RU170325U1 - Широкополосный прецизионный фазовращатель - Google Patents
Широкополосный прецизионный фазовращатель Download PDFInfo
- Publication number
- RU170325U1 RU170325U1 RU2016152805U RU2016152805U RU170325U1 RU 170325 U1 RU170325 U1 RU 170325U1 RU 2016152805 U RU2016152805 U RU 2016152805U RU 2016152805 U RU2016152805 U RU 2016152805U RU 170325 U1 RU170325 U1 RU 170325U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- dacs
- functional
- phase
- broadband
- approximation
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R25/00—Arrangements for measuring phase angle between a voltage and a current or between voltages or currents
- G01R25/04—Arrangements for measuring phase angle between a voltage and a current or between voltages or currents involving adjustment of a phase shifter to produce a predetermined phase difference, e.g. zero difference
Landscapes
- Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области телекоммуникационной техники, радиотехнике, электросвязи, информационно-измерительной техники, метрологии. Устройство может работать в любом диапазоне частот в зависимости от поставленной задачи.Широкополосный прецизионный фазовращатель содержит коммутатор сигнала, широкополосные квадратурные устройства с коэффициентами перекрытия по частоте не более 10, функциональные ЦАП со сплайновой аппроксимацией реализуют синусную и косинусную зависимости, сумматор, фильтр, при этом функциональные ЦАП выполнены с применением сплайновой аппроксимации n-го порядка, а широкополосные квадратурные устройства выполнены по схеме фазоразностной RC-цепи, имеющей чебышевский характер приближения к 90° фазовому сдвигу.Технический результат, достигаемый при реализации заявленной полезной модели, состоит в том, чтобы повысить разрешающую способность и точность воспроизведения и регулирования угла фазового сдвига (УФС) в широком диапазоне частот. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Заявляемое устройство относится к информационно-измерительной технике и системам с фазовым электрическим управлением сигнала, может быть использовано для поверки фазометров, фазоиндикаторов, фазокомпараторов. В частности, фазовращатели и калибраторы фазы применяются в составе прецизионных двухфазных генераторов, в полярно-координатных компенсаторах, компенсационных фазометрах, вектормерах, а также для градуировки, аттестации и поверки фазометрической аппаратуры, в системах управления с фазовой автоподстройкой, с фазовой синхронизацией, трансиверах, в системе фазового управления силовыми преобразователями и тиристорными усилителями, в станках ЧПУ с фазовым управлением, в фазовых пеленгаторах и др.
Известный калибратор фазы [Патент РФ №2024884, МПК G01R 25/04. Калибратор фазы / Кравченко С.А., Фоменков В.В., Шохор И.Х., Красавина С.О. Опубл. 15.12.1994] содержит опорный генератор, блок опорных частот, два фазозадающих канала, каждый из которых содержит блок фазозадания, синтезатор частоты, преобразователь частоты и избирательный фильтр, а также введены в калибратор узлы развязки, каждый из которых состоит из последовательно соединенных усилителя и аттенюатора, позволяет повысить точность воспроизведения угла фазового сдвига за счет уменьшения взаимовлияния между фазозадающими каналами.
Недостатками устройства являются невысокая точность на низкочастотном диапазоне, сложность сопряжения и регулирования отдельно частоты и отдельно фазы своими отдельными блоками, коррекция погрешностей осуществляется с помощью специальных развязок усилителя и аттенюатора.
Известен калибратор фазы звукового диапазона частот, в которых индикация производится на экране электронно-лучевой трубки в виде фигуры Лиссажу [А.с. 134727 СССР, МПК G01R 35. Калибратор фазы звукового диапазона частот / Колтик Е.Д.]. Основной недостаток подобных калибраторов фазы состоит в том, что они не обеспечивают высокой точности измерения при форме напряжения, отличного от синусоидального напряжения.
В книге [Сапельников В.М. Кравченко С.А., Чмых М.К. Проблемы воспроизведения смещаемых во времени электрических сигналов и их метрологическое обеспечение / Изд-е Башкирск. гос. ун-та. - Уфа, 2000. - 196 с.] приведены основные известные способы и конструкции калибраторов фазы и фазовращателей. Практически все описанные потенциометрические, мостовые фазовращатели и калибраторы фазы, фазовращатели на линиях задержки RC и LC, на операционных усилителях являются частотозависимыми и не обеспечивающими в широком диапазоне частот такие параметры, как высокая разрешающая способность по углу фазового сдвига (УФС) менее 0,1° с абсолютной погрешностью менее 0,1°. Как правило, такие схемы применяются для регулировки угла фазового сдвига (УФС) на одной заданной частоте и имеют погрешность 0,1° и более.
