Электронный фазометр Советский патент 1983 года по МПК G01R25/04 

Изобретение относится к фазоизмерительной технике и может быть использовано при создании устройств и систем измерения разности фаз. . По основному авт. св. If , известен электронный фазометр, соде жащий первый и второй блоки согласования, последовательно со диненные первый и второй однополосные модуляторы, блок подавления амплиту дной модуляции, третий однополосный модулятор, резонансный усилитель и четвертый однополосный модулятор, выход которого соединен с вторым вх дом первого бднополосного модулятор а второй вход - с выходом пинии задержки, вход которой соединен с одним выходом перестраиваемого генера тора, второй выход которого соеди не со вторым входом третьего однополосного модулятора, а вход - с выходом фазового детектора, первый вход котррого соединен с выходом резонансного усилителя, а второй с выходом опорного генератора j 3. Недостатком данного устройства является низкая точность измерений, . обусловленная нестабильностью фазовых характеристик элементов преобразовательного тракта. I Целью изобретения является повышение точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в электронный фазометр, содержащий первый и второй блоки согласования, последовательно соеди ненные первый и второй oдJ oпoлocный модуляторы,, блок подавления амплиту ной модуляции, третий однополосный модулятор, резонансный усилитель и четвертый, однополосный модулятор, выход которого соединен со вторым ВХОДОМ первогооднополосного модулятора, а второй вход - с выходом линии задержки, вход которой соединен с одним из выходов перестраиваемого генератора, второй выход кото рого соединен со вторым входом третьего, однополосного модулятора, а вход - с выходом фазового детектора первый вход которого соединен с выходом резонансного усилителя, а второй - с выходом опорного генератора введены дополнительный фазовый детектор, первый и второй коммутаторы фильтр нижних частот, генератор низкой частоты и блок управления, причем резонансный усилитель выполнен перестраиваемым, а его управляю щий вход соединен с выходом фил.ьтра нижних частот, вход которого соединен с выходом фазового детектора и одним входом.дополнительного фазового детектора, второй вход которого соединен с одним из выходов генератора низкой частоты и управляющим второго коммутатора, а выход со входом блока управления, выход которого соединен со входом перестраиваемого генератора, а выход последнего соединен с одним из входов второго коммутатора, другой вход которого соединен с выходом линии задержки, а выходы соответственно со входами третьего и четвертого однополосных модуляторов, входы первого и второго однополосных модуляторов соединены с выходами первого коммутатора, вхо- ды которого соединены соответственно с- выходами блоков согласования, а управляющий вход - со вторым выходом генератора низкой частоты. На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства. Электронный фазометр содержит блоки 1 и-2 согласов,ания в каналах опорного и информационного сигналов. Выходы блоков 1 и 2 согласования через первый коммутатор 3 соединены с первыми входами однополосных мрдуляторов 4 и 5. Выход однополое-, ного модулятора 4 соединен со вторым входом однополосного модулятора 5, выход которого через блок 6 подавления амплитудной модуляции, однополосный модулятор .7, резонансный Усилитель 8 и однополосный модулятор 9 соединен со вторым входом однополосного модулятора 4. С выхода резонансного усилителя В сигнал подаётся на вход фазового детектора 10, второй вход которого соединен с выходом опорного генератора 11, и выход которого черев.