Калибратор фазовых сдвигов Советский патент 1981 года по МПК G01R25/04 

(54) КАЛИБРАТОР ФАЗОВЫХ СДВИГОВ

Изобретение относится.к фазоизмерительной технике и предназначено ; для получения двух напряжений с регулируемыми фазовым сдвигом и формой. Предлагаемое устройство может быть использовано при построении широкодиапазонных калибраторов, позволяющих определять фазовую погрешность и погрешность от изменения- формы напряжения различной фазЪизмерительной аппаратуры, электронных и цифровых фазометров, а также в качестве калибратора фазовых сдвигов крат ных частот и генератора сигнала регулируемой формы. Известна установка для определения погрешности фазоизмерительных устройств от искажения формы сигналов, построенная на основе двух генераторов сигналов сложной формы, умножителей частоты, электромеханических фазовращателей и фильтров нижних частот 1 Однако метрологические характеристики такой установки низкие, так как использование умножителей частоты для получения высших гармоник выходного сигнала затрудняет получение на их выходах напряжений с нулевые начальными фазами, установка фазового сдвига с помощью электромеханических фазовращателей не позволяют получить высокую точность регулирования фазового сдвига, использование фильтров нижних частот на выходах смесителей приводит к большим погрешностям установки фазового сдвига и уровня отдельных гармонических составляю1цих выходного сигнала из-за неравномерности и неидентичности ампзтитудночастотных и фазочастотных характеристик фильтров. Известен также фазовый калибратор, содержащий генератор, пересчетные схемы (делители частоты), устройство управления задаваемой разностью фаз, масштабные сумматоры и триггеры с раздельными запусками, подключенные к выходам пересчетных схем. Фазовый , сдвиг между выходными сигналами калибратора устанавливается изменением кода, записываемого в один из делителей частоты iio отношению к другому. Триггеры с раздельными запусками и масштабные сумматоры формируют выходные квазисинусоидальные сигналы и выполняют, по существу, функцию цифроаналогового преобразователя (ЦДЛ) 2. Однако форма выходных сигналов такого калибратора не регулируется, поэтому он не может использоваться для определения погрешности фазоизмерительных устройств от наличия нелинейных искажений и изменения сдвигов фаз высших гармонических составляющих исследуемых напряжений. Этот недостаток значительно ограничивает область применения известных калибраторов фазы, так как указанная вьш1е погрешность является одной из основных характеристик фазоизмерительных устройств. . Цель изобретения - расширение функ циональных возможностей, заключающееся в обеспечении регулирования фор мы выходного сигнала. Поставленная цель достигается тем что калибратор, содержащий генератор первый и второй делители частоты, выходы которых подключены соответственно к первому и второму ЦAЛ выход первого ЦАП является первым выходом калибратора, а входы второго делителя частоты подключены к блоку установки и контроля фазового сдвига, вход синхронизации которого подключен к управ ляющему выходу первого делителя часто ты, снабжен блоком делителей частоты аттенюаторами, сумматором, источником постоянного напряжения, дополнительны ми делителями частоты, блоками установки и контроля фазового сдвига ЦАП причем вход блока делителей частоты подключен к выходу генератора, а из выходов блока делителей часто ты через Соответствующий дополнитель ный делитель частоты, ЦАП и аттенюатор соединен с соответствующим входом сумматора, выход которого является вторым выходом калибратора, вхо ды установки и выхбды контроля допол нительных делителей частоты подсоединены к дополнительным блокам уста новки и контроля фазового сдвига, со единенным входами синхронизации с управляющим выходом второго делителя 8 6 частоты, при этом выходы второго ЦАП источника постоянного напряжения ерез аттенюаторы подключены ко вхоам сумматора, а выходы первого и второго делителей частоты - к одному из выходов блока делителей частоты. На чертеже- представлена структурная схема предлагаемого устройства. Калибратор фазовых сдвигов содержит широкодиапазонный генератор 1, блок 2 делителей частоты, делители 3,4-1-4-п.