Калибратор фазовых сдвигов

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЯЬСТВУ ои789891 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 1601.79. (21) 2715877/18-21 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 231280. Бюллетень № 47

Дата опубликования описания 23. 12. 80 (511 М. К,.

G 01 R 25/04

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621. 317..77(088.8) (72) Авторы изобретения

В.Н. Шпилька, Н.В. Сандрацкий, В.М. Вовк и К.О. Орехов (71) Заявитель (54 ) КАЛИБРАТОР ФАЗОВЫХ СДВИГОВ

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для получения двух синусоидальных напряжений с регулируемым фазовым сдвигом, устанавливаемым с высокой точностью в широком диапазоне частот.

Известно устройство для формирования сдвинутых по фазе синусоидальных сигналов, содержащее генератор импульсов, делитель частоты, регистрирующее устройство и преобразователь фазового сдвига в код, выполняющие функцию установки и контроля требуемого значения фазового сдвига выходных сигналов, избирательные 15 фильтры, выделяющие основные гармоники иэ напряжений прямоугольной формы делителей частоты, формирователи коротких импульсов, импульсные фаэовые детекторы, генератор сину- 20 соидальных напряжений, фильтры нижних частот и индикатор нулевого фазового сдвига. Устройство решает поставленную задачу при формировании фазового сдвига .синусоидальных сигналов фиксированных частот Щ .

Реализация такого устройства в области низких и инфранизких частот затруднена, так как в фаэоизмерительном преобразователе сигналы, содержа- ЗО щие информацию о погрешности установки фазового сдвига выходных напряжений, выделяются с помощью фильтров нижних частот на разностной частоте F - =f - Nf |-., которую следует выбирать в 5-10 раэ меньше частоты выходных сигналов устройства

Указанные причины не позволяют на основе рассмотренного устройства строить широкодиапаэонные калибраторы фазовых сдвигов. Кроме того, в фазоизмерительном.преобразователе известного устройства используются формирователи коротких импульсов, временное положение которых соответствует нулевым переходам выходных синусоидальных напряжений калибратора. В таких формирователях неизбежны аддитивные погрешности выделения нульпереходов синусоидальных сигналов, что приводит к снижению точности формирования абсолютных значений фазовых сдвигов выходных напряжений, хотя погрешность приращений фазовых сдвигов обеспечивается высокая.

Известен также фазовый калибратор, содержащий генератор, делители частоты, устройства управления задаваемой разностью фаз, масштабные сумматоры и триггеры. Фазовый сдвиг меж789891 ду выходными сигналами этого калибратора устанавливается кодом, записываемым в один из делителей частоты н момент нулевого состояния другого делителя. Триггеры с раздельными запусками и масштабные сумматоры выполняют по существу функцию цифроаналогового преобразования и синтезируют на выходах устройства ступенчатые квазисинусоидальные сигналы (21 Недостатком данного устройства является то, что статические и динамические погрешности формирования дискретных приращений напряжения, возникающие н устройствах, синтезирующих кназисинусоидальные сигналы, уменьшают точность установки фазоных 15 сдвигов. Кроме того, подключение комплексных нагрузок к выходным клеммам такого калибратора также изменяет значение фазового сдвига между его выходными сигналами. Таким образом, 2О возникновение погрешйости от неидентичности подключаемых нагрузок затрудняет использование таких калибраторов в качестве поверочных фаэозадающих устройств. 2$

Цель изобретения — повышение точности устанонки фазовых сдвигов в широком диапазоне частот.

