Способ поверки фазометров
Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения -. повьшение точности поверки путем исключения как систематических, так и случайных погрешностей фазометра. На сигнальный вход каждый раз после установки начального фазового сдвига добавочно вводится фазовый сдвиг, примерно равный 180. Дискретная величина начального фазового сдвига каждого из п шагов выбирается произвольной . За п шагов покрывается фазовый интервал, равный периоду. Каждый шаг измерения производится m раз. При этом определяют.приращение попаданий фазометра при замене на одинаковом таге, среднее значение приращений фазовых сдвигов на каждом шаге, среднее значение приращений показания фазометра. Параметры поверяемого фазометра определяют по расчетным формулам, представленным в .тексте описания. 2 ил.
СОЮЗ GOBETCHHX
СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК цр 4 G 01 R 25/ОО
0 (HHE NSOBPETEHMR
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТИРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 421 7244/24-21 (22) 30.03.87 (46) 15,03.89, Бюл. М 10 (71) Институт радиофизики и электроники АН АрмССР (72) Г.А.Двоян и 1 .А.Пирумян (53) 621.317.373(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
У 736020, кл. С 01 К 25/00, 1978.
Смирнов П.Г. Цифровые фазометры, -Л.: Энергия, 1974, с. 128-,130. (54) СПОСОБ ПОВЕРКИ ФАЗОИЕТРОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике, Цель изобретения —, повышение точности поверки путем ис ключения как систематических, так и случайных погрешностей фаэометра.
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения погрешностей фаэометров, предназначенных для работы в широком диапазоне частот входных сигналов.
Цель изобретения — повышение точности поверки.
На фиг,1 приведена sависимость функции показания фазометра от разности фаз между входными сигналами; на фиг.2 — блок-схема поверки фазо-. метра.
Блок схема поверки содержит генератор стандартных сигналов 1, выход которого соединен с делителем 2 мощности, один выход которого через последовательно включенные переменный аттенюатор 3, регулируемый фаэовра-, „. SU,„, 1465810 А 1
На сигнальный вход каждый раз после установки начального фазового сдвига добавочно вводится фазовый сдвиг, примерно равный 180 . Дискретная величина начального фазового сдвига каждого из и шагов выбирается произвольной. 3a п шагов .покрывается фазовый интервал, равный периоду.
Каждый mar измерения производится m раз. При этом определяют. приращение попаданий фазометра при замене на одинаковом mare, среднее значение приращений фазовых сдвигов на каждом шаге, среднее значение приращений показания фазометра. Параметры поверяемого фазометра определяют по расчетным формулам, представленным в тексте описания. 2 ил. 2 щатель 4 и дискретный фазовращатель
5 соединен с сигнальным входом по1 веряемого фазометра 6, опорный вход которого соединен с выходом делителя
2 мощностие Ю
Сущность способа заключается в ис- ОО пользовании внутреннего эталона самих фазометров для выявления их по- 1 ) грешностей. Таким эталоном является периодичность функции показания г (О)-! выходного регистрирующего устройства фазометра 6, которая периодичес- ° ки повторяется через каждые 360 при изменении разности фаз 8 между входными измеряемыми сигналами, т.е.
Ф(ц « жК) = Ф(О) (1) где К вЂ” натуральное число.
В общем случае функция показания фазометра ф(0} при отсутствии случай3 146581 ных процессов имеет вид, приведенный на фиг,l (жирная сплошная линия), где о(— некоторая разность фаз между входными сигналами, прн которой показание фазометра равно нулю.
Апроксимируем функцию показания фазометра Ф (О} функцией
Р- д-oL-Н
f(9) = ((+ 2 arctic tg(- — -)), (2)
2 10 которая изображена на фиг.l жирной пунктирной линией.
Тогда функция показания фазометра(Р (О) представляется в виде л
9- .-н 1
15 P (8) = N+2arctg tg (— — ") J+$(g) (3)
2 где h (9) — отклонение функции показания ф(О) от линейно апроксимированной функции f (8) .