В книге [Сапельников В.М. Кравченко С.А., Чмых М.К. Проблемы воспроизведения смещаемых во времени электрических сигналов и их метрологическое обеспечение / Изд-е Башкирск. гос. ун-та. - Уфа, 2000. - 196 с.] отмечено, что для прецизионного воспроизведения смещаемых во времени электрических сигналов необходимо применять только дискретные калибраторы фазы и фазовращатели с вещественными коэффициентами деления. С этой целью должны применяться цифроаналоговые преобразователи. Известны способ и устройство нелинейных ЦАП [Сапельников В.М. Кравченко С.А., Чмых М.К. Проблемы воспроизведения смещаемых во времени электрических сигналов и их метрологическое обеспечение / Изд-е Башкирск. гос. ун-та. - Уфа, 2000. - 196 с. Патент №74022 МПК Н03М 1/66. Устройство нелинейного цифро-аналогового преобразования сигнала / Сапельников В.М., Канарейкин В.И. и др. - №74022: заявитель Сапельников В. М.; заявл. 2007, опубл. 2008, бюл. №16. - 4 с.: ил. Патент №2408136 МПК Н03М 1/66. Функциональный ЦАП / Сапельников В.М., Канарейкин В.И., Клименко С.С. - №2408136: заявитель ГОУВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»; заявл. 2009, опубл. 2010, бюл. №36. - 6 с.: ил.].
В нашей стране промышленностью выпускается калибратор фазы Ф1-4 с дискретностью регулирования УФС 10°, что является недостатком при применении его в качестве прецизионного фазовращателя в системах управления с высокой разрешающей способностью по УФС.
Устройство, принятое за прототип, содержит квадратурное устройство, функциональные ЦАП, обеспечивающие воспроизведение синусной и косинусной зависимости, сумматор, фильтр [Сапельников В.М. Кравченко С.А., Чмых М.К. Проблемы воспроизведения смещаемых во времени электрических сигналов и их метрологическое обеспечение / Изд-е Башкирск. гос. унта. - Уфа, 2000. - 33-35, 41 с. Преобразователи фазового сдвига на основе функциональных ЦАП [Текст]: автореферат дис. …канд. техн. наук: 05.13.05: защищена 2011 / Канарейкин В.И. - Уфа, 2011. - 4 с.].
Недостатком данной схемы является применение функциональных ЦАП с кусочно-линейной аппроксимацией, со ступенчатой, полиномиальной аппроксимацией, декадное регулирование угла фазового сдвига, отсутствие узла, распределяющего сигналы переменного тока по своим рабочим каналам, работающим на заданные частотные диапазоны, что приводит к увеличению методических погрешностей фазовращателя и уменьшению точности регулирования угла фазового сдвига со снижением разрешающей способности, а также ограничивает диапазон рабочих частот фазовращателя, что приводит к сокращению области применения устройства.
Задачей полезной модели является создание нового устройства - широкополосного прецизионного фазовращателя с достижением следующего технического результата: повышение разрешающей способности и точности воспроизведения и регулирования угла фазового сдвига (УФС) в широком диапазоне частот.
Поставленная задача решается тем, что в широкополосный прецизионный фазовращатель, содержащий широкополосное квадратурное устройство, функциональные цифроаналоговые преобразователи (ЦАП), реализующие синусную и косинусную зависимости, сумматор, фильтр, согласно полезной модели дополнительно на входной аналоговый электрический сигнал введен коммутатор частот для подачи согласованного электрического сигнала заданного диапазона на широкополосные квадратурные устройства, соединенные с функциональными ЦАП, работающими на согласованной с ними частоте сигнала, при этом функциональные ЦАП выполнены на гибридном методе с применением сплайновой аппроксимации n-го порядка, а широкополосные квадратурные устройства выполнены по схеме фазоразностной RC-цепи, имеющей чебышевский характер приближения к 90° фазовому сдвигу.
При этом в качестве функциональных ЦАП применяются прецизионные функциональные ЦАП со сплайновой аппроксимацией с разрядностью не менее 12. Широкополосные квадратурные устройства на RC-цепи обеспечивают коэффициент перекрытия по частоте сигнала не более 10, при этом погрешности квадратурных напряжений по амплитуде не более 0,1%, по углу фазового сдвига не более 0,1°. В качестве функциональных ЦАП могут быть применены прецизионные функциональные ЦАП со сплайновой аппроксимацией, основанные на гибридном методе реализации синусной и косинусной зависимости с количеством интервалов аппроксимации от 4-х и выше и порядком сплайна от 3-х и выше.
На фигуре показана структурная схема широкополосного прецизионного фазовращателя.
