Регулируемая мера фазовых сдвигов

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для формирования двух синусоидальньпс напряжений либо напряжений любой другой формы с заданным значением их амплитуды и прецизионно-регулируемым фазовым сдвигом между основными гармониками напряжений. Регулируемая мера может быть использована для проверки фазоизмерительной и фазозадающей аппаратуры. Цель изобретения - повышение точности воспроизведения абсолютных значений задаваемых фазовых сдвигов - достигается путем формирования выходных сигналов методом коррекции ступенчатых квазисинусоидальных напряжений с помощью линейной аппроксимации напряжений на каждом интервале их формирования. Регулируемая мера содержит блок 1 записи кода, генератор 2 импульсов, счетчики 3 и 4, постоянные запоминающие блоки 5-8, регистрирующий блок 9, потенциометры 10 и II, аналого-цифровые преобразователи 12-15, аппроксимирующие интеграторы 16-9 и сумматоры 20- 21. Изменяя коэффициент деления lio- тенциометра 10 или II во времени, можно модулировать по амплитуде выходное напряжение регулируемой меры и таким образом автоматизировать процесс измерения значений амплитудно-фазовых погрешностей фазометров, проверяемых при помощи предлагаемой меры фазовых сдвигов. 2 ил. i (Л Й6/Х/ : 4 О СО 4 StfJT 2

СО1ОЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУ БЛИН (51)4 G 01 К 25/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3951236/24-21 (22) 10. 09,85 (46) 23.10.87. Бюл, В 39 (72} Е . К, Батуревич (53) 621.317.77 (088.8) (54) РЕГУЛИРУЕМАЯ МЕРА ФАЗОВЫХ СДВИГОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для формирования двух синусоидальных напряжений либо напряжений любой другой формы с заданным значением их амплитуды и прецизионно-регулируемым фазовым сдвигом между основными гармониками напряжений. Регулируемая мера может быть использована для проверки фазоизмерительной и фазозадающей аппаратуры, Цель изобретения— повышение точности воспроизведения абсолютных значений задаваемых фазовых сдвигов — достигается путем фор„,SU„„1347034 мирования выходных сигналов методом коррекции ступенчатых квазисинусоидальных напряжений с помощью линейной аппроксимации напряжений на каждом интервале их формирования. Регулируемая мера содержит блок 1 записи кода, генератор 2 импульсов, счетчики 3 и 4, постоянные запоминающие блоки 5-8, регистрирующий блок 9, потенциометры 10 и 11, аналого-цифровые преобразователи 12-15, аппроксимирующие интеграторы 16-9 и сумматоры 2021. Изменяя коэффициент деления потенциометра 10 или 11 во времени, можно модулировать по амплитуде выходное напряжение регулируемой меры и таким образом автоматизировать процесс измерения значений амплитудно-фазовых погрешностей фазометров, проверяемых при помощи предлагаемой меры фазовых сдвигов . 2 ил.

1347034 2

Иэобретение относится к фазоиэмерительной технике и предназначено для формироВания двух синусоидальных напряжений либо напряжений любой другой

5 формы с заданным значением их амплитуды и прецизионно-регулируемым фазовым сдвигом между основными гармониками напряжений и может быть использовано для проверки фаэоизмери- 10 тельной и фазоэадающей аппаратуры.

Цель изобретения — повышение точ. ности воспроизведения абсолютных значений задаваемых фазовых сдвигов путем формирования выходных сигналов 15 методом коррекции ступенчатых квазисинусоидальных напряжений с помощью линейной аппроксимации напряжений на каждом интервале их формирования, На фиг.! представлена структурная 20 схема регулируемой меры фазовых сдвигов; на фиг.2 — схема аппроксимирующих интеграторов.

Мера фазовых сдвигов содержит блок

1 записи кода, генератор 2 импуль- 25 сов, счетчики 3 и 4, постоянные запоминающие блоки (ПЗБ) 5-8, регистрирующий блок 9, потенциометры 10 и 11, перемножающие цифроаналоговые преобразователи (ПЦАП) 12-15, аппроксими- ЗО рующие интеграторы 16-19, сумматоры

20 и 21, При этом выход генератора 2 импульсов соединен со счетными входами счетчиков 3 и 4, выход переполнения счетчика 4 соединен с входом блока 1 и с входом управления регистрирующего блока 9, информационные выходы блока 1 записи кода соединены с информационными входами счетчика 3, информационные выходы счетчиков 3 и 4 4р соединены соответственно попарно с информационными входами ПЦАЛ 12, 13 и 14, 15.

