Переносное устройство передачи единицы угла фазового сдвига

 

Использование: фазоизмерительная техника, передача размера единицы угла фазового сдвига от мер высшего разряда к мерам низшего разряда, аттестации и поверке высокоточных фазозадающих и фазоизмерительных устройств. Сущность изобретения: устройство содержит 2 формирователя сигналов (1, 2), 1 источник напряжения смещения (3), 1 блок предварительной обработки (4), 1 коммутатор (5), 1 регистр управления (6), 1 делитель с переменным коэффициентом деления (7), 1 ЦАЛ (8), 1 фильтр низкой частоты (9), 1 аттенюатор (10), 1 преобразователь сдвига фаз в интервал времени (11), 1 блок кодирования (12), 1 генератор импульсов (13), 1 времязадающий блок (14), 1 микроЭВМ (15). 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s G 01 R 25/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4952813/21 (22) 12.05,91 (46) 15,07.93, Бюл. М 26 (71) Научно-и роизводствен ное объединение

"Всесоюзный научно-исследовательский институт метрологии им, Д,И,Менделеева" (72) Г.С.Михайлова, В.В,Кудряшов и С.А. Кравченко (56) Авторское свидетельство СССР

М 1054793, кл. G 01 R 25/00, 1983, Авторское свидетельство СССР

М 900214, кл. G 01 R 24/00, 1982.

Цифровые методы измерения сдвига фаз. Новосибирск, 1979, с. 197-203. (54) ПЕРЕНОСНОЕ УСТРОЙСТВО ПЕРЕДАЧИ ЕДИНИЦЫ УГЛА ФАЗОВОГО СДВИГА

Изобретение относится к фазоизмерительной технике, в частности к средствам передачи размера единицы угла фазового сдвига (ЕУФС) от мер высшего разряда к мерам низшего разряда, аттестации и поверке высокоточных фазозадающих и фазоизмерительных устройств.

Целью изобретения является повышение точности измерения и задания УФС за целое число периодов, определяемое стандартным временным интервалом.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого переносного устройства передачи ЕУФС, где приняты следующие обозначения: 1 — формирователь сигналов;

2 — формирователь сигналов; 3 — источник напряжения смещения; 4 — блок предварительной обработки; 5 — коммутатор; 6 — регистр управления; 7 — делитель с переменным коэффициентом деления (ДПКД); 8 — цифроаналоговый преобразователь; 9 — фильтр (57) Использование: фазоизмерительная техника, передача размера единицы угла фазового сдвига от мер высшего разряда к мерам низшего разряда, аттестации и поверке высокоточных фазозадающих и фазоизмерительных устройств, Сущность изобретения; устройство содержит 2 формирователя сигналов (1, 2), 1 источник напряжения смещения (3), 1 блок предварительной обработки (4), 1 коммутатор (5), 1 регистр управления (6), 1 делитель с переменным козффициентом деления (7), 1 ЦАП (8), 1 фильтр низкой частоты (9), 1 аттенюатор (10), 1 преобразователь сдвига фаз в интервал времени (11), 1 блок кодирования (12), 1 генератор импульсов (13), 1 времязадающий блок (14), 1 микроЭВМ (15). 1 ил, низкой частоты; 10 — аттенюатор; 11 — преобразователь сдвига фаз в интервалы времени; 12 — блок кодирования;13 — генератор импульсов; 14 — время задающий блок; 15— микро-Э ВМ.

Переносное устройство передачи ЕУФС содержит запараллеленные по каждому входу формирователи сигналов 1, 2, источник напряжения смещения 3, блок предварительной обработки 4, коммутатор 5, и последовательно соединенные регистр управления 6, делитель переменного коэффициента деления 7, цифроаналоговый преобразователь 8, фильтр низкой частоты

9, аттенюатор 10, выходы коммутаторов 5 и блоков предварительной обработки 4 соединены, соответственно, с входами преобразователя сдвига фаз в интервалы времени

11 и входами блока кодирования 12, связанного с генератором импульсов 13 времязадающим блоком 14 и микроЭВМ 15.

