Способ измерения времени задержки
Патент 748336
Авторы
Способ измерения времени задержки
Иллюстрации
Реферат
(и, 748336
Союз Советских
Социалистических
Республик
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву М 169144 (22) Заявлено 07.0174 (21) 1987500/18-10 с присоединением заявки Ио (23) Приоритет (51)М. Кл.
G 04 F 10/06
H 03 К 5/13
Государственный комитет
СССР но делам изобретений и открытий
Опубликовано 1507.80Бюллетень Ио 26 (53) М 621. 317. . 39 531 761 (088.8) Дата опубликования описания 15.07.80, (72) Авторы изобретения
И.В. Дорожко и !0.А. Медведев (71) Заявитель
Специальное конструкторское бюро производственного. объединения Электрон (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ ЗАДЕРЖКИ
1, (1}
$4м=!
Изобретение относится к области радиотехнических измерений, в частности к измерениям времени задержки, и может быть использовано для измерения задержки радиоимпульсов в 5 узкополосных линиях с неравномерной амплитудно-частотной характеристикой, например ультразвуковых.
Изобретение является дополнительным к основному изобретению (11 . По 10 известному способу задержку определяют по периоду повторения радиоимпульсов с постоянной начальной фазой высокочастотных колебаний, при котором точно совпадают во времени эа- 15 держанный радиоимпульс и следующий эа ним радиоимпульс на входе линии задержки. При этом высокочастотные колебания радиоимпульсов модулируют по частоте сигналом, частота которо- 20 го р4м значительно меньше частоты повторения радиоимпульсов, чтобы максимально сохранить равенство частот одновременно суммируемых высокочастотных колебаний. Постоянство началь-25 ной фазы заполнения обеспечивают, как правило,за счет нулевой начальной фазы. При неточном совпадении суммируемых радноимпульсов возникает амплитудная модуляция суммарных 30
2 радиоимпульсов, которая имеет нес .. нусоидальный характер и частоту, равную частоте модуляции заполнения
Амплитуда суммы частотно-модулированных радиоимпульсов где U, V — амплитуды суммируемых радиоимпульсов,взятых соответственно с входа и выхода линии задержки;w- текущая угловая частота заполнения, а .в- сдвиг суммируемых радиоимпульсов во времени,т.е. ошибка измерения времени задержки.
Для повышения чувствительности
Sq к д1, желательно иметь U.= ч, 3а
3 счет ослабления незадержанных радиоимпульсов нетрудно установить "
=б 4 0,1.При иэменениН И в широких пРеДелах 44и менЯетсЯ сложным обРаэом, поэтому исчезновение амплитудной Мо дуляции в общем случае контролируют по нулям начальных гармоник огибающей S 4, кратных частоте F4 . По мере приближения к точному совпадению, при и И <ф, огибающая з4м становит748336 (2) а 2 Э еМеанФйеаая» та -»«чд «»е-.-"«4 »а:»я».... . . нч «»ан»а»» ч»». ся близкой к синусоидальной, поэтому на окончательном этапе настройки совпадения достаточно контролировать исчезновение только первой гармоники модуляции, размах которой равен разности амплитуды суммарных радиоимпульсов на нижней частоте заполнения и „ и верхней ш:
1 (1 3)) С учетом того, что ц-." и 0,1 при
urat. с формула (1) значительно упX
v рощается а выражение (2) преобразуется к виду где: „, с — коэффициенты неравенства амплитуд суммируемых радиоимпульсов на частотах
u3+u3 w1 и л †=о -средняя частота наполне2 о ния радиоимпульсов; - - ааш †девиац частоты запол2 нения.
Выражение (2) составлено из условия монотонного убывания со (и з)с с ростом ш .Однако разность между коэффициентами, соответствующими различным частотам ю, может изменяться произвольно в зависимости от характера неравномерности амплитудно-частотной характеристики, поэтому окончательно
Яда i4vs>n — in — (5) и о Дt з . а Ь tз
4M си 2 2 ч где b< — Коэффициент, равный разности б при различных из, совпадающий по величине с относительной неравномерностью амплитудно-частотной характеристики испытываемой линии задержки.
Из формулы (5) вытекает, что если
ЬФц О, то амплитудная модуляция суммарных радиоимпульсов исчезает при точном совпадении во времени суммируем х радиоимпульсов, причем, чувствительность амплйтудной модуляции к ошибке измерения задержки тем выше, чем больше девиация частоты заполнения. Поэтому точность измерения задержки частотно-модулированных радиоимпульсов снижается, когда испытуемая линия имеет узкую полосу пропускания и неравномерную амплитудночастотную характеристику (АЧХ). Узко. полосность ограничивает максимальную величину девиации до половины полосы пропускания, а неравномерность АЧХ приводит к появлению паразитной амплитудной модуляции задержанных и, как следствие, суммарных радиоимпуль5 сов (Vл с 4 О), которая по частоте совпадает с г,ли препятствует настройке совпадения по нулю контрольной модуляции. Ослабить влияние неравномерности АЧХ можно путем по о следующего перехода к манипуляции двух частот заполнения радиоимпульсов, имеющих одинаковое затухание в испытуемой линии |2) . Однако манипуляцня позволяет, в лучшем случае, при тщательном подборе указанных 5 частот, лишь достигнуть точности измерения, свойственной частотно-модулированным радиоимпульсам в отсутствие неравномерности АЧХ, но не устраняет потерю точности из-за узкопо20 лосности линии. К тому же применение манипуляции несколько усложняет процесс измерений, так как требуется настройка совпадения в два этапа: сначала модулированных, а затем ма 5 ниПулированных по частоте заполнения радиоимпульсов.
Целью изобретения является повышение точности измерения задержки частотно-модулированных радиоимпульсов в узкополосных линиях с неравномерной
АЧХ, например ультразвуковых.