Широкополосный прецизионный фазовращатель содержит коммутатор 1, широкополосные квадратурные устройства 2 с заданным коэффициентом перекрытия частоты, функциональные ЦАП 3, реализующие синусную зависимость в заданном диапазоне частот, функциональные ЦАП 4, реализующие косинусную зависимость в заданном диапазоне частот, сумматор 5, фильтр 6 заданного диапазона частот.
Устройство работает следующим образом.
Принцип работы широкополосного прецизионного фазовращателя. На коммутатор 1 подается аналоговый сигнал, определенный частоты, коммутатор замыкает электрическую цепь, работающую на заданном диапазоне частот №1, 2, … или n, соединяется с квадратурным устройством 2, работающим в этом же диапазоне частот. Соответственно все узлы и блоки фазовращателя выполнены так, что работают на определенные полосы частот (диапазон частот №1, диапазон частот №2, … диапазон частот №n): низкочастотный диапазон, высокочастотный диапазон и сверхвысокочастотный диапазон. Широкополосное квадратурное устройство сдвигает входное напряжение на угол 90°, на его выходе формируются два квадратурных напряжения, которые подаются на входы соответствующих прецизионных функциональных ЦАП 3, 4, реализующих синусную и косинусную зависимости, с аналоговых выходов функциональных ЦАП сигнал проходит через сумматор 5, фильтр 6 формируя на выходе напряжение по формуле: 
. Изменение и регулировка угла фазового сдвига осуществляется функциональными синусно-косинусными преобразователями 3, 4 за счет подачи по цифровым каналам цифрового сигнала N1, N2 соответствующего углу фазового сдвига фазовращателя.
Таким образом, фазовращатель имеет модульную систему и работает в зависимости от исходной частоты аналогового электрического сигнала. Вход и выход у фазовращателя аналоговые, что позволяет встраивать его в любые информационно-измерительные системы в качестве вторичного преобразователя сигнала.
Рекомендации по выбору функциональных ЦАП для обеспечения высокой разрешающей способности требуемой в поставленной задаче. Определения разрешающей способности без учета интегральной и дифференциальной погрешностей функциональных ЦАП со сплайновой аппроксимацией.
Для 12-разрядного ЦАП разрешающая способность углу фазового сдвига составляет: 
.
Для 16-разрядного ЦАП разрешающая способность углу фазового сдвига составляет: 
.
Для 32-разрядного ЦАП разрешающая способность углу фазового сдвига составляет: 
.
Максимальная погрешность фазовращателя определяется шагом квантования ЦАП и не может превышать 1 ЕМР, что соответствует номинальному значению разрешающей способности фазовращателя.
Перед началом работы необходимо произвести калибровку фазовращателя. Калибровка фазовращателя осуществляется аппаратно и программно, что позволяет более точно настраивать фазовращатель на этапе подготовке к работе при проверке на тестовых сигналах.
Проведя анализ построения широкополосных квадратурных устройств и функциональных ЦАП для структурной схемы на фигуре для обеспечения разрешающей способности по углу фазового сдвига (УФС) менее 0,1° с абсолютной погрешностью менее 0,1° следует использовать широкополосные квадратурные устройства с коэффициентом перекрытия по частоте не более 10 выполненные по схеме фазоразностной RC-цепи, имеющей чебышевский характер приближения к 90° фазовому сдвигу, прецизионные функциональные ЦАП со сплайновой аппроксимацией с разрядностью не менее 12.
Claims (4)
1. Широкополосный прецизионный фазовращатель, содержащий широкополосное квадратурное устройство, функциональные ЦАП, реализующие синусную и косинусную зависимости, сумматор, фильтр, отличающийся тем, что дополнительно на входной аналоговый электрический сигнал введен коммутатор частот для подачи согласованного электрического сигнала заданного диапазона на широкополосные квадратурные устройства, соединенные с функциональными ЦАП, работающими на согласованной с ними частоте сигнала, при этом функциональные ЦАП выполнены на гибридном методе с применением сплайновой аппроксимации n-го порядка, а широкополосные квадратурные устройства выполнены по схеме фазоразностной RC-цепи, имеющей чебышевский характер приближения к 90° фазовому сдвигу.
2. Широкополосный прецизионный фазовращатель по п. 1, отличающийся тем, что в качестве функциональных ЦАП содержит прецизионные функциональные ЦАП со сплайновой аппроксимацией с разрядностью не менее 12.
3. Широкополосный прецизионный фазовращатель по п. 1, отличающийся тем, что широкополосные квадратурные устройства на RC-цепи обеспечивают коэффициент перекрытия по частоте сигнала не более 10, при этом погрешности квадратурных напряжений по амплитуде не более 0,1%, по углу фазового сдвига не более 0,1°.