Из выраженйя (2} следует, что 20 функция отклонения Я) есть периодическая функция с периодом 27(, кроме того 1(9) является непрерывной функцией, поскольку в точках разрыва, т. е, когда 8 (к+ О + 2 в К, апроксимированная функция и функция показаний прибора совпадают, следовательно, функция отклоения (1(9) при значениях
g=--о(, t2 К равна нулю.
Найдем среднее за период значение приращения показаний фазометра при плавном изменении начальной разности фаз 9 от некоторого значения 8 до (»+2и при одном и том же значении вводимой разности фаз <
С учетом выражения (7)
6,+Зг
Ч» (8» qo) 2а а h(e cP)
eî
-a(o>J ав-у,+-,: J л(в+ .)-ъ(а))ааИз-за периодичности функции ((0) последний интеграл в выражении (9) равен нулю, а это означает, что среднее эа период значение систематических ошибок с о (9, ()», ) > = О .
Физическая интерпретация выраже)" я ния (9} заключается в следующем: среднее за период значение приращения показаний фазометра равно неизвестному фазовому сдвигу Cp„, вводимому на входе фаэометра, и не зависит от качества самого фазометра.
Зная истинное значение фазового сдвига (р, и имея вид функции прираПусть на вход фазометра с началь.ной разностью фаз между входными сигналами, при которой показание прибора равно ф(6) добавочно вводится не", который фазовый сдвиг (1), где О 9, (2((» истинное значение которого не известно. В результате этого на выходе фазометра имеет место прираще- . ние показания у (gÄ(g }, которое в общем случае зависит как от начальной 40 разности фаэ, так и от вво(((имой разности фаз ц»
p(8+q,)=Ô(e) + V(e,q.) =
9+A,-м-7 1
= 7 +2arc tg tg (— — - — -)) + ф(6+ (р ) . (4)
) о
С учетом выражений (3) и (4), а также выражения (2) для приращения показания фаэометра в зависимости от начальной разности фаз 9 возможны В0 два случая: а) ((9 ф,)=(1)в+3(e, +(р )-9(8,) (5) при f(6, +q.) - f (e,). Наглядно это показано на фиг,1. В этом случае показание фазометра при введении фазового сдвига q на .входе перекидываето ся с начального положения (точка а фиг.1} в конечное положение (точка Ь фиг,l). При этом приращение
О 4 показания фазометра с некоторой точностью равно вводимой разности фаз o " (г» Ч.) =(-2 +9(8. +g) 1(.) (6) при f (8 + (д,) c f (g ), В этом .случае показание фаэометра с начального положения (точка с фиг,l) перекидывается в конечное положение (точка d фиг,l) потерпев при этом скачок, величина которого равна 2н, следовательно для получения истинного значения приращения фазометра в правой части выражения (6) надо прибавить величину, равную скачку, т,е. 2 приведя выражение (6) к виду (5)
Таким образом, в общем случае ис" тинное приращение показания фазометра при введении на входе добавочного фазового сдвига (у, выражается как.
V(q.)" q,+A(9+q,)-Ж9). О)
Это означает также, что между истинными значением изменения разности фаэ <у на входе и приращением показао ния фазометра Ч»(д,g,) на выходе есть некоторое расхождение
S (4 q,) =y(e, q,) -q.=l(g+y,) -q(e) (8)
Этим расхождением обусловлены систематические погрешности фазометра.
