Регулируемая мера фазовых сдвигов

О)ОЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУ БЛИН 9) (11) 34 25/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(54) РЕГУЛИРУЕМАЯ МЕРА ФАЗОВЫХ ГОВ(57) Изобретение относится к измерительной технике и предназначено дляформирования двух синусоидальных напряжений либо напряжений любой другой формы с заданным значением их амплитуды и прецизионно-регулируемымфазовым сдвигом между основными гармониками напряжений. Регулируемаямера может быть использована для проверки фазоизмерительной и фазозадающей аппаратуры, Цель изобретения -повышение точности воспроизведенияабсолютных значений задаваемых фазовых сдвигов - достигается путем формирования выходных сигналов методомкоррекции ступенчатых квазисинусоидальных напряжений с помощью линейной аппроксимации напряжений на каждом интервале их формирования. Регулируемая мера содержит блок 1 записикода, генератор 2 импульсов, счетчики 3 и 4, постоянные запоминающие блоки 5-8, регистрирующий блок 9, потенциометры 10 и 11, аналого-цифровыепреобразователи 12-15, аппроксимирующие интеграторы 16-9 и сумматоры 2021. Изменяя коэффициент деления потенциометра 10 или 11 во времени,можно модулировать по амплитуде выходное напряжение регулируемой мерыи таким образом автоматизироватьпроцесс измерения значений амплитудно-фазовых погрешностей фазометров,проверяемых при помощи предлагаемоймеры фазовых сдвигов . 2 ил.Иэобретение относится к фазоиэмерительной технике и предназначено для формироВания двух синусоидальных напряжений либо напряжений любой другой5 формы с заданным значением их амплитуды и прецизионно-регулируемым Фазовым сдвигом между основными гармониками напряжений и может быть использовано для проверки Фаэоизмери тельной и Фазоэадающей аппаратурыЦель изобретения - повышение точ. ности воспроизведения абсолютных значений задаваемых фазовых сдвигов путем формирования выходных сигналов 15 методом коррекции ступенчатых квазисинусоидальных напряжений с помощью линейной аппроксимации напряжений на каждом интервале их формирования,На фиг. представлена структурная 20 схема регулируемой меры фазовых сдвигов; на Фиг.2 - схема аппроксимирующих интеграторов.Мера Фазовых сдвигов содержит блок 1 записи кода, генератор 2 импуль сов, счетчики 3 и 4, постоянные запоминающие блоки (ПЗБ) 5-8, регистрирующий блок 9, потенциометры 1 О и 11, перемножающие цифроаналоговые преобразователи (ПЦАП) 12-15, аппроксими- ЗО рующие интеграторы 16-19, сумматоры 20 и 21, При этом выход генератора 2 импульсов соединен со счетными входами счетчиков 3 и 4, выход переполнения счетчика 4 соединен с входом блока 1 и с входом управления регистрирующего блока 9, информационные выходы блока 1 записи кода соединены с информационными входами счетчика 3, информационные выходы счетчиков 3 и 4 40 соединены соответственно попарно с информационными входами ПЦАЛ 12, 13 и 14, 15.Младший разряд счетчика 3 соединен с управляющими входами аппроксимирую щих интеграторов 16 и 7, выход ПЦАП 12 соединен с информационными входами аппроксимирующих интеграторов 16 и 17, Каждый их двух потенциометров 10 и 11 подключен к шине источника постоянного напряжения Цо . Выходы потенциометров 10 и 11 соединены соответственно с входами ПЦАП 12, 13 и 14, 15. Младший разряд счетчика 4 соединен с управляющими входами аппрок симирующих интеграторов 18 и 19, аналоговые входы которых соединены с выходом ПЦАП 15. Выходы аппроксимирующих интеграторов 18 и 19 соединеныс входами сумматора 21, первый вход которого соединен с выходом ПЦАП 14. Выходы аппроксимирующих интеграторов 16 и 17 соединены с входами сумматора 20, третий вход которого соединен с выходом ПЦАП 13, а выходы сумматоров 20 и 21 являются выходами меры Фазовых сдвигов,Аппроксимирующие интеграторы состоят из операционных усилителей 22 и 23, .