4. Широкополосный прецизионный фазовращатель по п. 1, отличающийся тем, что в качестве функциональных ЦАП содержит прецизионные функциональные ЦАП со сплайновой аппроксимацией, основанные на гибридном методе реализации синусной и косинусной зависимости с количеством интервалов аппроксимации от 4-х и выше и порядком сплайна от 3-х и выше.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016152805U RU170325U1 (ru) | 2016-12-30 | 2016-12-30 | Широкополосный прецизионный фазовращатель |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016152805U RU170325U1 (ru) | 2016-12-30 | 2016-12-30 | Широкополосный прецизионный фазовращатель |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU170325U1 true RU170325U1 (ru) | 2017-04-21 |
Family
ID=58641085
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016152805U RU170325U1 (ru) | 2016-12-30 | 2016-12-30 | Широкополосный прецизионный фазовращатель |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU170325U1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2811893C1 (ru) * | 2023-05-24 | 2024-01-18 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г.Ромашина" | Широкополосный пеленгатор |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU243705A1 (ru) * | А. А. Кольцов , В. М. Сапельников | Потенциометрический фазовращатель | ||
| SU1578804A1 (ru) * | 1988-01-05 | 1990-07-15 | Львовский политехнический институт им.Ленинского комсомола | Фазовращатель |
| RU2534956C1 (ru) * | 2013-10-04 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" | ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ НА π/2 |
| US20160033625A1 (en) * | 2014-07-31 | 2016-02-04 | North Carolina State University | Phase calibration circuit and method for multi-channel radar receiver |
-
2016
- 2016-12-30 RU RU2016152805U patent/RU170325U1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU243705A1 (ru) * | А. А. Кольцов , В. М. Сапельников | Потенциометрический фазовращатель | ||
| SU1578804A1 (ru) * | 1988-01-05 | 1990-07-15 | Львовский политехнический институт им.Ленинского комсомола | Фазовращатель |
| RU2534956C1 (ru) * | 2013-10-04 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" | ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ НА π/2 |
| US20160033625A1 (en) * | 2014-07-31 | 2016-02-04 | North Carolina State University | Phase calibration circuit and method for multi-channel radar receiver |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2811893C1 (ru) * | 2023-05-24 | 2024-01-18 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г.Ромашина" | Широкополосный пеленгатор |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9778304B2 (en) | Circuit assembly, method for producing a test voltage, and testing device for determining a loss factor, which testing device contains said circuit assembly | |
| Williams et al. | Quantum-referenced voltage waveform synthesiser | |
| CN108776245B (zh) | 一种可自动化检定多种原理互感器校验仪的检定装置 | |
| Crotti et al. | Industrial comparator for smart grid sensor calibration | |
| CN110967658B (zh) | 一种基于数字微差法的模拟量输入合并单元校验仪溯源的方法 | |
| Crotti et al. | Low cost measurement equipment for the accurate calibration of voltage and current transducers | |
| CN207992282U (zh) | 一种高准确度的互感器校验仪检定装置标准源 | |
| Helbach et al. | High-precision automatic digital AC bridge | |
| JP5201034B2 (ja) | キャリブレーションシステムおよび電力測定装置 | |
| RU170325U1 (ru) | Широкополосный прецизионный фазовращатель | |
| Fiorucci et al. | A method for linearization of optically insulated voltage transducers | |
| CN103884910B (zh) | 一种适用于频率偏移的电力系统相量计算方法 | |
| Mohns et al. | An AC power standard for loss measurement systems for testing power transformers | |
| Slomovitz et al. | A self-calibrating instrument current transformer | |
| Gallo et al. | A voltage transducer for electrical grid disturbance monitoring over a wide frequency range | |
| Aristoy et al. | Measuring system for calibrating high voltage instrument transformers at distorted waveforms | |
| Alanazi et al. | Establishment of an instrument transformer calibration system at SASO NMCC | |
| Crotti et al. | Frequency calibration of voltage transformers by digital capacitance bridge | |
| Houtzager et al. | Reference setup for the calibration of power transformer loss measurement systems | |
| Mohns et al. | Standard for high-power loss measurement systems for testing power transformers | |
| JP4963090B2 (ja) | 利得位相校正装置 | |
| Oldham | Power calibration standard based on digitally synthesized sinewaves | |
| Gallo et al. | Evaluation of metrological performance of electromagnetic current measurement transformers in non-sinusofdal conditions | |
| Makov et al. | The formation of a three-phase voltage system using digital-to-analog converters | |
| Djokić | A Dual-Channel Calibration System for AC Currents and Small AC Voltages |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20171231 |