Калибратор фазовых сдвигов Советский патент 1980 года по МПК G01R25/04 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для получения двух синусоидальных напряжений с регулируемым фазовым сдвигом, устанавливаемым с высокой точностью в широком диапазоне часто Известно устройство для формирования сдвинутых по фазе синусоидаль ных сигналов, содержащее генератор импульсов, делитель частоты, регистрирующее устройство и преобразова тель фазового сдвига в код, выполня ющие функцию установки и контроля требуемого значения фазового сдвига выходных сигналов, избирательные фильтры, вьзделяющие основные гармоники из напряжений прямоугольной формы делителей частоты, формироват ли коротких импульсов, импульсные фазовые детекторы, генератор синусоидальных напряжений, фильтры нижних частот и индикатор нулевого фазового сдвига. Устройство решает поставленную задачу при формировании фазового сдвига .синусоидальных сигналов фиксированных частот 1 Регшизация такого устройства в области низких и инфранизких частот затруднена, так как в фазоизмерител ном преобразователе сигналы, содерж щие инфорг.ацию о погрешности установки фазового сдвига выходных напряжений , вьщеляются с помощью фильтров нижних частот на разностной частоте F f - Nfpc , которую следует выбирать в 5-10 раз меньше частоты выходных сигналов устройства fpf. . Указанные причины не позволяют на основе рассмотренного устройства строить широкодиапазонные калибраторы фазовых сдвигов. Кроме того, в фазоизмерительном.преобразователе известного устройства используются формирователи коротких импульсов, временное положение которых соответствует нулевым переходам выходных синусоидальных напряжений калибратора. В таких формирователях неизбежны аддитивные погрешности выделения нуль переходов синусоидальных сигналов, что приводит к снижению точности формирования абсолютных значений фазовых сдвигов выходных напряжений, хотя погрешность приращений фазовых сдвигов обеспечивается высокая. Известен также фазовый калибратор, содержащий генератор, делители частоты, устройства управления задаваемой разностью фаз, масштабные сумматоры и триггеры. Фазовый сдвиг между выходными сигналами этого калибратора устанавливается кодом, записываемым в один из делителей частоты в момент нулевого состояния другого делителя. Триггеры с раздельными запусками и масштабные сумматоры выполняют по существу функцию, цифроаналогового преобразования и синтезируют на выходах устройства ступенчатые квазисинусоидальные сигналы 2

Недостатком данного устройства является то, что статические иДинамические погрешности формирования дискретных приращений напряжения возникающие в устройствах, синтезирующих квазисинусоидальные сигналы, (уменьшают точность установки фазовых сдвигов. Кроме того, подключение комплексных нагрузок к выходным клеммам такого калибратора также изменяет значение фазового сдвига между его выходными сигналами. Таким образом, возникновение погрешйости от неидентичности подключаемых нагрузок затрудняет использование таких калибраторов в качестве поверочных фазозадающих устройств.

Цель изобретения - повышение точности установки фазовых сдвигов в широком диапазоне частот.

Указанная цель достигается тем, что в калибраторе фазовых сдвигов, содержащем широкодиапазонный генератор, блок установки и два канала формирования сдвинутых по фазе си.нусоидальных сигналов, каждый из которых содержит сумматор и последовательно соединенные делитель частоты и цифроаналоговый преобразователь, при этом входы делителей частоты соединены с выходом широкодиапазонного генератора, а второй выход делителя частоты первого канала соединен со входом управления блока установки, выходы и входы контроля которого соединены соответственно с установочными входами и выходами контроля делителя частоты второго канала, в каждый из каналов введены регулируемый источник постоянного напряжения и последовательно соединенные блок выборки и запоминания, аналого-цифровой преобразователь, арифметический блок и фильтр нижних частот, второй вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, а выход фильтра нижних частот подключен к первому входу сумматора, выход которого соединен с первым входом блока выборки и запоминания, второй вход которого подключен к выходу делителя частоты, при этом второй выход арифметического блока через регулируемый источник постоянного напряжения соединен со вторым входом сумматора.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Калибратор фазовых сдвигов содер жит широкодиапазонный генератор 1, делители 2 и 3 частоты, блок 4 установки, цифроаналоговые преобразователи 5 и б, фильтры 7 и 8 нижних частот, сумматоры 9 и 10, блоки 11 12.выборки и запоминания, аналогоцифровые преобразователи 13 и 14, арифметические устройства 15 и 16, регулируемые источники 17 и 18 постоянного напряжения.

Устройство-работает следующим образом.

Сигнал частотой fp с выхода широкодиапазонного генератора 1 поступает на входы делителей 2 и .3 частоты, коэффициент деления которых равен 36-10 (п 0,1,2...). На выходах делителей 2 частоты формируются последовательности прямоугольIn.

сдвиных.импульсов частоты

36-.10

нутые между собой во времени на целое число периодов сигнала генератора 1. Эти последовательности импульсов поступают на входы цифроаналогового преобра:зователя 5, на выходе которого формируется напряжение .1 1 sln

ы

tfLfj. , Г, .. л&г

.10 pliPH+l

где N - число дискретных приращений напряжения 0 , равное удвоенному числу входных последовательностей импульса цифроаналогового преобразователя.

Фаза

напряжения и соответствует коду К,делителя 2 частоты.Аналогично на выходе цифроаналогового преобразователя 6 формируется напряжение . Smjb/X

- VlpferHWier

t + ,, Um 1о« 3б-10. - t-rir u

() 3fejj,:

гдё АК.

KT. - KO - разность кодов дчастоты (KD. , К,, - код

лителей 2 и 3 частиты

г. соответственно делителей 2 и 3 частоты).

