Устройство для измерения сдвига фаз Советский патент 1983 года по МПК G01R25/00 

() УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА ФАЗ

1

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в различных фазовых радиотехнических системах и системах автоматического регулирования.

Известно устройство, предназначенное для измерения разности фаз и содержащее высокочастотный генератор и фазовый детектор, опорный вход которого связан непосредственно с выходом,д генератора, а информационный вход через исследуемый четырехполюсник с выходом генератора. О величине и знаке фазового сдвига судят в данном устройстве по величине и знаку напря- ,5 жения на выходе фазового детектора ГЛ.

Недостатком этого устройства является низкая точность измерений вследствие малой разрешающей способности фазового детектора.го

Известно устройство для измерения разности фаз, содержащее исследуемый четырехполюсник, высокостабильный генератор и фазовый детектор, опорный

вход которого соединен непосредствен но, а информационный - через исследуемый четырехполюсник с выходом высокочастотного стабилизированного генератора, двухполюсник, резистор, дополнительный фазовый детектор и кьарцевый резонатор, выполненный в виде кварцевой линзы, на которую нанесены два основных и дополнительный электроды, причем основные электроды соединены с входами высокостабильного генератора, дополнительньй электрод соединен с общей шиной через резистор, входом дополнительного фазового детектора и первым основным электродом через двухполюсник, управляющий вход которого соединен с опорным входом дополнительного фазового детектора 2.

Недостатками известного -устройства являются низкая чувствительность и точность при измерении малых фазовых сдвигов. Цель изобретения - повышение чувст вительности и точности измерений. Поставленная цель достигается тем что в устройство для измерения сдвига фаз, содержащее исследуемый четырехполюсник, высокостабильный генератор первый двухполюсник, первый резистор кварцевый резонатор, выполненный в ви де кварцевой линзы, на которую нанесе ны два основных и два дополнительных электрода, первый фазовый детектор, опорный вход которого соединен непосредственно, а информационнь1й - чере исследуемый четырехполюсник с выходо высокостабильного генератора, и второй фазовый детектор, причем первый и второй основные электроды кварцево го резонатора соединены с входами |высокостабильного Генератора, первый дополнительный электрод кварцевого резонатора соединен с общей шиной через первый резистор, входом второго детектора и первым основным электродом через первый двухполюсник, управляющий вход которого соединен с выходом первого фазового детектора, введены фазовраща,тель наи , второй резистор и второй двухполюсник, управляющий вход которого соединен с выходом первого фазового детектора, при этом второй дополнительный элактрод кварцевого резонатора соединен с общей шиной через второй резистор, с опорным входом второго фазового детектора через фазовращатель на и с вторым двухполюсником непосредствен,но, который также соединен с вторым основным электродом кварцевого резонатора. На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит высокостабильный кварцевый генератор 1, четырехэлектродный кварцевый резонатор 2 с двумя Основными 3 и и двумя дополнительными 5 и 6 электродами, выполненный в виде кварцевой линзы 7. на которую нанесены электроды. Кварцевый резонатор 2 с помощью основных электродов 3 и соединен с генератором 1 и выполняет роль стабилизирующего элемента. Устройство также включает два двухполюсника 8 и 9 с управляемым импедансом, два резистора 10 и 11 нагрузки, исследуемый четырехполюсник 12, фазовые детекторы 13 и 1 и фазовращатель 15 Hal. Двухполюсник 8 включен между основным 3 И дополнительным 5 электродами, а двухполюсник 9 - между основным k и дополнительным 6 электродами кварцевого резонатора 2, при этом их входы управления соединены с выходом фазового детектора 13. Резистор 10 подключен между дополнительным электродом 5 и общей шиной, а резистор 11 - между дополнительным электродом 6 и общей шиной. Выход генератора 1 соединен через четырехполюсник 12, фазовый сдвиг сигнала в котором необходимо определить, с информационным входом первого фазового детектора 13 и непосредственно с его опорным входом. Входы второго фазового детектора И подключены к дополнительным электродам резонатора 2, при этом дополнительный электрод 6 подключен через фазовращатель 15 а , а дополнительный электрод 5 - непосредственно. Устройство работает следующим образом. Генератор 1 с помощью основных электродов 3 и i кварцевого резонатора 2 генерирует высокостабильные колебания, поступающие на вход исследуемого четырехполюсника 12 и одновременно на опорный вход первого фазового детектора 13. Колебания, проходящие через исследуемый четырехполюсник 12, претерпевают сдвиг по фазе и затем поступают на информационный вход фазового детектора 13- На выходе последнего вьщеляется постоянное напряжение, величина которого пропорциональна фазовому сдвигу высокочастотного колебания в исследуемом четырехполюснике 12. Постоянное напряжение с выхода фазового детектора поступает одновременно на входы управления двухполюсников 8 и 9 с управляемым импедансом и изменяет его величину. Изменение величины импеданса двухполюсников 8 и 9 приводит к изменению фазы колебаний, снимаемых с дополнительных электродов 5 и 6 кварцевого резонатора 2 и выделяемых.на резисторах 10 и 11. Колебания на основных электродах 3 и 4 резонатора 2 противофазны. Изменения фаз колебаний на дополнительных электродах 5 и 6 противоположны по знаку, поэтому при сдвиге фазовращателем 15 колебания, снимаемого с дополнительного электрода 6, на величину li разность фаз колебаний на входах фазового детектора 4 равна удвоенному значению разности

