Компенсационный фазометр Советский патент 1980 года по МПК G01R25/00 

(54) КОМПЕНСАЦИОННЫЙ ФАЗОМЕТР

Изобретение относится к электрическим намерениям и испытаниям и может быть использовано при создании фазоизмеритепьной техники. Известен фазометр, использующий компенсационный способ измерения разно сти фаз между двумя переменными напряжениями, содержащий фазовращатель делитель напряжения, усилитель,фазочувствитепьный детектор, фазосдвигающую цепь и нуль-индикатор . Активное участие оператора в процессе измерения ограничивает быстродействие и потенциально высокие точност ные возможности данного устройства. Известен также компенсационный фазо метр, содержащий канал подстройки фазы и канал подстройки амплитуды, имеющий каждый два входа и один выход, сумматор, выход которого соединен с пё выми входами обоих каналов подстройки, фазовращатель, первый вход которого свя зан с первым источником входного сиг нала, а второй - с выходом канала подстройки, фазы , аттенюатор, первый вход которого подсоединен к первому выходу фазовращателя, второй вход - к выходу канала подстройки амплитуды, а выход ко входу сумматора и индикатор, подключенный к выходу канала подстройки фазы, причем каждый канал подстройки содержит интегратор, выход которого является выходом указанного канала. Кроме того, он включает в себя фазос двигающую цепь, через которую ко второму входу канала подстройки (зазы подключен гюрвый выход фазовращателя, соединенный также со вторым входом канала подстройки амплитуды, а каждый канал подстройки содержит последовательно соединенные фазо- чувствительный элемент, входы которого являются входами канала подстройки, и нуль-индикатор, выход которого соединен со входом интегратора, причем вторым входом фазометра является второй вход сумматора. Каналы подстройки фазы фазовращателя и коэффициента пер едачи аттенюатора выполнены в виде сложных репейных систем гавтоматического регулирования, включающих в себя четыре самостоятельные устройства: фазочувстЕштельный элемент, нуль-индикатор, управляющую цепь и интегратор 2 . К недостаткам известного устройства следует отнести необходимость предварительной оценки амплитуд синусоидалышх сигналов с целью выявления сигнала с большей амплитудой, так как именно его надлежит подключать ко входу фазометра связанному через фазовращатель с аттенюатором (в противном случае фазометр теряет работоспособность). Кроме неудобств в работе, это обстоятельство является естественной причиной увеличения Времени измерения. Быстродействие и точностные возможности иэБестног 5 устройства огра1П1чены также вспедстви1 использова1Шя релейных законов подстройки Цель изобретения - пои 1шение быстродействия и точности измерений. Указанная цель достигается за счет того, что в компенсационный фазометр, содержащий канал подстройки фазы и канал подстройки амплитуды, имеющий ках дый два входа и один выход, сумматор, выход которого соединен с первыми входами обоих каналов подстройки, фазовращатель, первый вход которого связан с первым источником входного сигнала, а второй - с выходом канала подстройки фазы, аттенюатор, первый вход которого подсоединен к первому выходу фазовращателя, второй вход - к выходу канала подстройки амплитуды, а выход - ко входу сумматора и индикатор, подключенный к выходу канала подстройки фазы, причем каждый канал подстройки содержит интегратор, выход которого является вы ходом указа{того канала, введены вто.рой аттенюатор, первый вход которого соединен со вторым источником входного сигнала, второй вход - с выходом канала подстройки амплитуды, а выход - со вторым входом первого сумматора, второй сумматор, о)аин из входов которого подключен к первому, входу второго атте нюатора, а второй - к первому выходу фазовращателя, вторые входы каналов по стройки фазы и амплитуды соед1теньг соответственно со вторым выходом фазовр щателя и с выходом второго сумматорза, прк этом каждый из каналов подстройки содержит множитель, выход которого под соединен ко входу интегратора, а входы являютгся входами каналов подстр01 пси. На чертеже представлена схема компенсационного фазометра. Он содержит фазовращатель 1, сумматоры 2, 3, аттенюаторы 4, 5, мкожители 6, 7, интеграторы В, 9 и инликатор 10. Последовательно соедипен1{ые множитель 6 и интегратор 8 образуют канал 11-подстройки амплитуш г, а последовательно соединенные множитель 7 и интегратор 9 - канал 12 подстрот тси фазы, причем входы мноха1тепей являются входами, а выходы интеграторов выходами каналов подстройки. Входами фазометра являются соединенные между собой вход сумматора 2 и вход атте поатора 4, выход которого подключен ко вхо ДУ сумматора 3, и первый вход фазовращателя 1, первый выход которого соединен с другим входом сумматора 2 и через аттенюатор 