1827641

Устройство работает следующим образом. В зависимости от передачи ЕУФС образцовому средству измерения (ОСИ) мере или измерителю угла фазового сдвига (УФС) аттестуем ы и и ри бор подкл ючается соответственно, к клеммам А, В или С, Д, В случае передачи ЕУФС мере на вход А поступает опорный сигнал с частотой F, на вход B измерительный сигнал с частотой F и фазовым сдвигом р, Дополнительно, формирователь входного сигнала 2 соединен с источником напряжения смещения 3 относительно входа формирователя сигнала (ФС) 1. Сдвиг потенциалов между входами компараторов этих ФС превышает максимальное напряжение шумов, действующих на входах на входах ФС. Это приводит к тому, что флуктуации фронтов импульсов на выходах коммутаторов не перекрываются во времени и соответствующие им импульсы привязки формируются для блока кодирования БК 12 дополнительно к информации с преобразователя сдвига фаз в интервалы времени 11. Интервал коррекции, необходимый для компенсации фазовой погрешности из-за используемого способа формирования входного сигнала определяется в блоке предварительной обработки 4. Одновременно сигналы с генератора импульсов 13 поступают на ДПКД 7 и в зависимости от заданного кода микро-ЭВМ

15 через регистр управляющего слова 6 устанавливается режим работы внутреннего калибратора фазы устройства — его рабочая частота и угол фазового сдвига, Далее сигналы ступенчатой формы поступают через цифроаналоговый преобразователь 8 (ЦАП) на фильтр низкой частоты 9 (ФНЧ) настраиBB8vbIA одинаковым для обоих каналов кодом от микроЭВМ 15 и в зависимости от требуемой амплитуды устанавливается от микроЭВМ 15 коэффициент деления аттенюатора 10.

В первом такте измерения, определяемым микроЭВМ 15, через коммутатор 5 проходит импульсный спорный сигнал и поступает на вход преобразователя сдвига фаз в интервал времени 11 (ПФВ). Во 2-ом такте через коммутатор 5 на вход ПФВ 11 поступает импульсный сигнал с делителя частоты 7, имеющего переменный коэффициент деления (ДПКД), режим которого от микроЭВМ 15 задан через регистр управления (РУ). Затем сигнал калибратора фазы устройства поступает на суммирующий ЦАП

8 и далее через ФНЧ 9 и аттенюатор 10 на выходе прибора С, аналогично и для выхода

Д. С помощью ПФВ 11 формируются эквивалентные временные интервалы, которые затем в блоке кодирования 13 заполняются

55 счетными импульсами частот 1 =1/tp от генератора импульсов 13. Времязадающий блок 14 формирует время измерения, равное целому числу периодов сигнала и определяемое из условия tlll3M (тджх у /ТхТ+

+Л T=nT, где Т вЂ” период сигнала, t»M базовое время измерения, »я /Т вЂ” целая часть отношения т» „/T. На частотах свыше Г=1/t»» время измерения в диапазоне частот изменяется в пределах

tg3Mp

F<1/т», оно определяется периодом сигнала. Из-за этого исключается погрешность за счет некратности времени измерения и периода сигнала, свойственная измерителям с постоянным временем измерения. За время измерения в блоке кодирования 12 и =1 формируются коды N =(), ty< )/tp и код

i =1 для интервалов времени с блока предварии =1 тельной обработки ЛМ=(g h,tE,M)/t, а

i =1 во время задающем блоке 14 формируется л =1 коД Nr=(, Tl<)/tp. Эти коДы ввоДЯтсЯ в

i =1 микроЭВМ 15, выполняющая в вычислительном процессе суммирование и деление кодов (Ny+ Л N)/N и их умножение на масштабный множитель 360. Результаты вычислений соответствуют заданному калибратором фазы и измеряемому сдвигу фаз в 360 (Иу+Л N)/Nr.

Введение новых преобразователей и связей в предлагаемое устройство обуславливает возможность как измерения угла фазового сдвига, так и его формирование, что позволяет передавать ЕУФС не только мере, но и измерителю, а также вести потактный. контроль за цифровым фазовращателем калибратора, необходимый ввиду характерных для него сбоев, проводить самокалибровки устройства, увеличивая точность передачи ЕУФС в случае работы в условиях сильных электромагнитных полей, сложных климатических условиях, Оценим степень повышения точности предлагаемого переносного устройства передачи ЕУФС:

1) значительное изменение климатических условий, электромагнитных полей за время аттестации средств измерений УФС требует для сохранения высокой точности уменьшения дополнительных погрешностей устройства, Например, в устройстве прототипе температурный коэффициент кварцевого гене-6 ратора 10 и при изменении температуры

1827641 2 — (P =

=0,003 на ЗОО. В полевых условиях за рабочий день

tp=4-35 (на частотах долей герца аттестация проводится в течение 8 ч) относительное смещение частоты квантования равно

30.10, в то время как допустимо лишь

2 .10, т.е. точность измерения интервала времени эквивалентного руменьшится в 15 раз. Следовательно, за столь длительное время наблюдения в этих условиях необходимо проведение самокалибровки и рибора.