фильтр 12 нижних частот соединен с управляющим входом однополосного модулятора 4. С выхода резонансного усилителя 8 сигнал подается на вход фазового детектора 10, второй вход которого соединен с выходом опорного генератора 11, и выход которого через фильтр 12 нижних частот соединен с управляющим входом резонансного усилителя 8 и непосредственно с входом фазового детектора 13. На второй вход фазового детектора 13, а также на управляющие входы коммутаторов 3 и It подается сигчал с генератора 15 низкой частоты. Выход фазового детектора 13 через блок 16 управления соединен с управлякнцим входом перестраиваемого генератора 17 выходной сигнал которого непосредственно и через линию 18 задержки подается на коммутатор 1 и далее на вторые входы однополосных модуляторов 7 и 9. Предлагаемое устройство работает следукхцим образом. Предположим, что соязь между бло ками 8 и 12 разорвана и резонансный усилитель 8 (в этом случае) настрое на частоту опорного генератора 11 tA). Предположим также что разорвана связь между блоками 17 и 16 и перестраиваемый генератор 17 гене рирует при этом колебания частоты пго которой фазовый сдвиг сигнала в линии 18 задержки равен з° S где К 1,2, .... Tj запаздывание в линии 18 задержки. Предположим, наконец, что измеряемый фазовый сдвиг Ч.,., 0 и скомпенvi JM сированы все аппаратурные фазовые сдвиги, т.е.. При положительной гюлуволне напряжения с выхода генератора 15 низкой частоты выходные сигналы блоков 1 и 2 согласования подаются соответственно на входы однополосных модуляторов k и 5, выходной сигнал перестраиваемого генератора 17 подается на вход однополосного модулятора 7 и сигнал с линии 18 задержки - на вход однополосного модулятора 9. Пусть однополосные модуляторы и 7 выделяют разностную частоту сигналов, действующих на их уходах, а однополосные модуляторы 5 и 5 суммарную. Тогда можно утверждать, что частоты сигналов на выходе однополосного модулятора 5 и втором входе однополосного модулятора k одинаковы, но выходной сигнал блока 5 имеет .фазовый сдвиг, равный измеряемому +%з(нулю, ,2,0). Выходной сигнал однополосного модулятора 9 сдвинут по фазе относительно входного сигнала однополос ного модулятора 7 на угол (равный 2КД, еслии;,... В предлагаемом устройстве при достаточно брльшом коэффициенте уси ления резона.нсного усилителя 8 в коп це, образованном блоками 4-9, возбуждаются автоколебания, поскольку . 9k указанное кольцо представляет собой замкнутую систему, которая при вы- i полнении условий баланса фаз и ампли туд становится автогенератором. При сделанных выше предположенияхW ..0 , Чд 0,U;y, 1йЛ частота установившихся колебании (на выходе резонансного усилителя) равна tUg, так как именно для этого значения частоты выполняется условие баланса фаз. При отрицательной полуволне напряжения с выхода генератора 15 выходные сигналы блоков 1 и 2 согласования подаются соответственно на входы однополосных модуляторов 5 и t, выходной сигнал перестраиваемого генераTcjpa 17 подается на вход-однополосного модулятора 9 а сигнал с линии 18 задержки - на вход однополосного модулятора 7. Таким образом, разность фаз сигналов на выходе блока 5 и входе блока i- K-SM, а на выходе блока/ 9 и входе- - +УЗ ПГ ЗПоскольку при сделанных предположениях-Ч., 0 и Ч, 2KJT, работа комизм 3 мутаторов не приводит к изменению частоты сигнала на выходе резонансного усилителя 8. В этом случае на выходе фильтра 12 нижних частот существует, какое-то неизмененное напряжение, определяемое равенством частот сигналов,.подаваемых на фазовый детектор 19. Заметим, -что положение не изменяется и при замыкании связи между блоками 8 и 12.-Частота сигнала на выходе резонансного усилителя 8 равна рИ на выходе фазового детектора 10 и фильтра 12 будет постоянное напряжение, поддерживающее данное значение частоты настройки резонансного усилителя. Замыкание связи между блоками 17 и 1б в этом случае также не вызывает изменений, поскольку на выходе фазового детектора 13 нулевое напряжение, соответствующее знамению частоты перестраиваемого генератора 17ui - riroПредположим теперь, что из-за Нестабильности фазовых характеристик аппаратуры в кольце автогенератора, образованного блоками k, 5, 6, 7, 8 и 9, фазовый сдвиг стал отличен от нуля. В этом случае условия баланса фаз выполняются уже на новой частоте и на выходе резонансного усилителя 8 частота автоколебаний будет уже ougi, где S2 - отклонение частоты сигнала относительно частрты настройки резонансного усилителя.