Цель достигается тем, что по предлагаемому способу дополнительно к частотной модуляции производят фазовую модуляцию заполнения радиоимпульсов,. при этом фазу высокочастотного колебания четных радиоимпульсов сдвигают относительно фазы нечетных радиоим40 пульсов на угол, не кратный Х, и определяют время задержки по половине периода повторения постоянной начальной фазы заполнения (при котором исчезает амплитудная модуляция суммарных радиоимпульсов, вызванная введением фазовой модуляции). В результате указанного сдвига четных радиоимпульсов относительно нечетных период повторения постоянной начальной фазы заполнения входных радиоимпульсов, являющийся также периодом фазовой модуляции, удваивается по сравнению с известным способом и становится равным периоду повторения четных (нечетных) радиоимпульсов. -Благодаря запоминающему свойству линии задержки, введенный фазовый сдвиг ч переходит в равный и чередующийся по знаку (Ч, — ч ...) дополнительный фазовый сдвиг между высокочастотны40 ми колебаниями суммируемых радиоимпульсов, который алгебраически складывается с фазовым сдвигом, вызванным расхождением радиоимпульсов во времени. При этом возникает импульсg5 . ная амплитудная модуляция суммарных
748336
Угол Ф должен быть не кратен X, иначе a + 0 при любом wat, т.е. пропа-, дает эффект от внедения фаэовой модуляции. Оптимальное значение Y "- Х /2
Из (6) следует, что импульсная амплитудная модуляция исчезает, если о з равно нулю или кЗ . 3a счет частотной модуляции заполнения wet
Ъ
=кХ нарушается, поэтому только при ь з = 0 импульсная амплитудная мо15 дуляция исчезает дь = О. При этом время задержки линии совпадает с половиной периода фазовой модуляции, что удобно определять по половине периода четных (нечетных) радиоимпульсов.
Первую гармонику аь легко отделить фильтром от более низкочастотных сигналов, определяемых выражением (S), и по ее нулю настраивать совпадение суммируемых радиоимпульсов. Сверты- вая (6), получим
При Фиксированном ь1з 0 размах импульсной амплитудной модуляции, определяемый (7), не остается постоянным. Модуляция частоты о в пределах wa+ л<и нызынает изменения ь1п + 35
ы э и Ч под влиянием неравномерности АЧХ.
Однако медленные, по сравнению с частотой фазовой модуляции, колебания величины A+cp не препятстнуют контролю максимальных для данного atg Значе- ф) ний в, поэтому чувствительность ц, к а1з практически йе зависит от неравномерности АЧХ и девиации Лw.
Величину девиации выбирают иэ условия иэь1 <К - В слУчае к = 1 Ьоз >toast g5 о что при a.t «T - периода частоты заполнения, соответствует весьма малым значениям требуемой девиации Еиз «и „.
Сравнение второго члена (5) с (7) показывает, что при М -- О, d S » Э4М.
Таким образом, введение фазовой модуляции повышает точность измерения задержки не только за счет устранения влияния неравномерности АЧХ, но и вследствие более высокой чувствительности контрольного сигнала к ошибке измерений задержки.
Способ может быть реализован, например, с помощью устройства, блок- схема которого представлена на чертеже.
Сигнал низкой регулируемой частоты от генератора 1 поступает н блок 2 выделения нулевых переходон, Способ измерения времени задержки по авт. св. М 169144, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения времени задержки узкополосной линии с неравномерной амплитудно-частотной характеристикой, например ультразвуковой линии, дополнительно производят фазовую модуляцию радиоимпульсов, при этом фазу высокочастотного колебания четных радиоимпульсов сдвигают относительно фазы нечетных радиоимпульсон на угол, не кратный. и определяют время задержки по половине периода понторения постоянной начальной фазы заполнения.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
Р 169144, кл. G 04 F 10/06, 1963.
2. Авторское свидетельство СССР
Р 481995, кл. Н 03 К 5/13, 1973. радиоимпульсов, имеющая частоту фазоной модуляции, а размах iai з+ ч wat, 9i ьЬ = 2Чсоэ з H2gcos з ) (6) состоящий из усилителя-ограничителя и дифференцирующей цепочки. Положительные импульсы, задержанные в вспомогательном задерживающем устройстве 3, и неэадержанные отрицательные поступают поочередно на два управляющих входа генератора 4 импульсов, которым может быть ждущий мультивибратор с двойным запуском.
Прямоугольные импульсы с ныхода генератора 4 подаются на управляющий вход-старт-стопного генератора 5 радиоимпульсон. Частота заполнения радиоимпульсов модулируется сигналом генератора б через модулятор 7. Радиоимпульсы, задержанные н испытуемой линии 8 задержки и задержанные поступают на два входа сумматора 9.
Суммарные радиоимпульсы детектируются в-амплитудном детекторе 10. С выхода детектора колебания амплитуды суммарных радиоимпульсов поступают н вольтметр 11 через избирательный фильтр 12, настроенный на частоту генератора 1. Фазовая модуляция радиоимпульсов осуществляется за счет сдвига четных импульсов запуска генератора 4 относительно нечетных.
Частота фазовой модуляции равна частоте генератора 1. Частоту генератора 1 регулируют до исчезновения показаний .вольтметра 11 и определяют время задержки линии .8 задержки по половине периода частоты, измеренной частотомером 13.
Результаты экспериментальных исследований показали, что ноный способ позволяет повысить точность измерения времени задержки ультразнуковой линии задержки.
Формула изобретения
748336
Составитель B. Минаев
Редактор M. Батанова ТехредА.Щепанская Корректор С. Шекмар
Заказ 4236/34 Тираж 482 Подписное
ЦИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, .ул. Проектная, 4