Младший разряд счетчика 3 соединен с управляющими входами аппроксимирую- 45 щих интеграторов 16 и 17, выход ПЦАП

12 соединен с информационными входами аппроксимирующих интеграторов 16 и 17, Каждый их двух потенциометров

10 и 11 подключен к шине источника постоянного напряжения Цо . Выходы потенциометров 10 и 11 соединены соответственно с входами ПЦАП 12, 13 и

14, 15. Младший разряд счетчика 4 соединен с управляющими входами аппрок- 55 симирующих интеграторов 18 и 19, аналоговые входы которых соединены с выходом ПЦАП 15. Выходы аппроксимирующих интеграторов 18 и 19 соединены с входами сумматора 21, первый вход которого соединен с выходом ПЦАП 14.

Выходы аппроксимирующих интеграторов

16 и 17 соединены с входами сумматора 20, третий вход которого соединен с выходом ПЦАП 13, а выходы сумматоров 20 и 21 являются выходами меры фазовых сдвигов, Аппроксимирующие интеграторы состоят из операционных усилителей 22 и 23, .масштабных резисторов 24-27 (R„), интегрирующих конденсаторов

28 и 29 (Си) и резисторов 30 и 31 разряда (Rp), а также нормально замкнутого ключа 32 и нормально разомкнутого ключа 33.

Входы управления обоих ключей 32 и 33 соединены между собой и подключены к младшему иэ разрядов счетчика 3 (или 4), соединенных с адресными входами ПЗБ б (или 8). Клочи 32 и

33 поцсоединены параллельно интегрирующим конденсаторам 29 и 28 (Сц) через разрядные резисторы 30 и 31, Кроме того, интегрирующие конденсаторы

29 и 28 включены в цепь обратной связи операционных усилителей 22 и 23, т.е. между их выходами и инверсным входом. К инверсным входам подклочены также масштабные резисторы 26 и

27. Вторыми выводами они свяэаны,между собой и подсоединены к ПЦАП 12 (или 15) . Между прямыми выходами операционных усилителей 22 и 23 и общим корпусом вклочены вспомогательные балансовые резисторы с номиналом R<.

Выходы. операционных усилителей 22 и

23 соединены с входами сумматора 20 (или 21).

Мера фазовых сдвигов работает следующим образом.

Непрерывная последовательность импульсон генератора 2 поступает на счетные входы счетчиков 3 и 4. Частота повторения импульсов генератора

2 f превышает заданную частоту выходных напряжений Г регулируемой меры фазовых сдвигов в m раэ

f„= m ° F, где m — коэффициент деления частоты счетчиков 3 и 4 или количество их устойчивых состояний.

Значение коэффициента деления частоты ш выбирается исходя иэ заданного значения дискрета регулирования фазовых сдвигов йЯ, 360

m = —,р - 7м з 13,470 а также количества интервалов аппрок- симации и приходящегося на период

1/F выходных напряжений. Выбор и обусловлен допустимым коэффициентом не5 линейных искажений (КНИ), выходных напряжений. Если задано значение = о — 10; 1; 0,1 и менее, то при допустимом КНИ C 0,5-1Х тю) п. Соотношение между пи и может быть выражено при 10 помощи целочисленного коэффициента

Pl

Х = — . Физический смысл этого коэфи фициента 1 — количество импульсов генератора 2, поступающих на счетчики 15

3 и 4, приходящееся на интервал аппроксимации выходного напряжения

1/F п. Однако при большйх дискретах регулирования фазовых сдвигов а 30 требуемое значение ш может быть мень- 2О ше значения.п, необходимого с точки зрения получения заданной точности формирования мгHOBeHHbIK значений выходного напряжения, или его допустимого КНИ. В таком случае коэффициент 25 деления частоты ш увеличивают до значения ) и, принимая во внимание возможность его реализации выбранным типом счетчиков 3 и 4, а также удобоваримость получающегося при этом 30 дискрета регулирования фазовых сдвигов д . При этом =1, так как т=п.