5

8, при которой фазовый сдвиг в усилителе 8 скомпенсирует отличный от нуля аппаратурный фазовый сдвиг Чд. Однако при уходе частоты на выходе резонансного усилителя 8 от значения и;,, на выходе фазового детектора 10 появляется все возрастающее (по модулю)положительное или отрицательное напряжение, соответствующее все увеличивающейся разности фаз сигналов с выхода резонансного усилителя 8 и опорного генератора 11. Под действием этого напряжения происходит перестройка резонансного усилителя 8 такимОбразом, чтобы частота сигнала на его выходе вновь стала равной LU. При этом изменение постоянной составляющей на выходе . фазового детектора 10 прекращается, а установившееся ее значение поддерживает нужную частоту настройки резонансного усилителя. Как видно, в рассмотренном случае напряжение на выходе фазового детектора 13 по-прежнему равно О и частота перестраиваемого генератора 17 остается равной , что соответствует нулевому измеряемому фазовому сдвигу.

Предположим теперь, что измеряемый фазовый сдвиг 4j, стал от ичен от нуля, а йастроика перестраиваемого генератора 17 не изменилась. В этом случае на выходе однополосного модулятора 5 появляется манипулированный по фазе сигнал (то ° - относигег ьно сигнала на втором входе однополосного модулятора ). Подобная манипуля- , ция фазы приводит к периодической частотной модуляции сигнала на выходе резонансного усилителя .8. На выходе фазового детектора 10 появляется переменная составляющая сигнала частоты ГНЧ 15, которая не сможет пройти через ФНЧ 12 на управляющий вход резонансного усилителя 8, а подается на вход фазового детектора 13 На выходе фазового детектора 13 появляется постоянная составляющаяj знак которой определяется знаком измеряемого фазового сдвига ,з бходах блоков 1 и 2, а вел{1чина ко290996

торой ,определяется величиной Под действием данной постоянной составляющей на выходе блока 16 управления (используется интегратор) 5 напряжение .начинает изменяться (скорость изменения определяется величиной постоянной составляющей, а .направление изменения - знаком постоянной составляющей),что вызывает изменение частоты перестраиваемого генератора 17 и нарушение равенства /э 2 К JF . Фазовый сдвиг в ли- НИИ 18 задержки уже равен У- ( ± )).±у, где V Тз.

15 Переходнь1Й процесс заканчивается,

когда У стает равным но, изменение частоты перестраиваемого генератора относительно среднего значения ujpppслужит мерой фазового

20 сдвига ЧцзмТаким образом, в устройстве производится автоматическая компенсация флуктуации аппаратурных фазовых сдвигов, устраняется влияние нестабильности частоты настройки резонансного усилителя и самопроизвольного изменения частоты опорного генератора, что ведет к увеличению точности измерений.

30 Кроме того, в устройстве появляется возможность значительно сузить полосу пропускания резонансного уси-j лителя 8 и обеспечить работу с сильно зашумленным информационным сигналом, В прототипе этот путь непреемлем, так как сужение полосы пропускания в едет к возрастанию крутизны фазовой характеристики усилителя в области рабочих частот и появлению значительных неучтенных фазовых сдвигов в кольце автогенератора даже при небольших уходах частоты настройки усилителя или опорного генератора от заданной.

В предлагаемом устройстве могут быть значительно снижены требования к качеству изготовления однополосных модуляторов (создание фазовых сдвигов сигналов точно на J/2, необходимых амплитудных соотношений и т.д.), поскольку погрешности в изготовлении

однополосных модуляторов приводят

к появлению аппаратурных фазовых сдвигов, компенсируемых в устройстве.

1

ЭЛЕКТРОННЫЙ ФАЗОМЕТР по авт. св. К , отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены дополнительный фазовый детектор, первый и второй коммутаторы, фильтр нижних частот, генератор низкой частоты и блок управления, причем резонансный усилитель выполнен перестраиваемь1м, а его управляющий вход соединен с выходом фильтра нижних частот, вход которого соединен с выходом фазового детектора и одним входом дополнитель- . ного фазового детектора, второй вход которого соединен с одним из выходов генератора низкой частоты и управляющим входом второго коммутатора , а выход - с входом блока управления, выход которого соединен с входом перестраиваемого генератора, а выход последнего соединен с одним из входов второго коммутатора, другой вход которого соединен с выходом линии задержки, а выходы соответственно с входами третьего и четвертого,однополосных модуляторов, входы первого и второго одi нополосных модуляторов соединены (Л с выходами первого коммутатора, входы которого соединены соответственно с выходами блоков согласования, а управляющий вход - с вторым, выходом генератора низкой частоты. ю QD СО СО