Устройство для измерения среднего значения разности фаз

Устройство для измерения среднего значения разности фаз

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е <, iooosii

ИЗО6РЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социапистнческих

Респубики

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свнд-ву— (22) Заявлено 15. 10. 80 (21) 2993521/18-21 с присоединением заявки J4 (23) ПрноритетОпубликовано 28.02.83. Бюллетень №8

Дата опубликования описания 28,02.83 (5) )M. Кд.

G,01 R 25/00

Гееумрствекнык кеактет (53) УДК 621.317 ° .77(088.8) вв Лелем кзееретеннк н еткрытнй (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ

РАЗНОСТИ ФАЗ

Изобретение относится к измерительной технике связанной с измерением фазовых сдвигов электрических колебаний, и может быть использовано при разработке фазометров, предназначенных для различных радиотехни5 ческих систем.

Известно фазометрическое устройство, содержащее блоки формирования опорного и измеряемого сигналов и фа о зовый .детектор, на выходе которого выделяют постоянное напряжение, по величине которого судят об измеряемой разности фаз t 1.).

Недостаток известного устройства - 15 низкая точность измерений из-за малой разрешающей способности фазовых детекторов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является фа- zo зометрическое устройство, содержащее

Формирователи опорного и информационного сигналов в виде двух преобразо- вателей частоты с общим гетеродином, 2 . преобразователь фазового сдвига во временной интервал и цифровой измери" тель временного интервала. Достоинством такого устройства является представление результата в цифровой фор". ме (2).

Однако такие устройства имеют недостаточную точность измерений.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения среднего значения разности фаз, содержащее два преобразователя частоты в опорном и информационном каналах с общим гетеродином, подключенным к входам преобразователей частоты,- введены последовательно соединенные первый однополосный смеситель, второй однополосный смеситель, узкополосный ре-. зонансный усилитель, третий однополосный смеситель, четвертый однополосный смеситель и широкополосный усилитель, выход которого соединен с первым вхо

1000931 дом первого смесителя, причем выход преобразователя частоты в информационном канале соединен с вторым входом первого смесителя, а выход преобразователя частоты в опорном йанале сое-5 динен с вторым входом четвертого смесителя, кроме того, дополнительно установлены линия задержки и последовательно соединенные фазовый детектор, блок перестройки и перестраиваемый по 1О

v частоте генератор, при этом входы фазового детектора соединены сост ветственно с входом и выходом резонансного усилителя„ выход перестраиваемого генератора соединен с вторым входом тре- 15 тьего смесителя и через линию задержки с вторым входом второго смесителя.

Введение четырех однополосных сме" сителей, узкополосного резонансного усилитЕля, широкополосного усилителя, 20

"линии задержки фазового детектора, блока перестройки и перестраиваемого по частоте генератора, а также соответствующих связей между узлами позволяет повысить точность измерений. 25

На чертеже изображена блок-схема, предлагаемого устройства.

Устройство содержит два преобразователя 1 и 2 частоты соответствен-.

30 но в информационном и опорном каналах и общий для этих преобразователей гетеродин 3, а также последова- тельго соединенные первый однополосный смеситель 4, второй однополосный смеситель 5, узкополосный резонансный усилитель 6, третий однополосный смеситель 7, четвертый однополосный сме ситель 8, широкополосный усилитель

9, выход которого соединен с входом 4в первого смесителя 4. Второй вход первого смесителя 4 соединен с выходом преобразователя 1 частоты в информационном канале, а второй вход четвертого смесителя 8 - с выходом преобразователя 2 частоты в опорном канале. Кроме того, устройство содержит последовательно соединенные фазовый детектор 10, блок 11 перестрой. ки, перестраиваемый по частоте генератор 12 и линию 13 задержки. Входы фазового детектора 10 подключены соответственно к входу и выходу резонансного усилителя 6, выход линии 13 за".. держки соединен с вторым входом вто- 55 рого смесителя 5, а выход генератора

12 - с вторым входом третьего смесителя 7.

Устройство работает следующим об. разом.

Входные опорный и информационный сигналы с помощью преобразователей

1 и 2 частоты с общим гетеродином 3 преобразуются в колебания с промежуточной частотой Шо, причем измеряемая разность фаз дч, содержащаяся в информационном входном сигнале, беэ изменения переносится на колебание, выделяемое на выходе преобразова» теля 1 частоты в информационном канале. Зто колебание поступает на второй вход первого однополосного смесителя 4, на первый вход которого подается с широкополосного усилителя 9 колебание с частотой UJ>, в результате гетеродинирования на выходе этого смесителя выделяется колебание с сумм рнойы +и 1, или раэностО ной иа О -м1 частотой. Зто колебание подается на вход второго однополосного смесителя 9, на второй вход которого поступает с выхода линии 13 задержки колебание с частотой Ю 2 .

На выходе второго смесителя 5 выделяется колебание с суммарной Мо+

+W<+ 2, (или раэностной Шо- М ) частотой, которое затем усиливается в узкополосном резонансном усилителе 6 и поступает на вход третьего однополосного смесителя 7. На второй вход смесителя 7 поступает колебание с частотой шрс генератора 12,в результате гетеродинирования на его выходе выделяется колебание с раэностнои < 0+" + 2- 0 или су марной ()

j>p Щ !)частотой.