5 1465810 щения 11>(9, о> ) для вводимого фазо ого о сдвига ц> можно найти: а) среднюю аба солютную систематическую ошибку
cia (8q)l ; б) среднюю ква ратическую систематическую ошибку с1> (g,q)>; в) максимальную абсолютную ошибку
13 (В, Ч,З„.,: с(р -ау(Я,q,) l (19;ð (1 О) т 3(е,ц,)> = 2 о — Для определения значения добавочно вводимого фазового сдвига g npu о котором с учетом плавности 9 в пре25 делах одного периода имеет место наибольшее абсолютное значение систематической ошибки фазометра, рассмотрим два случая: а) 0(ц, «. С учетом теоремы о конечном приращении Лагранжа из выражения (8) ошибка измерения ) <а,,<, >=><в+ц,>-)<а)= A <(> (>, (13) где Ос с 9 +ц,, 35 Абсолютная максимальная ошибка для данного вводи(ого начального фазового сдвига (p, Ie (8,i(,)lтд„= "Р (I (),)II Ча ° 40 (14) Очевидно, что наибольшее значение абсолютной погрешности фазометра имеф%р ет место при значении С = н, т,е, ви>{I>i(О цд)) виР((% (>,)(> и (15) ц)ас- 2 и Учитывая, что >1l (8) =g((8+2е ) S(9, (y, ) =11(0+qо) 9 (8) =%(9+5<о>)-%(В+ 5О 2 < ) =-9 (() (2 <>-9,) где 9+ (, с $ с 8 +2 в. Очевидно, что и в этом случае наибольшее значение абсолютной погрешности фаэометра имеет место при зна55 у чении Ч> =о, т,е ° еир ((3 (9, c<,)I)> = вир jI <((g )(j n . . (16) Исходя иэ вь>ражении (14), (1 S) < (16) можно записать при (p, =- < .l3(8, ; )(„, = 2(9,о) —,=., (1В) rye ((I), I с (< . Связь между среднеквадратиче..>(ой систематической ошибкой для данного фазового сдвига ц) и наибольшим энао чением среднеквадратической ошибки СЛЕД ЮГВA: g S (e.i(.!) -; (3 Поверка фаэометров производится на стенде, блок-схема которого изображена на фиг.2, Для иск>почения погрешностей, связанных с рассогласованием элементов тракта, рекомендуе(ся между ними ставить неээаимные элементы, В качестве регулируемого фаэовращателя 4 можно испольэовать любой фазовращатель с пределами изменения о фазового сдвига 0-360, а в качестве дискретного фазовращателя 5 .— электрически управляемый фазовращатель со сдвигом фаэ Ц>,, значение которого общем случае неизвестно, но для ыявления наибольших погрешностей желательно, чтобы оно было примерно равным 180 Переменный аттенюатор служит для установки желаемого уровня сигнала. На практике совместно с системамтическими существуют также случайные погрешности и несмотря на их малость по сравнению с систематическими ошибками, они могут играть н;.маловажную роль, как, например, в известном способе. Кроме того, начальный фазовый сдвиг 9 меняется не плавно, а задается с помощью регулируемого фазовращателя с некоторым шагом, примерно равным 360/и,. т,е. имеется п значений начальной фазы 8, где 1. = 1,2,...,n, Пусть при некоторой начальной фазе 9 регулируемого фазовращателя про1 изводится m переключений состояния дискретного воэвращателя, Тогда с учетом случайных флюктуаций показаний фаэометра выражение (7) для начального фазового сдвига 9; запишется 4; =(Р+ (9;+j )-9(8;)+ А(<> =Ч,+3(В;, Ч )+ Цг;„, (19) где (11 — приращение показаний фаэо1К метра при одном замере; ٠— случайное отклоение прира1К щения фазометра, k=1,2,...,m 7 146581 Среднее значение приращений показаний i-ro шага фазометра (,>; для начального фазового сдвига ф . ЬМ;к -(4,> q, 8(х >р)+- ", (О) 5 О >и 8 и ,> 1®-< );> (j Dl) — -=- — — — + "- — (28) (т(т«1) >и(«« f) ) б) полную среднюю квадратическую ошибку При достаточно больших значениях ш последний член выражения (20) стремится к нулю. Имея экспериментальные значения С11 и („, находят а) среднюю абсолютную случайную 1 к-(,-! 