателя для разных точек частотного диапазона изменяют фазу радиоимпульсов опорной частоты и фиксируют положение образцового фазовращателя .соответствующие исчезновению напряжения частоты коммутации, полученного в результате детектирования по фазе сигналов в третьем канале. Считая, что для нижней границы частотного диапазона угловая погрешность близка к нулю, угловые погрешности на промежуточных частотах диапазона определяют по приведенной формуле. 1 ил. частотного диапазона, и является усовершенствованием известного способа, описанного в авт. св. №137Q591. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет введения операций по определению угловой погрешности в широком динамическом и частотном диапазонах. сл с vl СЛ О 00 го ю

Ј л

HZSHX