Устройство для измерения фазового набега четырех полюсников Советский патент 1984 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к измерите ной технике и может быть использовано для измерения фазовых углов пассивных четырехполюсников, в особенности, имеющих большое затухание в полосе пропускания - декад магази нов, затуханий, заграждающих фильтров, фазовых корректоров, согласующих трансформаторов, ослабителей, а также для контроля физических свойств материалов и вещес-тв фазоме рическими споробами. Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является устройство для измерения фазового -набег четырехполюсников, содержащее пер . вый и второй смесители,первый автомат ческий переключатель,низкочастотный управлякнций генератор, соединенный с управляющим входом первого автоматического переключате ля, фазовый детектор, амплитудный ограничитель, индикатор, первый и второй генераторы радиочастот фильтры верхних и нижних частот, первый и второй фазовращатели, первый и второй избирательные усилители, фазочувствительный выпрямитель, один из входов первого и второго смесителей соединен с выходом первого генератора радиочастот, выход второго генератора радиочастот соединен с одним из входов фазового детектора и вторым входом первого смесителя, выход которого подключен через последовательно соединенные фильтр нижних частот, первый и второй фазовращатели к одному из входов первого автоматического переключателя и через фильтр верхних частот к другому его входу, .а. выход через контролируемый четыре полюсник, зашунтированный ключом, подключен к второму входу второго смесителя, выход которого через пос ледовательно соединенные первый изб рательный усилитель и ограничитель соединен с вторым входом фазового дете тора, выход которого через второй изби рательный усилитель соединен с одним и входов фазочувствительного выпрямите второй вход которого подключен к выход низкочастотного управляющего генерат ра, а выход - к входу индикатора 1 Недостатком данного устройства является невозможность измерения абсолютных значений фазового угла контролируемого четьфехполюсника во всем диапазоне рабочей частоть, поскЬльку отсутствие данной информации об абсолютных значениях фазового угла не позволяет оценить в полной мере фазовые искажения реальных четырехполюсников в полосе частот. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем измерения абсолютных фазовых углов четырехполюсников с большим затуханием в широком частотном диапазоне. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения фазово- го набега четьфехполюсников, содержащее первый и второй смесители, первый автоматический переключатель, низкочастотный управляющий генератор, соединенный с управляющим входом первого автоматического переключателя, фазовый детектор, амплитудный ограничитель, индикатор, первый и второй генераторы радиочастот, фильтры верхних и нижних частот, первый и второй фазовращатели, первый и второй избирательные .усилители, фазочувствительный выпрямитель, один из входов первого и второго смесителей соединен с выходом первого генератора радиочастот, выход второго генератора радиочастот соединен с одним из входов фазового детектора и вторым входом первого смесителя, выход которого подключен через последовательно соединенные фильтр нижних частот, первый и второй фазовращатели к одному из входов первого автоматического переключателя и через фильтр верхних частот к другому его входу, а выход через контролируемый четырехполюсник, зашунтированный ключом, подключен к второму входу .