масштабных резисторов 24-27 м), интегрирующих конденсаторов 28 и 29 (Си) и резисторов 30 и 31 разряда (К), а также нормально замкнутого ключа 32 и нормально разомкнутого ключа 33.Входы управления обоих ключей 32 и 33 соединены между собой и подключены к младшему иэ разрядов счетчика 3 (или 4), соединенных с адресными входами ПЗБ б (или 8). Клочи 32 и 33 поцсоединены параллельно интегрирующим конденсаторам 29 и 28 (Сц) через разрядные резисторы 30 и 31, КроМера фазовых сдвигов работаетследующим образом,Непрерывная последовательность импульсов генератора 2 поступает насчетные входы счетчиков 3 и 4. Частота повторения импульсов генератора2 1 г, превышает заданную частоту выходных напряжений Р регулируемой меры фазовых сдвигов в ш раэГ,. =шГ,где ш - коэффициент деления частотысчетчиков 3 и 4 или количество их устойчивых состояний.Значение коэффициента деления частоты ш выбирается исходя иэ заданного значения дискрета регулированияфазовых сдвигов й 6,360 ш,гьТм ме того, интегрирующие конденсаторы29 и 28 включены в цепь обратной связи операционных усилителей 22 и 23,т.е. между их выходами и инверснымвходом. К инверсным входам подклочены также масштабные резисторы 26 и27. Вторыми выводами они свяэаны,между собой и подсоединены к ПЦАП 12(или 15). Между прямыми выходами операционных усилителей 22 и 23 и общимкорпусом вклочены вспомогательныебалансовые резисторы с номиналом Км.Выходы. операционных усилителей 22 и23 соединены с входами сумматора 20з 13470а также количества интервалов аппрок.симации и, приходящегося на период1/Р выходных напряжений. Выбор и обусловлен допустимым коэффициентом не"5линейных искажений (КНИ), выходныхнапряжений. Если задано значение 7=о- 10; 1; 0,1 и менее, то при допустимом КНИ ( 0,5-1 Х ш)п, Соотношениемежду шип может быть выражено при 10помощи целочисленного коэффициентаЯ1 = - . Физический смысл этого коэфифициента- количество импульсов генератора 2, поступающих на счетчики 153 и 4, приходящееся на интервал аппроксимации выходного напряжения1/Р и. Однако при большйх дискретахрегулирования фазовых сдвигов ь 30требуемое значение ш может быть меньше значения,п, необходимого с точкизрения получения заданной точностиформирования мгновенных значений выходного напряжения, или его допустимого КНИ. В таком случае коэффициент 25деления частоты ш увеличивают до значения ) и, принимая во внимание возможность его реализации выбраннымтипом счетчиков 3 и 4, а также удобоваримость получающегося при этом 30дискрета регулирования фазовых сдвигов д . При этом =1, так как щ=п.Установка требуемого. фазовогосдвига регулируемой меры осуществляется цифровым кодом Я при помощи бло- З 5ка 1 записи кода задаваемого фазового сдвига в счетчик 3. До выполненияустановки код Я выражает исходнуюразность кодов счетчиков, котораяобразуется при включении меры фазовых сдвигов,Текущие значения кодов счетчиков1(-с ) и(с-- - с ) цо оь Рш очески изменяющиеся в пределах 0 - 45(щ), соответствуют в дискретнойформе значениям текущих фаз выходныхнапряженийф(С-с ) и Фо(- о)Р щгде й - временной сдвиг, определяемый начальным состоянием счетчика 3,Учитывая, что под воздействием генератора 2 импульсов коды счетчиков3 и 4 изменяются только в дискретныемоменты времени, кратные 1/Р щ, можно перейти от непрерывной переменнойаргумента й к его дискретной форме спеременной , выражаемой натуральнымрядом чисел. Таким образом, перемен 344ной С соответствует дискретный рядд/Р щ, а код счетчика 3 может бытьпредставлен в виде 11=-е, Р щ, при 1(щ;И=1-й Р щ-в, при щ ( 12 шКод счетчика 4И=-Я-, Р щ, прив;=с,Р щ и, при вд2 вФазовый сдвиг между выходными напряжениями определяется разностью абсолютных значений текущих фаэ Ф=з.