Способ определения фазового набега четырехполюсников

(1)й 25/00 1)5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР МИТЕТОТКР ЫТИ БРЕТЕН ЕЛЬСТВУ ССРдмерения, -ОПИСАН И К АВТОРСКОМУ С(71) Винницкий политехнический институт (72) И.Ю,Скрипник, Ю.А.Скрипник, А,И.Гуцало и Р,Л.Григорьян(56) Авторское свидетельство СВ 885919, кл. 6 01 Я 25/00, 197Соловов В.Я. Фаэовые иэМ,; 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 сдвигбв, 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 смеси- тель 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 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 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 Я и испытательного сигналов в требуемом диапазоне. 1 ил.703 (1) =Овз ( соз(м 1 - Й)2) 1 + ф 1 - ф 2 3 + +соз(в 1+са)1+д 71+рг, (1) где Овз = 1/2 Я 10 иОп 2 - амплитуда образованного сигнала;31 - крутизна характеристики смесителя Из сигнала (1) выделяют сигнал разностной частоты 04 (1) = Оа 4 соз(Й)1 й 2) т ++ Р 1 - Р 2 - ЬР 1 ),(2) Изобретение относится к технике фазовых измерений и может быть использованодля измерения фазовых сдвигов, вносимыхмасштабными преобразователями, делителями напряжения, аттенюаторами, ослабителями, согласующими трансформаторамии т,п. (в широком частотном и динамическомдиапазонах).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 набегачетырехполюсников содержит высокочастотный генератор 1 фиксированной частоты, высокочастотный генератор 2 регулируемойчастоты, первый балансный смеситель 3,первый фильтр 4 нижних частот, первый 5 ивторой 6 переключатели, исследуемый четырехполюсник 7, второй балансный смеситель 8, второй фильтр 9 нижних частот ицифровой фазометр 10,Генератор 1 соединен с первыми входами переключателей 5 и 6 и смесителем 3,Генератор 2 соединен с опорным входомсмесителя 3 и опорным выходом фазометра10, выход смесителя 3 соединен с вторь 1 мивходами переключателей 5 и 6, выход переключателя 5 последовательно соединен счетырехполюсником 7, смесителем 8, фильтром 9 и измерительным входом фазометра10, выход переключателя 6 соединен с опорным входом смесителя 8.Способ определения фазового набегачетырехполюсников осуществляют следующим образом.Иэ высокочастотного сигнала фиксированной частоты 01(1) = Ов 1 соз (со 11+ р 1) ивысокочастотного сигнала регулируемойчастоты 02(1) = Оп 12 соз (са 1+р 2) путембалансного смешивания формируют сигнал рида где Ь р 1 - дополнительный фазовый сдвиг, вносимый смесителем 3 и фильтром 4.Частоту в 1 выбирают равной верхнемупределу рабочего диапазона частот иссле дуемого четырехполюсника, а частоту со 2регулируют так, чтобы разностная частота в 1 -а 2 изменялась от верхнего предела рабочего диапазона частот в 2 = 0 до ниж- нЕгО й 2 =В 1.Сигнал Оф) фиксированной частотыв 1 и сигнал 04(1) переменной частоты в 1 - со 2 используют в качестве испытательных сигналов, а сигнал О регулируемой частоты а 2 в качестве опорного.Вначале на исследуемый четырехполюсник подают испытательный сигнал 01(т) фиксированной частоты и ослабленный им сигнал смешивают с вспомогательным сигналом, в качестве которого используют сигнал переменной частоты 04(1). В результате смешивания этих сигналов образуется сигнал видао)=о 5(озбек+я-дт, +Ьр 1+ + Ьщ + Ь ф) + соз(2 са - са)1 + 2 у 1 - (3) - 2 - Ь Ро - Ь 01 + Ь Ф 4 + ЬЮб Р1где Ощб = - 32 К (1+у 1 ) Оп 10 щ 4 - амплитуда 30образованного сигнала;52 - крутизна характеристики смесителя;К, у 1 - коэффициент передачи четырехполюсника и его относительная амплитудночастотная погрешность на частоте в 1;Ьъ - фазовая погрешность четырехполюсника на частоте в 1;РЬщ и Ьр - соответственно фазоамп литудная и фазочастотная погрешностисмесителя, зависящие от коэффициента передачи К(1+ у 1) и значения переменной частот ы щ 1 а 2,/Ь р 4, Ьрб - аналогичные погрешности 45 на частоте 2 в 1 - в 2.