Фазовый сдвиг между напряжениями U| , и- соответствует разности кодов д К и регулируется в пределах О-36о с дискретностью

о. 4nh- На выходах делите36« К

лей 2 и 3 частоты формируются напряжения прямоугольной формы со скважностью 2, фазовый сдвиг У между которыми.устанавливается с высокой точностью также в пределах О-36 (Я и с такой же дискретностью

g , дь Значение фазового

36.10

.t ,,1

сдвига между напряжениями U , Ul и между напряжениями прямоугольной

формы задается блоком 4 установки , который записывает в делитель 2 частоты значение кода момент нулевого состояния делителя 3. При этом К дК. Блок 4 автоматически производит также контроль разностного -кода , а следовательно,

и значения и.

1 f

Из напряжений U, U2управляемыми фильтрами 7 и 8 нижних частот вьвделяют основные гармоники, которые поступают через сумматоры 9 и 10 на выходы калибратора.

От подключения комплексных нагрузок к выходньом клеммам калибратора, дрейфа параметров элементов в его узлах, изменения частоты выходных сигналов, а также из-за статических и динамических погрешностей формирования дискретных приращений выходных сигналов.появляются дополнительные фазовые сдвиги сигналов и постоянное напряжение смещения. При этом выходные напряжния калибраторов

C.ro..s-(f|Kt ,), ()

I 4. U ЬбО

) (4)

ьыха зь15г

где Uoi , Uoa. . соответственно постоянные составляющие и дополнительные фазовые сдвиги выходных напряжений калибратора.

Устранение этих постоянных составляющих и дополнительных фазовых сдвигов выходных сигналов в каждом канале калибратора производится следующим образом.

Напряжение Jj,t3iy.i поступает на вход блока 12 выборки и запоминания, в котором производится запоминание/ значений напряжения в моменты времени, определяемые фронтом и срезом выходных прямоугольных импульсов делителя 3 частоты. В момент времени, совпадающий с фронтом прямоугольного импульса, запоминает ся значение напряжения

+ и si п ЛЧ

и

и,

0-1

В момент времени, совпадающий со срезом прямоугольного импульса, запоминается значение напряжения

Ulto Vig,U,5,-m( и, , {б)

С помощью аналого-цифрового преобразователя 14 напряжения UQ , U,gQ преобразуются в коды соответственно Ко, , которые запоминаются арифметическим устройством 16.Арифметическое устройство 16 производит сложение и вычитание кодов Кд и в результате чего на его выходе формируется суммарный KC и разностный Кр кода, значения которых пропорциональны напряжениям, полученным из выражений (5,6)

(7)

Ко + К

2Uof

190

- 2U, (8)

Kf

Из выражений (7) и (8) следует, что кодй KQ и Кр пропорциональны соответственно постоянной составляющей Uo( и дополнительному фазовому сдвигу выходного напряжения .,. Код KC управляет напряжением регулируемого источника 18 постоянного напряжения, поступающим на вход смещения сумматора 10 таким образом, чтобы выполнялось условие 0. Код Кр изменяет значение фазового сдвига, вносимого управляемым фильтром 8 нижних частот таким образом, чтобы выполнялось условие Д - о АналогичнО| производится коррекция напряжения . На выходах калибратора формируются сигналы

.

(9)

foblVf l -2,0-10

.o«.(), 110)

где

ур-ду,

Ч Ь6--10

30

Для увеличения точности установки абсолютных значений фазовых сдвигов формирование напряжений Ug, может производиться в течение неко5торого времени, меньшего или равного, половине периода выходных сигналов. Учитывая, что спектральные составляющие напряжения U , Uo при достаточно больших значениях р расположены в области, высоких частот и имеют малый уровень, они могут быть исключены с помощьк простых управляемых фильтров нижних частот в широком частотном диапазоне. Исключение посс тоянных составляющих и дополнительных фазовых сдвигов в области инфранизких частот производится в течение одного периода выходных сигналов, что обеспечивает высокое быстродейQ ствие такого калибратора. В предлагаемом устройстве достигается высокая точность установки абсолютньвс значений фазового сдвига в диапазоне частот от тысячных долей герца до сотен килогерц при погрешности ус5

тановки фазовых сдв-;игов, не превышающих 0,01-0,05, а также высокая точность формирования синусоидальной формы выходных сигналов.

60

Формула изобретения

Калибратор фазовых сдвигов, содержащий широкодиапазонный генератор, 55 блок установки и два канала формирования сдвинутых по фазе синусоидальных сигналов, каждый из которых содержит сумматор и последовательно соединенные делитель частоты и цифроаналоговый преобразователь,при этом входы делителей частоты соединены с выходом широкодиапазонного генератора, а второй выход делителя частоты первого канала соединен со входом управления блока установки, выходы и входы контроля которого соединены соответственно с установочными входами и выходами контроля делителя частоты второго канала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности установки фазовых сдвигов в широком диапазоне частот, в каждый из каналов введены регулируемый источник постоянного напряжения и последовательно соединенный блок выборки и запоминания, аналогоцифровой преобразователь, арифметический блок и фильтр нижних частот, второй вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, а выход фильтра нижних частот подключен к первому входу сумматора, выход которого соединен с первым входом блока выборки и запоминания, второй вход которого подключен к выходу делителя частоты, при этом второй выход арифметического блока через регулируемый источник постоянного напряжения соединен со вторым входом сумматора.

Источники информации, 5 принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 371527, кл, G 01 R 25/00, 1971.

2.Авторское свидетельство СССР 434332, кл. G 01 R 25/04, 1972.