2) двухуровневое формирование позволяет устранить составляющую погрешности, обусловленную влиянием шумов о, Даже при оптимальном квантовании, обеспечивающем максимальную разрешающую способность фазометра при времени измерения т =10 с и 0ш=30 мкВ пш=0,004, т.е. устранение этой составляющей погрешности увеличивает точность прибора в 1,5 раза. при относительно невысоком уровне шумов. В условиях эксплуатации Ощ достигает величин на несколько порядков больших и, следовательно, ош устраняемая в п редполагаемом устройстве, повысит точность устройства на порядок.

На нашем предприятии был изготовлен макет предлагаемого переносного устройства передачи ЕУФС. Схемы преобразователей, определяющих высокие метрологические характеристики — блоки формирователей сигналов ДПКД, функциональных

ЦАП, преобразователей сдвига фаз в интервалы времени построены на счетчиках

15ЗЗИЕ7 и триггерах этой серии, компараторы 597СА2, м/с 572 ПА1А, В микроЭВМ использован микропроцессор 1821ВМ85, ОЗУ и ПЗУ соответственно, построены на м/с 537РУ10 и 57ЗФ96.

Испытания макета показали прецизионную точность передачи ЕУФС образцовым СИ 0,002 -0,01F в диапазоне частот

10 -2 10 Гц, как в лабораторных условиях.

-2 . 7 так и в условиях сильных полей и жесткой климатики. Т.о., по сравнению с прототипом являющимся образцом лучшей техники для передачи ЕУФС в настоящее время, предполагаемое устройство позволяет сократить число этапов аттестации и уменьшает дополнительную погрешность за счет автоматического введения режима самокалибровки, а также исключить основную составляющую погрешность иш и тем самым

55 увеличивает в 2 раза точность устройства в лабораторных условиях и в 14 раз в реальных условиях эксплуатации, сохраняя малый вес и габариты, необходимые для переносного устройства.

Формула изобретения

Переносное устройство передачи единицы угла фазового сдвига, содержащее преобразователь сдвига фаз в интервалы времени, генератор импульсов, времязадающий блок, блок кодирования и микроЭВМ, первый и второй выходы которой соединены соответственно с первыми входами блока кодирования и времязадающего блока, а первые и вторые входы микроЭВМ подключены соответственно к выходам этих блоков, второй вход блока кодирования соединен с вторым выходом времязадающего блока, третий вход — с выходом преобразователя сдвига фаз в интервалы времени, а четвертый совместно с вторым входом времязадающего блока соединен с выходом генератора импульсов, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения и задания угла фазового сдвига за целое число периодов, определяемое стандартным временным интервалом, в него введены два канала, каждый из которых снабжен запараллеленными по каждому входу двумя формирователями сигналов, источником напряжения смещения, блоком предварительной обработки, коммутатором и последовательно соединенными регистром управления, делителем переменного коэффициента деления, цифроаналоговым преобразователем, фильтром низкой частоты и аттенюатором, при этом регистр управления, аттенюатор, источник напряжения смещения, коммутатор и фильтр низкой частоты подключены к выходу микро Э В М, соединен ному с источником напряжения смещения, выход второго формирователя входного сигнала соединен с первым входом блока предварительной обработки, второй вход которого соединен с выходом первого формирователя сигналов, третьим входом времязадающего блока и первым входом коммутатора, второй вход которого соединен с выходом делителя с переменным коэффициентом деления, связанного вторым входом с входом генератора импульсов, причем выходы коммутаторов и блоков предварительной обработки соединены соответственно с первым и вторым входами преобразователя сдвига фаз в интервалы времени и пятым и шестым входами блока кодирования.

1827641

35

45

Составитель Г. Михайлова

Техред М.Моргентал Корректор Е, Папп

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2358 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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