В спектре сигнала (3) подавляют высокочастотную составляющую с удвоеннымзначением фиксированной частоты и получают низкочастотный сигнал5 Об(1)=,06 соз(0321 +02 - До + Ьф 1 + +ЬР 2+Дд 6+ДР ), (4)где дскб - фазовый сдвиг, вносимый фильтром на частоте в 2,Сравнивают по фазе сигнал Об(т) с опорным сигналом 02(1) и получают первую разность фаз1679408 15 20 Л ( ) ЛФ 2 - ЛФ 1 Затем частоту опорного сигнала в 2 устанавливают максимальной щ 2 макс и на четырехполюсник поочередно подают испытательный сигнал фиксированной частоты щ 1 и минимальной разностной частоты 45 щ 1 - в 2 мс, 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 четырехполюсника на нижней частоте рабочего диапазона Ов 5=0 щ 1, Ощб=Ощ 8,ЛФ 1 =Лр+Лр 1 +Лр 2+Лрз+ + Ла + Л р 7 + Л р 8, (5) где Лру и Лр 8 - фаэоамплитудная и фазочастотная погрешности фаэометра при амплитуде Опю.Затем на четырехполюсник подают испытательный сигнал 04(т) переменной частоты, а в качестве вспомогательного сигнала используют испытательный сигнал 01(1) фиксированной частоты, В результате смешивания образуется сигнал вида 07 (т) = Ов 7 1 соэ (в 21 + р 2 + Д р + Л ср 1 ++ Ла+ Лз) + совгщ 1 - в 2)т + 2 р 1 -- а - Лр - Л 1 + Лр 4+ Лр 5 Э, (6) где Ов 7= - Ягк(1+ у 2) Оа 10 п 4 - амплитуда12образованного сигнала;у 2 - относительная амплитудно-частотная погрешность четырехполюсника на частоте щ 1 - вг;Ло- фаэовая погрешность четырехполюсника на переменной частоте щ 1 - в 2,Л 2 и Лрз - соответственно фаэоамплитудная и фаэочастотная погрешности при коэффициенте передачи К(1+ ).Выделенный низкочастотный сигнал с учетом дополнительного фазового сдвига от фильтрации описывается выражением 08 (т) = Огп 8 сов (в 21 + 62 + Л ДР + Л Д)1 + + ДР + ДРд + ЛР 8) (7) В результате сравнения с опорным сигналом частоты а получают вторую разность фазЛ Ф 2 = Л р + Л р 1 + Л а + Л рз ++Лр 8+Лру+Лая, (8) И Игде Лру и Лрэ - фазоамплитудная и фазочастотная погрешности фазометра при амплитуде сигнала Овэ.Четырехполюсники в рабочем диапазоне частот имеют, как правило, амплитудно-частотные погрешности, не превышающие единицы процентов. Если относительные погрешности у 1 и р малы (у 1 1-и у 2 1), то и амплитуды смешанных сигналов практически равны. Поэтому можно считать, что а соответствующие погрешности, зависящие от амплитуды сигналов, равны 25 30 35 Л =Лщ Лрз =Лрз;Л =Лр, Л =Л, (9) Определяют разность первой (5) и второй (8) разностей фазЛ Ф 1 - Л Ф = - Луь(щ 1) - Л р (в 1 - иа), (10) фаэовые погрешности четырехполюсника определяют в следующей последовательности, Вначале частоту опорного сигнала устанавливают минимальной в 2,н и на исследуемый четырехполюсник с коэффициентом передачи К 1 поочередно подают испытательные сигналы фиксированной частоты в 1 и максимальной разностной час- тОтЫ В 1 - Щ 2 мин =В 1. ОПРЕДЕЛЯЮТ ПЕРВУЮ (5) и вторую (8) разности фаз, а затем по формуле (10) определяют удвоенное значение фазовой погрешности на частоте в 1 Л(фд 1 - М)нижн = Лф 2 - ЛФ 1 Лфо(щ 1) (12) Уменьшая частоту в 2 до в 2 мин, определяют соответствующие разности фаз (5), (8) и фаэовую погрешность четырехполюсника по формуле (12) на других частотах рабочего диапазона четырехполюсника,Затем устанавливают в четырехполюснике коэффициент передачи К 2 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 = сопэт, щ 1 - щг=чаг) и фаэоамплитудные погрешности (К = =чаг,.щ 1 - са = сопэс) для различных частот рабочего диапазона,Из соотношений (10), (11) и (12) видно, что получаемые значения фазовых погрешностей четырехполюсника не зависят от частотных и амплитудных погрешностейпреобразовательных блоков, включая нелинейныее 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 четырехполюсника51015 на нижней частоте рабочего диапазона. Уменьшая частоту генератора 2, определяют таким же образом фаэовые погрешности четырехполюсника на других частотах рабочего диапазона частот. Аналогично определяют 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 й фазоамплитудных погрешностей фильтров 4 и 9 нижних частот, балансных смесителей 3 и 8 и самого фазометра 10,20 25 30 35 40 45 50 55 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 й 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.