Установка требуемого. фазового сдвига регулируемой меры осуществляется цифровым кодом Q при помощи бло- З5 ка 1 записи кода задаваемого фазового сдвига в счетчик 3. До выполнения установки-код Я выражает исходную разность кодов счетчиков, которая образуется при включении меры фазовых сдвигов.

Текущие значения кодов счетчиков

N(t-t ) H N (t- - t ) циклио on рm о чески изменяющиеся в пределах 0 — 45 (m-1), соответствуют в дискретной форме значениям текущих фаз выходных напряженийф(-t ) и Ф „(й- - - -to), Р.т где и — временной сдвиг, определя- 5О емый начальным состоянием счетчика 3.

Учитывая, что под воздействием генератора 2 импульсов коды счетчиков

3 и 4 изменяются только в дискретные моменты времени, кратные 1/F m> можно перейти от непрерывной переменной аргумента t к его дискретной форме с переменной i, выражаемой натуральным рядом чисел. Таким образом, перемен34

4 ной t соответствует дискретный ряд

i/F.m, а код счетчика 3 может быть представлен в виде

N=i-t, F m, при i (m

N=i-t ° F m, при m (i g 2m...

Код счетчика 4

N«-i-Q-t, F.m, при ig ш;

Non =i-Q-t, ° F т-тп, при m g i g 2m...

Фазовый сдвиг между выходными напряжениями определяется разностью абсолютных значений текущих фаэ ч)=

1 i-0

=жГ(— — -«.)-2TiF(— е.) =

Fm Fm

2 4 0

m а следовательно, и ра з нос тью кодов счетчиков 4М = N — Non= Q.

Если, например, m выбрать равным

ЗбО, а угол выразить в электрических градусах, значение Я равно фазовому сдвигу, выраженному в градусах.

Для установки требуемого значения фазового сдвига и для контроля его при помощи цифрового регистрирующего блока 9 используются дискретные интервалы времени i>z„ в течение которых код счетчика 4 обращается в нуль

М.п = i „- Q — to F m-j m=0.

При этом

i „= Q + t F m+j .mI

Эти интервалы совпадают с интервалами обнуления счетчика 4, которые следуют после его заполнения, т.е. после достижения кода (m-1), ограниченного коэффициентом деления частоты.

Периодичность заполнения счетчика

j где j = 0,1,2,3.... На протяжении интервала обнуления счетчика 4 код счетчика

1мн tî F m j

=Q+t,. F m+j m-t,. F m = Q.:

Таким образом, сложную операцию вычитания кодов счетчиков 3 и 4 для индикации воспроизводимого фазового сдвига и операцию занесения требуемого значения разности кодов, соответствующего устанавливаемому фазовому сдвигу, можно значительно упростить сводя их к записи в регистр индикатора кода счетчика 3 в течение интервала „ при Non = О, а также к занесению в такие же интервалы кода

Q в счетчик 3.

Циклически изменяющиеся во времени коды счетчиков 3 и 4 поразрядно влиянием паразитных и монтажных емкостей элементов ЦАП, и может быть дом канале коды дискретных значений выходных напряжений и коды их приращений, выражающие скорость нарастания (убывания) аппроксимирующей линейной ем КНИ.

Дискретные значения, пропорциональные с коэффициентом Р приращениям выходных напряжений, формируются при имеет квазисинусоидальную форму со сдвигом по фазе относительно напряжений, формируемых ПЦАП 13 (или 14), дискретных значений, на угол JI/2 +

+YE/2, так как первая производная от выходного напряжения, выражающая скорость его изменения, имеет значение

d Пьнх d(A sin2fi(F t)

dt d ° t

= А соз2 Г(Г т. е. сдвинута по отношению к выходному напряжению на угол л /2, Дополнительный фазовый сдвиг на угол

fi Й/m обусловлен особенностями формирования линейных аппроксимирующих напряжениИ, которые не изменяют свой знак в пределах каждого интервала аппроксимации ° Значение скорости аппрокt симирующего напряжения и соответствующее ей напряжение приращения на каждом участке принимается неизменным.

Это напряжение преобразуется в линейно-аппроксимирующее при помощи двухтактных аппроксимирующих интеграторов

1б и !7 (или 18 и 19).

Управляющие входы обоих ключей подключены к младшему разряду адресных кодов ПЗБ б (или 7) . При уровне

5 1347034 поступают на адресные входы сменных конечную длительность, обусловленную или коммутируемых запоминающих блоков

5- 8.