-О=27 Р (- -о ) -2%Р (о )оР2 З Ош а следовательно, и разностью кодовсчетчиков ьМ = И - Ион= 1Если, например, щ выбрать равнымЗб 0, а угол % выразить в электрических градусах, значение О равно фазовому сдвигу, выраженному в градусах.Для установки требуемого значенияфазового сдвига и для контроля егопри помощи цифрового регистрирующегоблока 9 используются дискретные интервалы времени 1 зод, в течение которых код счетчика 4 обращается воп = ьап 0 -Р в- ш=О,При этом=0+1, Рщ+1 в,Эти интервалы совпадают с интервалами обнуления счетчика 4, которыеследуют после его заполнения, т.е.после достижения кода (в), ограниченного коэФфициентом деления частоты.Периодичность заполнения счетчика.1где= 0,1,2,3 На протяжении интервала обнуления счетчика 4код счетчика- 1 м о Р в -,в = =О+с. Р.в+3 в-с, Р в = Е.:Таким образом, сложную операцию вычитания кодов счетчиков 3 и 4 для индикации воспроизводимого фазового сдвига и операцию занесения требуемого значения разности кодов, соответствующего устанавливаемому фазовому сдвигу, можно значительно упростить сводя их к записи в регистр индикатора кода счетчика 3 в течение интервалапри М,= О, а также к занесению в такие же интервалы кода Я в счетчик 3.Циклически изменяющиеся во времени коды счетчиков 3 и 4 поразрядновлиянием паразитных и монтажных емкостей элементов ЦАП, и может быть дом канале коды дискретных значенийвыходных напряжений и коды их приращений, выражающие скорость нарастания(убывания) аппроксимирующей линейной ем КНИ.Дискретные значения, пропорциональные с коэффициентом Р приращениям выходных напряжений, формируются при имеет квазисинусоидальную Форму сосдвигом по Фазе относительно напряжений, Формируемых ПЦАП 13 (или 14),дискретных значений, на угол 11/2 + +"Я Ь/2, так как первая производная от выходного напряжения, выражающая скорость его изменения, имеет значениес 1 Пвых с 1(А зхп 2 Г С)сС с 1= А соз 2 Г( Гт. е. сдвинута по отношению к выходному напряжению на угол л /2,Дополнительный фазовый сдвиг на угол% Рш обусловлен особенностями формирования линейных аппроксимирующихнапряжениИ, которые не изменяют свойзнак в пределах каждого интервала аппроксимации. Значение скорости аппроксимирующего напряжения и соответствующее ей напряжение приращения на каждом участке принимается неизменным.Это напряжение преобразуется в линейно-аппроксимирующее при помощи двухтактных аппроксимирующих интеграторов1 б и 7 (или 18 и 19). Управляющие входы обоих ключей подключены к младшему разряду адресных кодов ПЗБ б (или 7). При уровне5 1347034, бпоступают на адресные входы сменных конечную длительность, обусловленнуюили коммутируемых запоминающих блоков5- 8.Так как количество интервалов ап- аппроксимирован экспонентной с посто5проксимации и всегда меньше в 1 раз(или в крайнем случае равно) количеянной времени ., причем 3 1. - ства устойчивых состояний ш счетчиков Количество выходных разрядов за 3 и 4, некоторое количество их млад- поминающих блоков определяется разших разрядов, равное 1 оя 1, может не 1 О рядностью ЧЦАП, преобразующих в кажучаствовать в формированйи адресовкодов интервалов аппроксимации. Приэтом текущее значение адресного кодааппроксимации выражается целой частьюФункции, в собственно дискретные знас отношения - , причем знак созначаЯ 9 чения выходных напряжений и приращеет операцию выделения целочисленного ния напряжений. Количество разрядовПЦАП 2 - 15 выбирается, исходя иззначения и О ( - п. Блоки 7 или 81заданной точности воспроизведениядискретных значений выходного напряжеО дискретных значений выходных напряжения преобразуют адресный код аппрок- ний, определяемой допустимым значенисимации, Формируемый старшими разря- дами счетчиков и