4Й! t - -"=- - ==.=; — у (2) ) 15 m(m-) ) б) среднюю квадратическую случайную ошибку 1 r —;. v;) ( (d ) (22) 20 «".«« (Q )= О + (24) >р Последний член в выражении (24) при достаточно больших значениях и также стремится к нулю. По зкспениментальным значениям Я и ((1 ; )находят 40 а) среднюю абсолютную систематическую ошибку 2 :;. (); - (у; «. n(n-1 ) б) среднюю квадратическую систематическую ошибк Д:,(; - c3 >- (26) и-1 т в) максимальную абсолютную систематическую ошибку aI, = (, — « «) На основании полученных данных 55 из выражений (21) — (23) н (25} — (27) находят: а) полную среднюю абсолютную ошибку 1 в) случайную максимальную абсо" лютную ошибку I I..„= g; I v;.- а1.,„. (2з> " (Теперь можно найти усредненное по и шагам среднее значение фазовых сдвигов на каждом шаге ((1>;). Иэ выражения. (20), пренебрегая последним членом из-за его малости, и 8(О;;Ч) (D >= 2 в) полную максимальную абсолютную ошибку I I =Д-,Iv v, «)q; — cc>«;)! „„„ Таким образом, при 1 и 1п>ах и-) (ЗО) помощи предлагаемого способа с большой точностью можно выявить как случайные, так и систематические ошибки поверяемого фаэометра, при этом необходимость использования образцовых мер фазового сдвига полностью отпадает, так как в процессе измерений величину неизвестного фазового сдвига можно найти с высокой точностью. Преимущества способа заключаются в высокой точности поверки, достигаемой с помощью простой непрецизионной аппаратуры, Кроме того, точность поверки .увеличивается с увеличением числа шагов, и заданная мера точности определяется заданием числа maгов, Формула изобретения Способ поверки фазометров, заключающийся н подаче на сигнальный вход поверяемого фазометра сигнала с начальным фазовым сдвигом относительно опорного сигнала, изменении фазового сдвига подаваемого сигнала каждый раэ на дискретную величину, за и шагов покрывающих фазовый интервал в пределах шкалы поверяемого фаэометра, и измерении начального фазового сдвига на каждом шаге, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности поверки, на сигнальный вход поверяемого фаэометра каждый раэ после установки начального фазового сдвига добавочно вводится фаэоный сдвиг, примерно равный )80 дискретную величину начального фазового сдвига каждого из п шагов ныбирают произвольной так, что за Il шагов покрывается фазовый интервал, равный периоду, каждый шаг измерения выполняется m раэ, при этом измеряют т-1 I<;t V макс - — (ц; -ау; мекс де(11 1 — полная средняя абсолютная ошибка; (D ) — полная средняя квадратическая ошибка; В1 - максимальная абсолютная м кс ошибка; Ы. — приращение показания фаЫ„ зометра при одном замере; g, — среднее значение приращения показаний фаэометра i-го его шага; — усредненное по и шагам среднее значение приращения показаний фазометра. cD>= 9 l4658) О фазовый сдвиг на каждом шаге и по измеренному фаэовому сдвигу и начальному фазовому сдвигу определяют приращение показаний фазометра при замере на одинаковом шаге, среднее зна- г чение приращений фазовых сдвигов иа каждом шаге и усредненное по и шагам среднее значение прирашения показаний фазометра, а параметры точнос- 1О ти поверяемого фазометра определяют а н я r lv;„-÷: I Is ;- m(m" 1) п(п-1) 1465810 фиу. 2 Составитель M,Катанова Редактор Л,Пчолннская Техред A.Êðââ÷óê Корректор С.Черни Заказ 941/46 Тираж 711 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР 11Э035, Иоскеа, 3-35, Рауаская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,!01