Так как количество интервалов ап- аппроксимирован экспонентной с посто.

5 проксимации и всегда меньше в Ь раэ (или в крайнем случае равно) количеянной времени (., причем 3 1.((—-т ства устойчивых состояний тп счетчиков Количество выходных разрядов за3 и 4, некоторое количество их млад- поминающих блоков определяется разших разрядов, равное 1og I, может не 10 рядностью АНАП, преобразующих в кажучаствовать в формированйи адресов кодов интервалов аппроксимации. При этом текущее значение адресного кода аппроксимации выражается целой частью .) функции, в собственно дискретные знаE отношения —, причем знак оэнача2, чения выходных напряжений и приращеет операцию выделения целочисленного ния напряжений. Количество разрядов

1 ПЦАП !2 — 15 выбирается, исходя из значения и О (— s n. Блоки 7 или 8 заданной точности воспроизведения дискретных значений выходного напряже-20 дискретных значений выходных напряжения преобразуют адресный код аппрок- ний, определяемой допустимым значенисимации, формируемый старшими разря.дами счетчиков и выражающий текущую

I фазу выходного напряжения Ф (— ), в строго им соответствующие коды диск помощи ПЦАП 12 (или 15) . При формиретных значений выходного напряжения ровании синусоидальных сигналов пе. (11 риодическая последовательность ступенчатых напряжений приращений также преобразуют тот же адресный код в 30 код приращения дискретного значения выходного напряжения по отношению к последующей ступени его аппроксимации

Гi! а (— +1)-а ((- )) . В соответствии с

Л!

35 назначением регулируемой меры фазовых сдвигом запоминающие блоки программируются, а также коммутируются или сменяются так, что на их выходах имеется набор кодов мгновенных значений- 40 и их приращений для всех заданных разновидностей форм выходных напряжений, При формировании синусоидальных сигналов в эти запоминающие блоки заносятся наборы кодов выборок гар-45 ионических функций и их приращений Ь) "" ф((),)), ((-)+I)- (())=sin 6((-)-l)—

-я(п Ф((-)).

Блоки 5 — 8 выбираются так, что количество их адресных входов позволяет выразить число и в выбранном коде, Периодическая последовательность кодов всех запоминающих блоков поступает на цифровые входы ПЦАП 12 — 15.

При этом фронт каждой ступени имеет

7 1347 логического нуля в этом разряде, характерном для каждого четного интер-. вала аппроксимации, ключ 33 интегратора четных интервалов разомкнут, и на выходе усилителя 23 формируется линейно нарастающий участок.

При том же уровне логического нуля на управляющем входе ключ 32 интегратора нечетных интервалов аппрок- 10 симации имеет нормально замкнутое состояние. Заряженный на предыдущем интервале конденсатор 28 разряжается по цепи через ключ 32 и разрядный резистор 30, При этом на выходе усилителя 22 формируется экспоненциально спадающее напряжение.

В течение первого и каждого нечетного интервалов аппроксимации уровнем логической "1" по управляющим входам ключ 33 замыкается, а ключ 32 размыкается. В этом случае аппроксимирующий интегратор 17 (19) нечетных интервалов формирует линейно нарастающее напряжение, а интегратор четных 25 интервалов — экспоненциально спадающее.

При изменении полярности напряжения приращений, выдаваемого ПЦАП 12 (или 15), что эквивалентно перемене знака скорости аппроксимирующей функции и имеет место на интервале от максимального до минимального значений формируемого напряжения, аппроксимирующие интеграторы также изменяют

35 полярность выходного напряжения и выдают линейно спадающее и экспоненциально нарастающее напряжения и т.д, Параметры элементов аппроксимирующих интеграторов В.м и Сд а также . 40 значение коэффициента пропорциональности напряжения приращений P подби раются так, что к моменту завершения каждого, например - pro интервала аппроксимации, линейное напряжение на выходе интегратора равно дискретРегулировка амплитуды выходных напряжений меры фазовых сдвигов осуществляется путем изменения значений

45 К. Учитывая, что вариация значений

К не оказывает влияние на процесс формирования кодов дискретных значений напряжений и их приращений, на точностные характеристики ПЦАП, а также на активные и реактивные составляющие параметров их звеньев, относительный комплексный спектр их выходных напряжений также не зависит от значений К, а следовательно, предлагаемая мера фазовых сдвигов свободна от амплитудно-фазовых погрешностей.