Зто колебание поступает на вход широкополосного усилителя 9. Последовател но соединенные первый смеситель 4, второй смеситель 5, резонансный уси литель 6, третий смеситель 7 и четвертый смеситель 8 образуют ,цепь обратной связи широкополос,ного усилителя 9. Причем первый

4 и четвертый 8 смесители позволяют путем возвратного гетеродинирования ввести измеряемую разность фаэ ЛЮ в цепь обратной связи. Второй 5 и третий 7 смесители позволяют ввести путем возвратного гетеродинирования в цепь обратной связи фазовый набегщ

Т, образующийся при прохождении колебания генератора 12 через линию 13 задержки с временем задержки ь 3 . При достаточно высоком коэффициенте усиления резонансного усилителя 6 и ши3 нала ус е я 9.

Иэ условия фаз следует, что частота колебаний генератора 12 при заданных значениях параметров („, Ээ,Ш®

UJ, СЭ определяется величиной измеряемого фазового сдвига дЧ. Измеряя с помощью частотомера частоту колебаний генератора 12, можно определить значение йЧ .

При изменении величины ВЧбудет

ИЗMBHRTься вносимый фазовый сдвиг в цепи обратной связи широкополосного усилителя 9, и условие фаз будет выполняться на некоторой другой частоте. При этом изменится часто2В та колебаний на выходе резонансного усилителя 6 и вследствие этого поя вится напряжение на выходе фазового детектора 10. Это приведет, в свою очередь, к перестройке частоты re" нератора 12. По изменению частоты генератора 12, регистрируемому частотомером, можно судить о величине изменения измеряемого фазового сдвига.

30 Погрешность измерения ЬЧ с помощью такого устройства определяется в основном нестабильиостbe частоты, генератора 12 и при условии, р >О) ЭЭ = равна о - Ч (2 ) где :у - относительная нестабильность частоты генератора 12.

Относительная нестабильность часто™ ты генератора 12 зависит от нестабильности частоты автоколебаний в системе от нестабильности частоты автоколебаний в системе, образованной широкополосным усилителем 9, смесителями 4 и 5, резонансным усили4 телем 6 и смесителями 7 и 8, в силу их синхронизации. Применение УЭкополосного усилителя 6 позволяет получить достаточно высокую стабильность частоты автоколебаний; а следователь" но, повысить точность измерения.

% -1000931 рокополосного усилителя 9 в замкнутом кольце, обоааованном последовательно соединенными первым смесителем 4, втс рым смесителем 5, резонансным усилителем, третьим смесителем 7, четвер-. тым смесителем 8 и широкополосным усилителем 9, возникают автоколебания с частоТой м.1 на выходе широко полосного усилителя 9, зависящей от измеряемого фазового сдвига ДЧ . 8 начальный момент времени автоколебания могут не существовать, в этом случае блок 11 перестройки работает в режимепоиска и перестраивает час" тоту генератора 12 от минимального значения в сторону увеличения. При . некотором значении частоты генератора 12 возникают автоколебания на выходе широкополосного усилителя 9, а следовательно, и на выходе резонансного усилителя 6. Причем частота автоколебания на выходе резонансного усилителя 6 несколько отличается от его резонанасной частоты, и колебание на выходе усилителя 6 сдвинуто по фазе относительно его входного колебания на величину Ч . На выходе фазового детектора 10 существует напряжение, отличное от нуля.

Под действием напряжения, снимаемого с выхода фазового детектора 10 и подаваемого на вход блока 11 перестройки последний переходит в режим сопровождения и в установившемся режиме подстраивает частоту генератора 12 таким образом, чтобы частота колебаний на выходе усилителя 6 точно равнялась ее резонансной частоте. 8 стационарном установившемся режиме частота колебаний ц „ на выхо" де широкополосного усилителя 9 и частота а генератора 12 определяются условием фаз для замкнутой автокоь лебательной системы, состоящей из усилителя 9 с цепью обратной связи, образованной последовательно включенными смесителями 4 и 5, резонансным усилителем 6 и смесителями 7 и 8.

Условие фаз можно представить в виде

jj при инвертировании сигнала в одном из усилителей

6 или 9;

2.Ц при неинвертировании сиг" в илит л х 6 и

Ю (>> -®®2-цЦТЭ ВЧ м2ь = f, (q) где ш — резонансная частота настP ройки резонансного усилителя 6; время запаздывания сигнала в широкополосном усилителе 9;

Иэ выражения (2 ) следует что при стабильности частоты колебаний гетеродина ф =10 погрешность измерения фазового набега 0Ч =2)1 достигает

6 1 8 10 . С уменьшением и Р пог"

0 1 решность измерений уменьшается .

Следовательно, предлагаемый фаэометр позволяет повысить точность из

1000931

ВНИИПИ Заказ 1373/47 Тираж 708 Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 мерений по сравнению с устройствомпрототипом.

Формула изобретения 5

Устройство для измерения среднего значения разности фаэ, содержащее два преобразователя частоты в опорном и информационном каналах с общим гетеродином, подключенным к входам преобразователей частоты, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены последовательно соединенные пер- вый однополосный смеситель, второй однополосный смеситель, узкополосный резонансный усилитель, третий однополосный смеситель, четвертый однополосный смеситель и широкополос- 20 ный усилитель, выход которого соединен с первым входом первого смесителя, причем выход преобразователя частоты в информационном канале соединен с вторым входом первого смесителя, а выход преобразователя частоты в опорном канале соединен с вторым входом четвертого. смесителя, кроме того, дополнительно установлена линия задержки и последовательно соединенные фазовый детектор, блок пе рестройки и перестраиваемый по частоте генератор, при этом входы фазового детектора соединены соответственно с входом и выходом резонансного усилителя, выход перестраиваемого генератора соединен с вторым входом третьего смесителя и через линию задержки с вторым входом второго смесителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Лвторское свидетельство СССР

jN 489372 кл. 6 01 и 25/00 1974 °

2. Соловов 8 Я. фоновые измерения, И., Энергия, 1973, с. 29-42.