второго смесителя, выход которого через последовательно соединенные первый избирательный усилитель и ограничитель подключен к второму входу фазового детектора, выход которого через второй избирательный усилитель соединен с одним из входов фазочувствительного выпрямителя, второй вход которого соединен с выходом низкочастотного управляющего генератора, а выход - с входом индикатора, дополнительно введены последовательно соединенные аттенюатор, мага ЗИН задержек, автоматический переключатель, избирательный усилитель, амплитудный ограничитель, фазовый детектор, усилитель частоты коммутации, фазочувствительный выпрямитель и HHflHKatop, причем второй вход дополнительного автоматического переключателя соединен с выходной клеммой контролируемого четырехполюсника, вход аттенюатора и управляющий вход . дополнительного фазового детектора объединены и соединены с одним из входов первого автоматического переключателя, управляющие входы дополнительных автоматического переключателя и фазочувствительного выпрямителя соединены с выходами низкочасtoTHoro управляющего генератора. , На чертеже приведена функциональная схема устройства для измерения фазового набега четырехполюсников. Устройство содержит первый и второй генераторы t и 2 радиочастот, первый смеситель 3, фильтр 4 нижних и фильтр 5 верхних частот, первый И второй фазовращатели 6 и 7, первый автрматический переключатель 8, низко частотный управляющий генератор 9, контролируемый четырехполюсник 10, ключ 11, второй смеситель 12, первый избирательный усилитель 13, первый амплитудный ограничитель 14, первый фазовый детектор 15, второй избира тельный усилитель 16, выпрямитель 17 первый индикатор 18, аттенюатор 19, магазин 20 задержек, второй автомат ческий переключатель 21, трет1Й изб рательный усилитель 22, второй ампл тудш ограничитель 23, второй фазо вый-детектор 24, усилитель 25 частоты коммутации, второй фазочувствительный вьшрямитель 26, второй индикатор 27. Причем один из входов первого -и второго смесителей 3 и 12 соединен с выходом первого .генератора 1 радиочастот, выход второго генератора 2 радиочастот соединен с одним из входов первого . фазового детектора 15 и вторым Bxoдом первого смесителя 3, выход кото ро го подключен чере з последов ательн соединенные фильтр 4 нижних частот, первый и второй фазовращатели 6 и 7 к одному из выходов первогоавтоматического переключателя 8, и через фильтр 5 верхних частот к другому его входу, а выход - через контролируемой четырехполюсник 10, зашунтированный ключом 11, под ключен к второму входу смесителя 12, выход которого через последовательно соединенные первый избирательный усилитель 13 и амплитудный 10 5 4 ограничитель 14 подключен квторому входу первого фазового детектора 15, выход которого через второй избирательный усилитель 16 соединен с одним из врсодов первого фазочувствительного выпрямителя 17, второй вход которого соединен с выхоДом низкочастотного управляющего генератора 9, а выход - с выходом первого индикатора 18, вход аттенюатора 19объединен с управляющим входом второго фазового детектора 24 и соединен с одним из входов первого автоматического переключателя 8, выход аттенюатора подключен к последовательно соедциненным магазину . 20задержек, второму автоматическому; переключателю 21, третьему избирательному усилителю 22, второму амплитудному ограничителю 23, второму фазовому детектору 24, усилителю 25 частоты коммутации, второму фазочувствительному выпрямителю 26,, второму индикатору 27, второй вход второго автоматического переключателя 21 соединен с выход- . ной клеммой контролируемого четырех полюсника 10, управляющие входы второго автоматического переключателя 21 и второго фаэочувствительного выпрямителя 26 соединены с выходами низкочастотного управляющего генератора 9. Предлагаемое устройство работает следующим образом. Сигналы радиочастот первого генератора 1 Ц, S и м, CosCUii 1|л) и второго генератора 2 Ui Опцсое (w «i 2} с амплитудами и iv)f и иу«)2 начальными фадами ( и { поступают на входы первого смесителя 3. В результате смешивания сигналов исходных частот образуется выходной сигнал U5U,k tco4C r i1b4 r42V ,)ttlfi4(f2lj, гдеи„ |К,ит, Отг - амплитуда смешанного сигнала;- коэффициент преобразования смесителя Из ВЫХОДНОГОсигнала U Фильтром 4 нижних частот выделяют напряжение разностной частоты l 4UmiC06(WrWiH+Ч - tf 1+Ч , a фильтром 5 верхних частот напряжен суммарной частоты / U5 l)(cO,+ + + 45l, где Ср.. tf с фазовые сдвиги, вносимые фильтрами нижних и верхних частот. Частоты генераторов 1 и 2 регулируют так, чтобы их разностная част та оставалась rtocToHHHoftco -cOj Wp con а суммарная CJ,4-002 изменялась во всей диапазоне рабочих частот контролируемого четырехполюсника 10. Сигнал разностной частоты U проходя через последовательно соединенные первый и второй фазовращатели 6 и 7, сдвигается по фазе 1 (,cOpi 4 ср, - If i4 ц.