Изменяя значения К во времени, можно модулировать по амплитуде выному значению напряжения последующего (! — )+1)-ro интервала аппроксимации. (ь/

Полученные напряжения дискретных значений выходных напряжений, линейно-аппроксимирующее и экспоненциально компенсирующее на каждом интервале аппроксимации суммируются при помощи сумматора 20 (или 21). При этом масштабные коэффициенты суммирования по входам, связанным с аппроксимиру034 8 ющими интеграторами, подбираются так, что амплитуда линейно-аппроксимирующего напряжения, приведенная к выходу сумматора, точно соответствует ступени приращения на последующем интервале аппроксимации.

Значение разрядных резисторов аппроксимирующих интеграторов подбираются так, что постоянная времени цепи разряда С

"Р Сн () р + R<) где R — сопротивление открытого ключа 32 (33) эквивалентна суммарной постоянной времени заряда параэитных и монтажных емкостей ПЦАП 13 ()4) дискретных значений и ПЦАП 12 (15) приращений выходных напряжений.

На аналоговые входы обоих ЛЦАП каждого канала поступает постоянное напряжение через потенциометр 10 (или 11) от источника опорного напряжения 11, ПЦАП 12 и 13 (или 14 и 15) преобразуют циклически изменяющиеся во времени цифровые коды, соответствующие дискретным значениям напряжеЕ1

1 ний А ((< I) и их приращениям АА(— ), в аналоговые напряжения, пропорциональные опорному напряжению Ц, и коэффициенту деления потенциометра 10 или ll К.

Выходное напряжение сумматора 20 (или 21) определяется выражением (Ям "" Н % г 11 1 . . ц.. 1 изобретения

Фо рмула

Регулируемая мера фазовых сдвигов, содержащая первый и второй счетчики, счетные входы которых объединены и соединены с выходом генератора импульсов, блок записи кода, выходы которого подключены к входам "Предустановка" первого счетчика, информационные выходы которого соединены через первый постоянный запоминающий блок с информационными входами первого перемножающего аналого-цифрового преобразователя и непосредственно с информационным входом регистрирующего блока, управляющий вход которого соединен с входом блока записи кода и выходом второго счетчика, информационные выходы которого через второе постоянное запоминающее устройство подключены к информационным входам второго перемножающего цифроаналогового преобразователя, аналоговые входы первого и второго перемножающих цифроаналоговых преобразователей через соответствующие регулируемые потенциометры соединены с источником опорного напряжения, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения точности, в нее введены третий и

g 13 ходные напряжения меры фазовых сдвигов и таким образом автоматизировать процесс измерения значений амплитудно-фазовых погрешностей фазометров, проверяемых при помощи предлагаемой меры фазовых сдвигов, 47034 о четвертый постоянные запоминающие блоки, третий и четвертый перемножающие цифроаналоговые преобразователи, 5 четыре аппроксимирующих интегратора и два сумматора, причем аналоговые входы третьего и четвертого перемножающих цифроаналоговых преобразователей соответственно соединены с

1п выходом первого и второго потенциометров, младший разряд первого счетчика соединен с входами управления первого и второго аппроксимирующих интеграторов, информационные входы

15 которых соединены с выходом третьего перемножающего цифроаналогового преобразователя, выходы первого и второго аппроксимирующих интеграторов соединены соответственно с первым и вто20 рым входами первого сумматора, тре тий вход которого соединен с выходом первого перемножающего цифроаналогового преобразователя, младший разряд второго счетчика подключен к входам

25 управления третьего и четвертого аппроксимирующих интеграторов, информационные входы которых соединены с выходом четвертого перемножающего цифроаналогового преобразователя, выЗб ходы третьего и четвертого интеграторов подключены соответственно к первому и второму входам второго сумматора, третий вход которого соединен с выходом второго перемножающего цифроаналогового преобразователя, а выходы первого и второго сумматоров являются соответственно первым и вторым выходами регулируемой меры.

1347034

om пересчетной I Х7

СхЕмЬ Ф

Составитель В.Шубин

Редактор И.Горная Техред И.Попович Корректор Л.Пилипенко

Заказ 5117/44 Тираж 729 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,r.Ужгород,ул.Проектная,4