Способ определения фазового набега четырехполюсников

 

Изобретение относится к технике фазовых измерений и может быть использовано при измерении фазовых сдвигов, вносимых четырехполюсниками. Целью изобретения является повышение точности при измерении в диапазоне частот. Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит генератор 1 фиксированной и 2 регулируемой частот, балансный смеситель 3 и фильтр нижних частот 4, переключатели 5 и 6, исследуемый преобразователь 7, балансный смеситель 8, фильтр нижних частот 9 и цифровой фазометр 10. Особенностью изобретения является подача сигнала фиксированной частоты, соответствующего верхнему пределу частотного диапазона, использование в качестве вспомогательного сигнала переменной частоты, равной разности частот испытательного сигнала фиксированной и опорной частот, а также то, что сначала выделяют сигнал разностной частоты и измеряют первую разность фаз между выделенным и опорным сигналами, затем на четырехполюсник подают сигнал переменной частоты, а в качестве вспомогательного используется сигнал фиксированной частоты. Снова выделяют сигнал разностной частоты и измеряют вторую разность фаз между выделенным и опорным сигналами, а фазовую погрешность четырехполюсника определяют по разности первой и второй разностей фаз сравниваемых сигналов при изменении частоты опорного и испытательного сигналов в требуемом диапазоне . 1 ил. СО с

COQ3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 R 25/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4751311/21 (22) 19.10.89 (46) 23.09.91. Бюл. hb 35 (71) Винницкий политехнический институт (72) И.Ю.Скрипник, Ю.А.Скрипник, А.И.Гуцало и P.Ë.Ãðèãîðüÿí (53) 621.317,77 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

hb 885919, кл. G 01 R 25/00, 1979.

Соловов В.Я. Фаэовые иэмерения.—

М,; Энергия, 1973, с, 18 — 23. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФАЗОВОГО

НАБЕГА ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКОВ (57) Изобретение относится к технике фазовых измерений и может быть использовано при измерении фазовых сдвигов, вносимых четырехполюсниками. Целью изобретения является повышение точности при измерении в диапазоне частот. Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит генератор 1 фиксированной и 2 регулируемой частот, балансный смеситель 3 и фильтр нижних частот 4, переключатели 5 и 6, исследуемый преобразователь

„„5U,, 1679408 А1

7, балансный смеситель 8, фильтр нижних частот 9 и цифровой фазометр 10. Особенностью изобретения является подача сигнала фиксированной частоты, соответствующего верхнему пределу частотного диапазона, использование в качестве вспомогательного сигнала переменной частоты, равной разности частот испытательного сигнала фиксированной и опорной частот, а также то, что сначала выделяют сигнал разностной частоты и измеряют первую разность фаэ между выделенным и опорным сигналами, затем на четырехполюсник подают сигнал переменной частоты, а в качестве вспомогательного используется сигнал фиксированной частоты. Снова выделяют сигнал разностной частоты и измеряют вторую раз- 3 ность фаз между выделенным и опорным сигналами, а фазовую йогрешность четырехполюсника определяют по разности первой и,второй разностей фаз сравниваемых сигналов при изменении частоты опорного и испытательного сигналов в требуемом диапазоне. 1 ил.

1679408

U3 (t) =Um3 (соз ((м1 602) t + p1 pz ) +

+соз ((в1 + а) t+p1 +pz)), (1) где О,пз = 1/2 S1Um1Um2 — амплитуда образованного сигнала;

S1 — крутизна характеристики смесителя

Из сигнала (1) выделяют сигнал разностной частоты

U4 (t) = Um4 СОЗ ((Г01 W) т +

+P1 Pz ЛР1) (2) Изобретение относится к технике фазовых измерений и может быть использовано для измерения фазовых сдвигов, вносимых масштабными преобразователями, делителями напряжения, aTTåíþàòoðàìè, ослабителями, согласующими трансформаторами и т,п. (в широком частотном и динамическом диапазонах).

Цель изобретения — повышение точности при измерении в диапазоне частот.