выражающий текущуюфазу выходного напряжения Ф ( ь ), впомощи ПЦАП 12 (или 15). При форин ретных значений выходного напряжения, ровании синусоидальных сигналов пеБ 1 риодическая последовательность ступенчатых напряжений приращений такжепреобразуют тот же адресный код в 30код приращения дискретного значениявыходного напряжения по отношению кпоследующей ступени его аппроксимацииЫ 1а ( - +1)-а(-). В соответствии с1 й35назначением регулируемой меры фазовыхсдвигом запоминающие блоки программируются, а также коммутируются илисменяются так, что на их выходах имеется набор кодов мгновенных значений 4 Ои их приращений для всех заданныхразновидностей форм выходных напряжений, При формировании синусоидальных сигналов в эти запоминающие блоки заносятся наборы кодов выборок гарионических функций и их приращенийа Ц = 81 п Ф(-)а (- "1)-а(у) я 3 п О(1)-ваап е(-).Блоки 5 - 8 выбираются так, чтоколичество их адресных входов позволяет выразить число и в выбранном коде,Периодическая последовательность кодов всех запоминающих блоков поступает на цифровые входы ПЦАП 12 - 15.При этом фронт каждой ступени имеет7 1347 логического нуля в этом разряде, характерном для каждого четного интер-. вала аппроксимации, ключ 33 интегратора четных интервалов разомкнут, и на выходе усилителя 23 формируется линейно нарастающий участок.При том же уровне логического нуля на управляющем входе ключ 32 интегратора нечетных интервалов аппрок симации имеет нормально замкнутое состояние. Заряженный на предыдущем интервале конденсатор 28 разряжается по цепи через ключ 32 и разрядный резистор 30, При этом на выходе усилителя 22 формируется экспоненциально спадающее напряжение.В течение первого и каждого нечетного интервалов аппроксимации уровнем логической "1" по управляющим входам ключ 33 замыкается, а ключ 32 размыкается. В этом случае аппроксимирующий интегратор 17 (19) нечетных интервалов Формирует линейно нарастающее напряжение, а интегратор четных 25 интервалов - экспоненциально спадающее.При изменении полярности напряжения приращений, выдаваемого ПЦАП 12 (или 15), что эквивалентно перемене знака скорости аппроксимирующей Функции и имеет место на интервале от максимального до минимального значений Формируемого напряжения, аппроксимирующие интеграторы также изменяют35 полярность выходного напряжения и выдают линейно спадающее и экспоненциально нарастающее напряжения и т.д,Параметры элементов аппроксимирующих интеграторов Км и Са также . 40 значение коэффициента пропорциональности напряжения приращений Р подбираются так, что к моменту завершения каждого, напримеруго интервала аппроксимации, линейное напряжение на выходе интегратора равно дискретРегулировка амплитуды выходныхнапряжений меры Фазовых сдвигов осуществляется путем изменения значений 45 К. Учитывая, что вариация значенийК не оказывает влияние на процессФормирования кодов дискретных значений напряжений и их приращений, наточностные характеристики ПЦАП, атакже на активные и реактивные составляющие параметров их звеньев, относительный комплексный спектр ихвыходных напряжений также не зависитот значений К, а следовательно, предлагаемая мера фазовых сдвигов свободна от амплитудно-фазовых погрешностейИзменяя значения К во времени,можно мддулировать по амплитуде выному значению напряжения последующего( в /+1)-го интервала аппроксимации.1 ь/ Полученные напряжения дискретных значений выходных напряжений, линейно-аппроксимирующее и экспоненциально компенсирующее на каждом интервале аппроксимации суммируются при помощи сумматора 20 (или 21). При этом масштабные коэффициенты суммирования по входам, связанным с аппроксимиру 034 8ющими интеграторами, подбираются так,что амплитуда линейно-аппроксимирующего напряжения, приведенная к выходусумматора, точно соответствует ступени приращения на последующем интервале аппроксимации.