Указанная цель достигается тем, что в калибраторе фазовых сдвигов, ЗО содержащем широкодиапазонный генератор, блок установки и дна канала формирования сдвинутых по фазе синусоидальных сигналов, каждый из которых содержит сумматор и последовательно соединенные делитель частоты и цифроаналоговый преобразователь, при этом входы делителей частоты соединены с выходом широкодиапазонного генератора, а второй выход делителя частоты первого ка- 40 нала соединен со входом управления блока установки, выходы и входы контроля которого соединены соответственно с установочными входами и выходами контроля делителя частоты второго канала, в каждый из каналов введены регулируемый источник постоянного напряжения и последова= тельно соединенные блок выборки и запоминания, аналого-цифровой пре- gp образователь, арифметический блок и фильтр нижних частот, второй вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, а выход фильтра нижних частот подключен к первому входу сумматора, выход которого соединен с первым входом блока выборки и запоминания, второй вход которого подключен к выходу делителя частоты, при этом второй выход арифметического блока через ре- 46 гулируемый источник постоянного напряжения соединен со вторым входом сумматора.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства. Я

Калибратор фазовых сдвигов содер жит широкодиапаэонный генератор 1, делители 2 и 3 частоты, блок 4 установки, цифроаналоговые преобразователи 5 и 6, фильтры 7 и 8 нижних частот, сумматоры 9 и 10, блоки 11 и

12 выборки и запоминания, аналогоцифровые преобразователи 13 и 14, арифметические устройства 15 и 16, регулируемые источники 17 и 18 постоянного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал частотой ff. c выхода широкодиапаэонного генератора 1 поступает на входы делителей 2 и 3 частоты, коэффициент деления которых равен 36 ° 10 (и = 0,1,2...). На выходах делителей 2 частоты формируются последовательности прямоугольГ нын.нмпулзсоз частоты — д — сдзн36. 10п нутые между собой но времени на целое число периодов сигнала генератора 1. Эти последовательности импульсов поступают на входы цифроаналогового преобразователя 5, на выходе которого формируется напряжение ц „ Ьмв х м з Ьп — д — з с н„за(ра 1j +I)) (З) где N — число дискретных приращений напряжения U равное удвоенному числу входных последовательностей импульса цифроаналогового преобразователя.

Фаза напряжения U соответствует

1 коду К делителя 2 частоты.Аналогично на выходе цифроаналогового преобразователя 6 формируется напряжение

0"=" с „x, ЗЬ <Оуъ МРМ11 где Д,К. = К вЂ” Кп — разность кодов делителей 2 и 3 частоты (К1, K — код соответственно делителей 2 и 3 частоты).

Фазовый сдвиг ф между напряжениями 0, 0 соответстнует разности кодов К и регулируется в пределах 0-360 с дискретностью

Ь Рр= 36 1 На выходах делите360 лей 2 и 3 частоты формируются напряжения прямоугольной формы со скважностью 2, фазовый сдвиг между которыми. устанавливается с высокой точностью также в пределах

0-360 и с такой же дискретностью

360 ото = 36 — 1о„. Значанна фазового

36 ° 10

1 сдвига Р„ между напряжениями 0,0> и между напряжениями прямоугольной

789891

5 Кс = Ko + Kggp = 20 (7)

Кр = Kp - К Вр = 201sin bO< (8)

Из выражений (7) и (8) следует, что коды К и Кр пропорциональны соответственно постоянной составляюJQ щей 0щ и дополнительному фазовому сдвигу выходного напряжения ЬФ,.

Код Кр упранляет напряжением регулируемого источника 18 постоянного напряжения, поступающим на вход смещения сумматора 10 таким образом, чтобы выполнялось условие Upq О.

Код К изменяет значение фазового сдвига, нносимого управляемым фильтром 8 нижних частот таким образом, чтобы выполнялось услоние и Р„ -ъ о, Аналогично производится коррекция напря1 жения 0(5>i<<, На выходах калибратора формируются сигналы (9)

25 где

3 (рО к Ъь -о где U ù, Up, h, Р„, P< — соответственно постоянные составляющие и дополнительные фазовые сдвиги выходных напряжений калибратора. З5

Устранение этих постоянных составляющих и дополнительных фазовых сдвигов выходных сигналов н каждом канале калибратора производится следующим образом.