5 - с другим входом сумматора 3, подключенного своим выходом к первым входам канала 11 подстройки амплитуды и канала 12 подстройки фазы, выходы которых соединены соответственно с управляющими входами аттенюаторов 4, 5 и вторым входом фазовращателя 1, а вторые входы которых соответственно с выходом сумматора 2 и со вторым выходом фазовращателя 1, Под действием управляющего сигнала с выхода интегратора 8 коэффициенты передачи аттенюаторов 4 и 5 изменяются в противоположные стороны от равных друг другу начальных значений KQ . Для определенности положим (1, , где 1,К„- коэффициенты передачи соответственно аттенюатора 5 и аттенюатора 4; К -. коэффициент пропорциональности, выбранный из условия . При подаче на входы фазометра синусоидальных сигналов ( (%1(2) где А, А,Ц ,М2-их амплитуды и фазы на выходе сумматора 3 возникает ошибка компенсацит (невязка), равная Ueinujti Vcosoit (3) и -. А(К ЛК) COS ( )-1( , -- (( г л ч - сигнал с выхода интегратора 9jизменяющий с помсщью фазовращателя 1 фаз сигналах, на ту же величи1гу f. 57 Условие полной компенсации (тождествен ное равенство нулю невязки ) выпол няется при вполне определенных значениях сигналов А и ч равных, как это следуетиз (3) N(VN) If - Lf W ( -f на то есть в этом случае сигнал втором входе фазовращателя 1 численно равен измеряемому сдвигу фаз . двух синусоидальных сигналов. Автоматическая подстройка сигналов А и ч до 1гужных в соответствии с (4 значений сх;уществляется на основании градиентного метода с использованием квадратичного критерия ошибки Q. Согласно этому методу скорости А и Ц настраиваемых сигналов А и Ц определяются в виде 1 II -- (iot4if tt)4 Л 5т{ши - -ft |S Л.сое (uH.4,) , (Ь где , - пос гоянный коэффициент, а Алгоритмы подстройки (5) остаются работоспособными также Л, принять в спучае, если коэффициент постоянным, равным Таким образом, сигнал Я на управпякяцих входах аттенюаторов 4 и 5 должен подстраиваться в соответствии с результатом интегрирования произведения невязки g с выхода сумматора 3 на сумму из синусоидального сигнала ХАЙ сигнала с первого выхода фазовращатепя 1, а сигнал If на управляющем входе фазовращатепя 1 - в соответствии с результатом интегрирования произведения невязки . на сигнал со второго выхода фазовращатепя 1, фаза колебаний ко торого опережает фазу колебаний на первом выходе на угоп . По мере подстройки сигналов Р и м к нужным значениям, определяемым раве нствами (4)у амплитуда невязки и средние скорости подстройки А и f уменьшаются вплоть до нуля. В момент полной компенсации невязка тождественно обращается в нуль, сигналы с выходов множителей б и 7 также становятся равными нулю и процесс интегрирования на этом заканчивается. Индикатор 1О зафиксирует при этом искомую раэ- , яость фаз В описанном компенсационном фазометре средняя скорость интегрирования пропорщгонапьна текущему сдвигу фаз синусоидальных сигналов, то есть, система автоматической подстройки каждого из каналов является нерелейной. В силу этого, быстродействие и точностньш возможности предложенного ycTpoiicTsa выше, нежели у прототипа. Кроме того, исключение предварительной оценки амплитуд си- ггусоидальных сигналов также уменьщает потребное для измерений время. форму изобретения Компенсацнонный фазометр, содержащий канал подстройки фазы и канал подстройки амплгггуды, имеющий каждый два входа и Один выход сумматор, выход которого с первыми входами обоих каналов подстройки, фазовращатель, первый вход которого связан с первым источником входного сигнала, а второй с выходом канала подстройют фазы, аттеьпоатор, первый вход которого подсоединен к первому выходу фазовращателя второй вход - к выходу канала подстройки амплитуды, а выход - ко входу сумматора и индикатор, подключенный к выходу канала подстройки, фазы, причем каждый канап подстройки содержит интегратор, выход которого является выходом указанного канала, отличающийся тем, что, с целью повышения бьгстродействия и точности измерения в него введены второй аттенюатор, первый вход которого соединен со вторым источником входного сигнала, второй вход с выходом канала подстройки амплитудьг а выход - со вторым входом первого сумматора, второй сумматор, один из входов которого подключен к первому входу второго аттенюатора, а второй - к первому выходу фазовращателя, вторые входь каналов подстройки фазы и амплитуды соединены соответственно со вторым выходом фазовращателя и с выходом второго сумматора, при этом каждый из каналов подстройки содержит множитель) выход которого подсоединен ко входу mfегратора, а входь являются входами каалов подстроки. Источш ки информации,, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР с 165827, кп. q 01 R 25/04, 19Й5. 2.Авторское свидетельство СССР 252471, кл. Q, 01R 25/О4, 197О. j