фаз колебаний между основным 3 и дополнительным 5 электродами и пропорциональна величине напряжения на выходе первого фазового детектора 13Вследствие этого на выходе второго фазового детектора k выделяется напряжение, величина которого пропорциональна измеряемой разности фаз.

В динамическом режиме при изменении величины измеряемого фазового сдвига сигнала на выходе четырехполюсника 12 происходит изменение величины напряжения на выходе первого фазового детектора 13, что приводит к изменению величины импедансов управляемых двухполюсников 8 и 9- Это в свою очередь вызывает пропорциональное изменение фазы сигналов на дополнительных электродах 5 и 6 кварцевого резонатора 2, поэтому величина напряжения на выходе фазового детектора 1 также изменяется. По величине изменения напряжения на выходе второго фазового детектора k можно судить о величине изменения фазового сдвига сигнала в исследуемом четырехполюснике 12.

В предлагаемом устройстве при идентичности параметров двухполюсников 8 и 9 разность фаз колебаний на входах второго фазового детектора 14 в два раза больше, чем в известном, что свидетельствует о повышении чувствительности примерно в два раза. Кроме того, подключение входов вторрго фазового детектора 1 к дополнительным электродам 5 и 6 резонатора приводит R развязке выхода генератора и в результате - к снижению уровня шумов и, следовательно, величины среднеквадратического значения флуктуационного колебания на выходе второго фазового детектора 1. Поэтому точность измерений фазовых сдвигов с помощью предлагаемого устройства также повышается.

Формула изобретения

Устройство для измерения сдвига фаз, содержащее исследуемый четырехполюсник, высокостабильный генератор, первый двухполюсник, первый резистор, кварцевый резонатор, выполненный в виде кварцевой линзы, на которую нанесены два основных и два дополнительных электрода, первый фазовый детектор, опорный вход которого соединен непосредственно, а информационный через исследуемый четырехполюсник с выходом высокостабильного генератора, и второй фазовый детектор, причем первый и второй основные электроды кварцевого резонатора соединены с входами высокостабильного генератора, первый дополнительный электрод кварцевого резонатора соединен с общей шиной через первый резистор, входом второго фазового детектора и первым основным электродом через первый двухполюсник, управляющий вход которого соединен с выходом первого фазового детектора, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений, оно снабжено фазовращателем Hall , вторым резистором и вторым двухполюсником, управляющий вход которого соединен с выходом первого фазового детектора, при этом второй дополнительный электрод кварцевого резонатора соединен с общей шиной через второй резистор, с опорным входом второго фазового детектора через фазовращатель наи и с вторым двухполюсником непосредственно, который также соединен с вторым основным электродом кварцевого резонатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

кл. G 01 R 25/00, 29.10.79