частоты, блоки 5-1-5-п устайовки и контроля фазового сдвига, ЦАП 6, 7-1-7-п, аттенюаторы 8-1-8-п, сумматор 9, источник 10 постоянного напряжения . Сигнал с генератора 1 поступает на вход блока 2 делителей частоты, на выходах которого формируются п последовательностей импульсов соответственно с частотами f 2f ...hf. Сигнал с частотой f поступает на входы первого и второго делителей 3 и 4-1 частоты, сигналы с частотами 2 ,.., входы соответствующих дополнительных делителей 4-2--4-П частоты. Коэффициент деления делителей 4-1-4-п частоты равен 36-I0 (,1 ,2,. ..) . На выходах первого делителя 3 частоты формируются, например, с помощью волнового делителя частоты, последовательности прямоугольных импульсов, сдвинутые между собой на целое число периодов входного сигнала этого делителя. Полученные последовательности импульсов выступают на входы ЦАП 6, последовательно изменяя уровень его выходного напряжения по синусоидальному закону. На выходе ЦАП 6 формируется синусоидальноц напряжение - 21Г J .Ю где (,2,3,...,п;, поступающее на первый выход калибратора. Фаза напряжения соответствует коду делителя 3 частоты. Аналогично формируется синусоидальный сигнал на выходе второго . цифроаналогового преобразователя 7-1 и дополнительных ЦАП 7-2-7-п. На выходе второго ЦАП 7-1 наЛряжение равно 2fi: .,.р .13ЫО фазовый сдвиг напряжения U по отношению к напряжению U . Учитывая, что на входы дополнительных делителей частоты поступают соответственно сигналы с частотами, а коэф5фициенты деления частоты одинаковые для всех делителей, выходные напряже ния дополнительных ЦАП 1-2-1-п 1)авны 2ltf . -U s-iri M f; hf n ,..-,f где 2f tti фазовый сдвиг,. CO2i ii -iif ответственно напряжений no отношению к напряжению ( В момент переполнения первого делителя 3 частоты, что соответствует нулевому значению фазы напряжения U код второго делителя 4-1 частоты, ра ный фазе выходного сигнала Цйфроана- логового преобразователя 7-1, сравнивается в блоках 5-1 установки и ко троля фазового сдвига с кодом установле Hpio значения фазового .сдвига напряжения Uj . Если эти-коды не совпадают то в момент переполнения первого делителя 3 частоты производится установка требуемого значения кода в делитель 4-1 частоты. Аналогично производится установка и контроль фазового сдвига напряжений кратных частот по отношению к первой гармонике-напряжению и . Фазовый сдвиг U между первыми гармониками выходных напряжений калибратора U и Or равен Э6-1о« где Np- код делителя 4-1 в момент переполнения делителя 3 частоты. Фазовые сдвиги , , напряжений UW.- UAf по отношению к напряжению Ut на частотах соответственно 2f,... v,f i г- .г.-2f af ЗЬЮ V hf ЗЬ-ЮЧ где N 5 - I коды делителей 4-2-4-п соответственно напряжений и Ui i-в моменты переполнения деW О 3f J . 1 лителя 4-1 частоты. Изменение кода Nj позволяет регулировать фазовый сдвиг между напряжениями U И U в пределах 0-360 с дискретностью э Зб-го Изменяя с помощью блоков 5-2-5-п ус- тановки и контроля фазовых сдвигов значения кодов No ... , следова, 2.7 , в р тельно, к фазовые сдвиги nf можно регулировать фазы напряжении кратных частот U2.,«-,4)fпо отношению к. первой гармонике-напряжению ll ЗЬО ЪбО 96 в пределах О-ЗбО. Напряжение UQ от источника 10 постоянного напряжения, напряжение первой гармоники Ur и напряжения кратных частот (высшие гармоники) U2f,...,lj, поступают на аттенюаторы 8-l-8-n, коэффициенты передачи KO, Kf Kjf. ..J Ку, которых регулируются дискретно или плавно в пределах от О до 1. На выходе аттенюаторов 8-1,8-2 напряжения равны { . Е%5(2 ) / ,V() Напряжения оf П суммируются сумматором 9, на выходе которого формируется напряжение -|lK--U sinf-i JaVo -1+1 1 то Напряжение U , поступающее на второй выход-калибратора, представляет .