Напряжение 0 > > „ поступает на вход блока 12 выборки и запоминания, в котором производится запоминание I . значений напряжения в моменты времени, определяемые фронтом и срезом выходных прямоугольных импульсов де- 45 лителя 3 частоты. В момент времени, совпадающий с фронтом прямоугольного импульса, запоминается значение напряжения

0р = 001 + 01 " Р (5)

В момент времени, совпадающий co среэом прямоугольного импульса, запоминается значение напряжения

U = U,+U,bin(L,+%)=U; Ц,bink, (Ь) 60 формы задается блоком 4 установки, который записывает н делитель 2 частоты значение кода К9 в момент нулевого состояния делителя 3. При этом К2 = К. Блок 4 автоматически произвоцит также контроль раэностного кода,К, а следовательно, и значения РК.

Из напряжений U, 0 управляемыми фильтрами 7 и 8 нижних частот выделяют основные гармоники, которые поступают через сумматоры 9 и

10 на выходы калибратора.

От подключения комплексных нагрузок к выходным клеммам калибратора, дрейфа параметров элементов в его узлах, изменения частоты выходных сигналов, а также из-за статических и динамических погрешностей формирования дискретных приращений выходных сигналов.появляются дополнительные фазовые сдвиги сигналов и постоянное напряжение смещения. При этом выходные напряжения калибраторов

С помощью аналого-цифрового преобразователя 14 напряжения Up 01 преобразуются в коды соответственно Кр, K ep, которые запоминаются арифметическим устройством 16.Арифметическое устройство 16 производит сложение и вычитание кодов Кр и Kigp в результате чего на его выходе фор мируется суммарный Кс и разностный

Ко кода, значения которых пропорциональны напряжениям, полученным из выражений (5,6) Для увеличения точности установки абсолютных значений фазовых сдвигов формирование напряжений Up .0,> может производиться в течение некоторого времени, меньшего или равного половине периода выходных сигналов.

Учитывая, что спектральные составляющие напряжения U U при дос< таточно больших значениях р расположены н области. высоких частот и имеют малый уровень, они могут быть исключены с помощью простых управляемых фильтров нижних частот в широком частотном диапазоне. Исключение постоянных составляющих и дополнительных фазовых сдвигов в области инфраниэких частот производится в течение одного периода выходных сигналов, что обеспечивает высокое быстродействие такого калибратора. В предлагаемом устройстве достигается высокая точность установки абсолютных значений фазового сдвига в диапазоне частот от тысячных долей герца до сотен килогерц при погрешности установки фазовых сдвигон, не превышающих 0,01-0,05>, а также высокая точность формирования синусоидальной формы выходных сигналов.

Формула изобретения

Калибратор фазовых сдвигов, содержащий широкодиапазонный генератор, блок установки и два канала формиро789891 /Юым,1

ЭНИИПИ Заказ 9033/44 Тираж 1019 Подписное

Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул, Проектная, 4 вания сдвинутых по фазе синусоидальных сигналов, каждый из которых содержит сумматор и последовательно соединенные делитель частоты и цифроаналоговый преобразователь,при этом входы делителей частоты соединены с выходом широкодиапазонного генератора, а второй выход делителя частоты первого канала соединен со входом управления блока установки, выходы и входы контроля которого соединены соответственно с установочными входами и выходами контроля делителя частоты второго канала, о т л ич а ю щ и Я с я тем, что, с целью повышения точности установки фазовых сдвигов в .широком диапазоне частот, в каждый иэ каналов введены регулируемый источник постоянного напряжения и последовательно соединенный блок выборки и запоМинания, аналогоцифровой преобразователь, арифметический блок и фильтр нижних частот, второй вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, а выход фильтра нижних частот

5 подключен к первому входу сумматора, выход которого соединен с первым входом блока выборки и запоминания, второй вход которого подключен к выходу делителя частоты, при этом

10 второй выход арифметического блока через регулируемый источник постоянного напряжения соединен со вторым входом сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 371527, кл. G 01 R 25/00, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

9 434332, кл. С 01 R 25/04, 1972.