Устройство для измерения среднего значения разности фаз Советский патент 1983 года по МПК G01R25/00 

(Б) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕ,НИЯ СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ .РАЗНОСТИ ФАЗ

Изобретение относится .к измерительной, технике связанной с измерением фазовых сдвигов электрических колебаний, и может быть использовано при разработке фазометров, пред назначенных для различных .радиотехни ческих систем.. Известно фазометрическое устройство, содержащее блоки формирования опорного и измеряемогосигналов и фа зовый .детектор, на выходе которого выделяют постоянное напряжение, по величине к1эторого-судят об измеряемо разности фаз С Т.. Недостаток известного устройства низкая точность измерений из-за малой разрешающей способности фазовых детекторов. . . Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является фаЗометрическое устройство, содержащее формирователи опорного и информацион ного сигналов в виде-двух преобразователей частоты с общим гетеродином. . . 2 ..-.. преобразователь фазового сдвига во временной интервал и цифровой измеритель временного интервала. Достоинством такого устройства является представление результата в цифровой форг 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 преобразователи частоты в опорном и информационном каналёх собщим 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

дом первого смесителя, причем выход преобразователя частоты в информационном канале соединен с вторым входом первого смесителя, а выход преобразователя частоты в опорном йанале coe динен с вторым входом четвертого смесителя, кроме того, дополнительно установлены линия задержки и последовательно соединенные фазовый детектор, блок перестройки и перестраиваемый по частоте генератор, при этом входы фазового детектора соединены cbofветственно с входом и выходом резонансного усилителя выход перестраиваемого генератора соединен с вторым входом третьего смесителя и через линию задержки с вторым входом второго смесителя. Введение четырех однополосных

сйтёлей, узкополосного резонансного усилителя, широкополосного усилителя,

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

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит два преобразователя 1 и 2 частоты соответствен-. но в информацио нном и опорном каналах и общий для этих преобразователей Ретеродин 3, а также последователыйо соединенные первый однополосный смеситель k, 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 первого смесителя k. Второй вход первого смесителя 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 перестройки, 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 заг. держки соединен с вторым входом второго смесителя 5, а выход генератора 12 - с вторым входом третьего смесителя 7Устройство 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 и)о , причем измеряемая разность фаз , содержащаяся в информационном входном сигнале, без изменения переносится на колебание, выделяемое на выходе преобразователя 1 частоты в информационном канале. Это колебание поступает на второй вход первого однополосного смесителя 4, на первый вход которого подается с широкополосного усилителя 9 колебание с частотойш, в результате гетеродинирования на выходе этого смесителя выделяется колебание с суммарнойШд+и), или разностной ии Q -ш частотой. Это колебание подается на вход второго однополосного смесителя 5, на второй вход которого поступает с выхода линии 13 задержки колебание с частотой ш 2. На выходе второго смесителя 5 выделяется колебание с суммарной Ш0+ -t 2 ( разностной 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 частотойШ2с генератора 12,в результате гетеродинирования на его выходе выделяется колебание с разностной су, ;марной ЦШдЧи |-ал2|+Ш2 |и))частотой.

Это колебание поступает на вход широкополосного усилителя 9. Последователе но соединенные первый смеситель k, второй смеситель 5, резонансный уси Ъитель 6, третий смеситель 7 и четвертый смеситель 8 образуют ,цепь обратной связи широкополос,ного усилителя 9. Причем первый . t и четвертый 8 смесители позволяют путем возвратного гетеродинирования ввести измеряемую разность фаз ДЦ в цепь обратной связи. Второй 5 и третий 7 смесители позволяют ввести путем возвратного гетеродинирования в цепь обратной связи фазовый набег ugh T-j, образующийся при прохождении колебания гене|5атора 12 через линию 13 задержки с временем задержки . При достаточно высоком коэффициенте усиления резонансного усилителя 6 и широкополосного усилителя 9 в замкнуто кольце, образованном последовательно соединенными первым смесителем k, вт рым смесителем 5, резонансным усилителем, третьим смесителем 7, четверг тым смесителем 8 и широкополосным усилителем 9, возникают автоколебания с MacTotOHtu на выходе широкополосного усилителя 9, зависящей от измеряемого фазового сдвига . В начальный момент времени автоколебания могут не существовать, в этом случае блок 11 перестройки работает в режиме поиска и перестраивает частоту генератора 12 от минимального значения в сторону увеличения. При некотором значении частоты генератора 12 возникают автоколебания на выходе широкополосного усилителя 9, а следовательно, и «а выходе резонансного усилителя 6. Причем частота автоколебания на выходе резонансного усилителя 6 несколько отличается от его резонанасной частоты, и колебание на выходе усилителя 6 сдви нуто по фазе относительно его входного колебанияна величину . 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 выходке усилителя 6 точно равнялась ее резонансной часто те. В стационарном установившемся режиме частота колебаний ш на йыхо де широкополосного усилителя 9 и частота Ш2 енератора 12 определяют ся условием фаз для замкнутой автоко лебательной системы,состоящей из уси лителя 9 с цепью обратной связи, об разованной последовательно включенными смесителями k и 5, резонансным усилителем 6 и смесителями 7 и 8. Условие фаз можно представить в виде (и1р-Ш2-Ю,;Г,з44 4си24 , (-1) где Шр - резонансная частота настройки резонансного усилителя 6; время запаздывания сигнал в широкополосном усилителе 9; Jf при инвертировании сигнаf I ла в одном из усилителей 6 или 9; 2Л при неинвертировании сигнала в усилителях 6 и 9. Из условия фаз следует, что частота колебаний генератора 12 при заданных значениях napaMeTpoB,C,j,UJo, U р, Т определяется величиной измеряемого фазового сдвига 4. Измеряя с помощью частотомера частоту колебаний генератора.12, можно определить Значение аЧ. При изменении величины лЧ будет изменяться вносимый фазовый сдвиг в цепи обратной связи широкополосного усилителя 9, и условие фаз выполняться на некоторой другой частоте. При этом изменится частота 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 генератора 12. По изменению частоты генератора 12, регистрируемому мастотомером, можно судить о величине изменения измеряемого фазового сдвига. . Погрешность измерения ДЧ с помсицью такого устройства определяется в основном нестабильностью частоты, генератора 12 и при условии, что (Ulp-u)o)t33 f равна 6(f-yA , (2) где ТГ - относительная нестабильность частоты генератора 12. Относительная нестабильность частоты генератора 12 зависит от нестабильности частоты автоколебаний в системе от нестабильности частоты автоколебаний в системе, образованной широкополосным усилителем 9, смесителями и 5, резонансным усилителем 6 и смесителями 7 и 8, в силу их синхр онизации. Применение yijKonoлосного усилителя 6 позволяет получить достаточно высокую стабильность частоты автоколебаний; а следовательно, повысить точность измерения. Из выражения (2 } следует, что при стабильности частоты колебаний гетеродина т 10 погрешность измерения фазового набега достигает . ,8°10А С уменьшением Л погрешность измерений уменьшается Следовательно, предлагаемый фазометр позволяет повысить точность из