На чертеже приведена структурная, электрическая схема устройства измерения фазового набега четырехполюсников, реализующего предлагаемый способ определения фазового набега четырехполюсников.

Устройство измерения фазового набега четырехполюсников содержит высокочастотный генератор 1 фиксированной частоты, высокочастотный генератор 2 регулируемой частоты, первый балансный смеситель 3, первый фильтр 4 нижних частот, первый 5 и второй 6 переключатели, исследуемый четырехполюсник 7, второй балансный смеситель 8, второй фильтр 9 нижних частот и цифровой фазометр 10.

Генератор 1 соединен с первыми входами переключателей 5 и 6 и смесителем 3, Генератор 2 соединен с опорным входом смесителя 3 и опорным выходом фазометра i0, выход смесителя 3 соединен с вторыми входами переключателей 5 и 6, выход переключателя 5 последовательно соединен с четырехполюсником 7, смесителем 8, фильтром 9 и измерительным входом фазометра

10, выход переключателя 6 соединен с опорным входом смесителя 8.

Способ определения фазового набега четырехполюсников осуществляют следующим образом.

Иэ высокочастотного сигнала фиксированной частоты U1(t) = Umtcos (в1с + p1) и высокочастотного сигнала регулируемой частоты Uz(t) = Umzcos (t + р2) путем балансного смешивания формируют сигнал рида где Лp1 — дополнительный фазовый сдвиг, вносимый смесителем 3 и фильтром 4.

Частоту в1 выбирают равной верхнему пределу рабочего диапазона частот иссле5 дуемого четырехполюсника, а частоту ш2 регулируют так, чтобы разностная частота в1 — а2 изменялась от верхнего предела рабочего диапазона частот в2 = 0 до нижнЕгО й2 =В1.

Сигнал 01(1) фиксированной частоты в1 и сигнал U4(t) переменной частоты в1 — в2 используют в качестве испытательных сигналов, а сигнал Uz(t) регулируемой частоты а2 в качестве опорного.

Вначале на исследуемый четырехполюсник подают испытательный сигнал U1(t) фиксированной частоты и ослабленный им сигнал смешивают с вспомогательным сигналом, в качестве которого используют сигнал переменной частоты U4(t). В результате смешивания этих сигналов образуется сигнал вида

U5 (т) = Um5 (cos (с02с + pz Л pp + Л р +

+ Ьpz + Л рз) + соз((2в2 — N2)t + 2p1 — (3)

Р2 Pо P1 + Лф4 + Лф5)), 1

ГДЕ Um5 = — SZK (1 +У1 ) Um1Um4 — аМПЛИтУДа

30 образованного сигнала;

S2 — крутизна характеристики смесителя; к, у1 — коэффициент передачи четырехпо35 люсника и его относительная амплитудночастотная погрешность на частоте в1;

App — фазовая погрешность четырехполюсника на частоте cut, I с

Apz u Apj — соответственно фазоамп40 литудная и фазочастотная погрешности смесителя, зависящие от коэффициента передачи K(1+ y1) и значения переменной частоты (ut — и ;

I I

Лр4, h,p5 — аналогичные погрешности

45 на частоте 2й)1 — а2.

В спектре сигнала (3) подавляют высокочастотную составляющую с удвоенным значением фиксированной частоты и получают низкочастотный сигнал

5 06(t)=,Um5cos(eat + 02 Лpp + Лp1 +

+Лр +Дp+Др ), (4) где Лрз — фазовый сдвиг, вносимый фильтром на частоте в2.

Сравнивают по фазе сигнал U5(t) с опорным сигналом Uz(t) и получают первую разность фаз

1679408

Лф =hpî+Ëp1+h,p +Äp +

+ Л р6 + Л р7 + Лp8, (5) Лp2 =Лp2; Ар3 =Лрз, Лфу =Л ; h,p8 =Л ; (9) где Дру и h,p8 — фаэоамплитудная и фазочастотная погрешности фаэометра при амПЛИтудЕ Um6.