собой конечную сумму ряда Фурье, с помощью которого может быть представлена любая периодическая функция, отвечающая условиям Дирихле. Из приведенного выше описания предлагаемого устройства видно, что с помощью второго 4-1 и дополнительных делителей 4-2-4-п частоты и ЦАП 7-1-7-п формируются первая (J вторая U2 п-ная -гармоники выходног о напряжения калибратора U Фазы высших гармоник с помощью r«nniL«/ tIbrir / TTrtvrr блоков 5-1-5-п установки и контроля фазового сдвига регулируются дискретно по отношению к первой гармонике напряжения Uj в пределах 0-21Г, фаза которого регулируется дискретно в .. этих же пределах по отношению к напряжению U. Уровни суммируемых напряжений регулируются аттенюатораьда 8pj8-1 8-n. Таким образом, измеряя напряжение постоянной составляннцей UQ , а также амплитуды и фазы гароник ... Ur I можно получить требуемую форму выходного сигнала U алибратора. При необходимости анаогично может регулироваться форма апряжения U . В случае, когда все армоники напряжения Uj , кроме 1-той, равны нулю, на выходах калибратора .формируется напряжение Ц 1Пзёйой (Sfc-io И устройство работает как калибратор фазовых сдвигов кратных частот. Таким образом, введение в предлагаемый калибратор блока делителей частоты, аттенюаторов, сумматора, до полнительных делителей частоты, блоков установки и контроля фазового сдвига и ЦАП позволяет дополнительный положительный эффект, так как дает возможность регулировать формы выходного сигнала в широком диапазоне частот. Кроме того, та кой калибратор может использоваться в качестве калибратора фазовых сдвигов кратных частот, генераторов крат ных частот, а также как генератор си налов сложной формы. Предлагаемый ка либратор фазовых сдвигов имеет широкие функциональные возможности и может найти применение в исследовании, разработке, проверке, настройке и ат стации различных фазочувствительных устройств, фазоизмерительной аппаратуры и фазовых систем, а наличие циф рового управления позволяет автомати зировать указанные операции. Формула изобретения Калибратор фазовьгх сдвигов, содержащий генератор, первый и второй делители частоты, выходы которых подключены соответственно к первому и второму цифроаналого й у преобразователям, выход первого цифроаналогового преобразователя являемся первым выходом калибратора, а вход второго делителя частоты подключен к блоку установки и контроля фазового сдвига, вход синхронизации которого подключен к управляющему выходу первого де68лителя частоты, отличающийс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, заключающееся в обеспечении регулирования формы выходного сигнала, он снабжен блоком делителей частоты, аттенюаторами, сумматором, источником постоянного напряжения, дополнительными делителями частоты, блоками установки и контроля фазового сдвига и цифроаналоговыми преобразователями, причем вход блока делителей частоты подключен к выходу генератора, а- каждый из выходов блока делителей частоты через соответствующий дополнительный делитель частоты, цифроаналоговый преобразователь, и аттенюатор соединен с соответствующим входом сумматора, выход которого является вторым выходом калибратора, входы установки и выходы контроля дополнительных делителей частоты подсоединены к дополнительным блокам установки и контоля фазового сдвига, соединенным входами синхронизации с управляющим выходом второго делителя частоты, при этом выходы второго щиф&раналогового} преобразователя «.источника постоянного напряжения через аттенюаторы подключены ко входам сумматора, а выходы первого и второго делителей частоты - к одному из выходов блока делителей частоты Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Измерительная установка для определения погрешностей электронных фазометров от линейных искажений, Сб. статей. Вопросы улучшения технических параметров выпрямительных и транзисторных приборов. ВНИИЭП, Л., 1970. 2.Авторское свидетельство СССР 434332, кл. G ,01 R 25/04, 19.74.