Значение разрядных резисторов аппроксимирующих интеграторов подбираются так, что постоянная времени цепи разряда Сл(К +К),где К - сопротивление открытогоключа 32 (33)эквивалентна суммарной постояннойвремени заряда параэитных и монтажных емкостей ПЦАП 13 (14) дискретныхзначений и ПЦАП 12 (15) приращенийвыходных напряжений.На аналоговые входы обоих ЛЦА 1каждого канала поступает постоянноенапряжение через потенциометр 1 О(или 11) от источника опорного напряжения 1, ПЦАП 12 и 13 (или 14 и 15)преобразуют циклически изменяющиесяво времени цифровые коды, соответствующие дискретным значениям напряжеЕ 1ний А () и их приращениям ЬА( - ),в аналоговые напряжения, пропорциональные опорному напряжению Ц, и коэффициенту деления потенциометра 10или 11 К.Выходное напряжение сумматора 20и з о б р е т е н и я фо рмула Регулируемая мера фазовых сдвигов, содержащая первый и второй счетчики, счетные входы которых объединены и соединены с выходом генератора импульсов, блок записи кода, выходы которого подключены к входам "Предустановка" первого счетчика, информационные выходы которого соединены через первый постоянный запоминающий блок с информационными входами первого перемножающего аналого-цифрового преобразователя и непосредственно с информационным входом регистрирующего блока, управляющий вход которого соединен с входом блока записи кода и выходом второго счетчика, информационные выходы которого через второе постоянное запоминающее устройство подключены к информационным входам второго перемножающего цифроаналогового преобразователя, аналоговые входы первого и второго перемножающих цифроаналоговых преобразователей через соответствующие регулируемые потенциометры соединены с источником опорного напряжения, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения точности, в нее введены третий и 13ходные напряжения меры фазовых сдвигов и таким образом автоматизироватьпроцесс измерения значений амплитудно-Фазовых погрешностей фазометров,проверяемых при помощи предлагаемоймеры фазовых сдвигов,470 Э 4очетвертый постоянные запоминающиеблоки, третий и четвертый перемножающие цифроаналоговые преобразователи, 5четыре аппроксимирующих интегратораи два сумматора, причем аналоговыевходы третьего и четвертого перемножающих цифроаналоговых преобразователей соответственносоединены свыходом первого и второго потенциометров, младший разряд первого счетчика соединен с входами управленияпервого и второго аппроксимирующихинтеграторов, информационные входы 15 которых соединены с выходом третьегоперемножающего цифроаналогового преобразователя, выходы первого и второго аппроксимирующих интеграторов соединены соответственно с первым и вто рым входами первого сумматора, тре тий вход которого соединен с выходомпервого перемножающего цифроаналогового преобразователя, младший разрядвторого счетчика подключен к входам 25 управления третьего и четвертого аппроксимирующих интеграторов, информационные входы которых соединены свыходом четвертого перемножающегоцифроаналогового преобразователя, вы- ЗО ходы третьего и четвертого интеграторов подключены соответственно к первому и второму входам второго сумматора, третий вход которого соединенс выходом второго перемножающего цифроаналогового преобразователя, а выходы первого и второго сумматоров являются соответственно первым и вторымвыходами регулируемой меры.1347034 От пересчеанойЯУ СхЕмЬ ФОа /1 ПООЙ 7 72 ЮСоставитель В.Шубин Редактор И.Горная Техред И.Попович Корректор Л.По каз 5117/44 Тираж 729 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб дзводственно-полиграФическое предприятие,г.ужгород,ул.Проектная,4