Затем на четырехполюсник подают испытательный сигнал U4(t) переменной частоты, а в качестве вспомогательного сигнала используют испытательный сигнал

U>(t) фиксированной частоты, В результате смешивания образуется сигнал вида

U7(t)= Um7(cos(N2t +p2+ hp+Ap1 +

+ Ap2 + h, ) + сов((гв — N2)t + 2р1— — щ — Л p — Л р1 + Л р4 + Лp5 )), (6) гДе Um7= — S2К(1+P) Um1Um4 — амплитУДа

2 образованного сигнала;

y2 — относительная амплитудно-частотная погрешность четырехполюсника на частоте а1 — щ2;

h,p- фаэовая погрешность четырехполюсника на переменной частоте N> — а2, Лф2 и Лрз — соответственно фаэоамплитудная и фаэочастотная погрешности при коэффициенте передачи К(1+ yz).

Выделенный низкочастотный сигнал с учетом дополнительного фазового сдвига от фильтрации описывается выражением

U8 (t) = Um8 cos (N2t + p2 + A p + Л 91 +

+ЛР2+ ЛРз+ЛР6). (7)

В результате сравнения с опорным сигналом частоты N2 получают вторую разность фаэ

Л Ф = Л р + Л р1 + Л p2 + A ps +

+ Л Р6 + Л Р7 + Л У8, (8)

// lt где Лру и Л р — фазоамплитудная и фаэочастотная погрешности фазометра при амПЛИтудЕ СИГНаЛа Um8.

Четырехполюсники в рабочем диапазоне частот имеют, как правило, амплитудно-частотные погрешности, не превышающие единицы процентов. Если относительные погрешности у1 и р малы (g< «1 и у2 «1), то и амплитуды смешанных сигналов практически равны. Поэтому можно считать, что

Um5=Um1 Um6=Um8i а соответствующие погрешности, зависящие от амплитуды сигналов, равны

Л () ЛФ2 — ЛФ1

Затем частоту опорного сигнала а2устанавливают максимальной а2М„, и на четырехполюсник поочередно подают испытательный сигнал фиксированной частоты ги> и минимальной разностной частоты

45 N) — а2„„,, соответствующей нижней границе рабочего диапазона частот четырехполюсника. Определяют разности фаз (5) и (8) на этой частоте и в соответствии с формулой (10) определяют фазовую погрешность четырехпол юсника на нижней частоте рабочего диапазона

Определяют разность первой (5) и второй (8) разностей фаз

ЛФ вЂ” h,9z = — Лр„(Nq) — hp(N> — иа), (10) Фаэовые погрешности четырехполюсника определяют в следующей последовательности, Вначале частоту опорного сигнала устанавливают минимальной и,„и на исследуемый четырехполюсник с коэффициен ом переда и К1 поочередно подают испытательные сигналы фиксированной частоты й)1 и максимальной разностной частоты N1 — са MNH =N1. Определяют первую (5) и вторую (8) разности фаз, а затем по формуле (10) определяют удвоенное значение фазовой погрешности на частоте си1

Ap(N1 Мз)нижн = Л Ф2 Л Ф1 Л po(N1). (12) Уменьшая частоту и 2 до в2 ми, определяют соответствующие разности фаз (5), (8) и фазовую погрешность четырехполюсника по формуле (12) на других частотах рабочего диапазона четырехполюсника.

Затем устанавливают в четырехполюснике коэффициент передачи К2 и аналогичным образом определяют фазовые погрешности четырехполюсника при изменении уровня его выходного сигнала в рабочем диапазоне частот. По значениям фазовых погрешностей строят фазочастотную характеристику (К = const, N< - N2=var) и фаэоамплитудные погрешности (К =

=var,.в1 — N2 = const) для различных частот рабочего диапазона, Из соотношений (10), (11) и (12) видно, что получаемые значения фазовых погрешностей четырехполюсника не зависят от частотных и амплитудных погрешностей

1679408

15 преобразовательных блоков, включая нелинейные элементы-смесители электрических колебаний.

Устройство измерения фазового набега четырехполюсников работает следующим образом. Сигналы генератора 1 фиксированной частоты и генератора 2 регулируемой частоты смешивают в балансном смесителе 3 и с помощью фильтра 4 нижних частот выделяют сигнал разностной частоты. Сигнал генератора 1 также подают на противоположные входы переключателей

5 и 6, на другие противоположные входы которых подают сигнал разностной частоты с выхода фильтра 4. С выхода переключателя 5 сигналы фиксированной и переменной частот поочередно поступают на исследуемый четырехполюсник, а сигналы переменной разностной и фиксированной частот с выхода переключателя 6 поочередно поступают на один вход балансного смесителя 8, На другой вход балансного смесителя 8 поступают ослабленные сигналы, прошедшие исследуемый четырехполюсник 7. С помощью фильтра 9 нижних частот выделяют сигнал разностной частоты, который воздействует на один вход цифрового фазометра 10, на другой вход которого воздействует непосредственно сигнал генератора 2.

Вначале переключатели 5 и 6 устанавливают в верхнее по чертежу положение и генератором 2 устанавливают минимальную частоту сигнала, определяемую крутизной частотной характеристики фильтра 4 нижних частот. На разностной частоте, близкой к фиксированной частоте генератора 1, определяют с помощью фазометра 10 разность фаз между выходным сигналом фильтра 9 и опорным сигналом генератора

2. Затем переключатели 5 и 6 переводят в нижнее положение и измеряют новое значение разности фаз. По формуле (11) определяют значение фазовой погрешности четырехполюсника на верхней частоте его рабочего диапазона. Далее частоту генератора 2 увеличивают и устанавливают такой, чтобы разностная частота на выходе фильтра 4 нижних частот соответствовала нижней рабочей частоте четырехполюсника 7. Определяют с помощью фазометра 10 разности фаз сравниваемых сигналов при верхнем и нижнем положениях переключателей 6 и 5 и по формуле (12) определяют фаэовую погрешность четырехполюсника

55 на нижней частоте рабочего диапазона.

Уменьшая частоту генератора 2, определяют таким же образом фаэовые погрешности четырехполюсника на других частотах рабочего диапазона частот. Аналогично

on ределяют фазовые погрешности четырехполюсника при различных значениях его коэффициента передачи, устанавливаемого оператором.

Таким образом, повышение точности измерения фазовых погрешностей четырехполюсника 7 в диапазоне рабочих частот и заданном динамическом диапазоне достигается благодаря исключению фазочастотных и фазоамплитудных погрешностей фильтров 4 и 9 нижних частот, балансных смесителей 3 и 8 и самого фазометра 10.

Формула изобретения

Способ определения фазового набега четырехполюсников, заключающийся в поочередном воздействии на четырехполюсник испытательными сигналами двух разных частот, переносе ослабленных сигналов на одну частоту с использованием вспомогательного сигнала, сравнении их фаз с опорным сигналОм, о тл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения точности при измерении в диапазоне частот, на четырехполюсник подают испытательный сигнал фиксированной частоты, соответствующей верхнему пределу его частотного диапазо-. на, в качестве вспомогательного сигнала используют испытательный сигнал переменной частоты, равной разности частот испытательного сигнала фиксированной частоты и опорного сигнала, выделяют сигнал раэностной частоты, измеряют первую разность фаз между выделенным и опорным сигналами, затем на четырехполюсник подают испытательный сигнал переменной частоты, в качестве вспомогательного сигнала — испытательный сигнал фиксированной частоты, выделяют сигнал раэностной частоты и измеряют вторую разность фаз между выделенным и опорным сигналами, а фазовый набег четырехполюсника определяют по разности первой и второй разностей фаз сравниваемых сигналов, при этом частоту опорного сигнала изменяют в диапазоне частот, соответствующих рабочему диапазону частот исследуемого четырехполюсника.