+1), где q Cff - фазовые сдвиги фазовращателей на разностной частоте. Сигналы Ug и Ug поступают на входы первого автоматического переключателя 8, управляемого напряжением низкочастотного генератора 9.Переключатель 8 формирует пакеты сигналов разностной и суммарной частот, поступающие поочередно на вход контролируемого четырехполюсника 10.На выход четырехполюсника tO про ходят ослабленные пакеты сигналов соответственно разностной и суммарно частот UT JfpUw coslwpt 4 (,-Ча+ 4 ,coe(cOct tf4+47 C jj-4c) где коэффициент передачи и фазовый угол контроляруемого четырехполюсни ка 10 на разностной ча тоте СОр , ctMc коэффициент передачи и разовый угол контролируемого четырехполюсни ка 10 на суммарной час тоте -сОсПакеты сигналов, ослабленные четы рехполюсником 10, балансно смешивают с сигналом генератора 1, получая на выходе второго смесителя 12. Uq ,U7-li,.(co,bef, x(G3pb tf,- cf (,f:,- Um2,(tos uit t j-qi4-ci)6-c VpVcos {2NV,.,-q)-q)b-Cf7-4 pT U,o «U4Ug U,coetsv,t+tp kcUM3Co5x (Wctti|;+i 4c g-q.(.).,,/4-KcU,U (5W2ttl|j4q 5-i gycos(.7w, . , где 1(2 - коэффициент преобразования второго смесителя 12 l/в . Таким образом, в выходных сигналах Uq и 0/( содержатся гармонические составлянщие одинаковой частотыСО Фильтруя поочередно сигналы первьш избирательным усилителем 13, настроенным на частоту Со 2 получают пакеты одночастотньк сигналов V V l M-V Vn w WzCOSl Wit + -Qb-tfi г «с KfjU J,, и «,1соэ(л/г1 + f., где 1( коэффициент .усиления первого избирательногоусилителя t|.,- фазовый сдвиг, вносимый первым избирательным усилителем 13. Усиленное напряжение ограничивают, по амплитуде первым амплитудным ограничителем 14 на уровне Ug , получая соотношения U,U COu Wtt+42-C|)4- 4fe-4r 4t- fl4- Vp)) Uц UoC06ivtfгt4C|2+lf9+Чlз Ч 4- e где tfi4 фазовый сдвиг, вносимый первым амплитудным ограничителем 14. Последовательность пакетов одной частоты на входе первого фазового детектора 15 представляет собой один непрерывный фазоманипулированньй сигнал l5Uwв ° l 5 - 1 гдеи,,,, Uo - амплитуда фазоманип лированного сигнала на выходе ограничителя 14, , + J5-Ч 6- fт p-Mc .. средняя фаза манипулированного сигнала индекс фазово модуляции (ма нипуляции), С-помощью фазового детектировани детектором 15 выделяют прямоугольно напряжение частоты коммутации SI амплитуда которого пропорциональна индексу фазовой манипуляции 1б 15 Ч1 5 1) где К15 - коэффициент преобразования фазового детектора 15 в/град . Низкочастотное напряжение усиливается усилителем 16 и выпрямляется фазочувствительным выпрями-телем 17. U|7 4 bVuli V4o. где К - коэффициент усиления усил теля коэффициент преобразовани .фазочувствительного выпря мителя 17 J k{,sK, общий коэффициент преобра зования. Для исключения фазовых сдвигов вносимых фильтрами 4 и 5 нижних и верхних частот, из результата изм рения производят операцию симметрир вания каналов при закороченном конт ролируемом четыр1ехполюснике 10 ключом () и минимальном зна- чении суммарной частоты СОс. Регулируемым фазовращателем 6 вводят дополнительную фазовую задержку ,в тракт прохождения сигнала разност ной частоты до установления нулевог показания индикатора 18 (предварите но фазовращатель 7 устанавливают в нулевое положение). Тогда из усло вия , 0, следует, чтоЛС,г-({.((-(|иО т.е. полученное значение вводимой задержки равно (, Затем размыкают ключ 11 и произр дят операцию установки нуля по индикатору 18 с помощью фазовращателя 7. С учетом значения Ц) г-(. индекс фазовой модуляции bCip, обращается в нуль на частоте Qg при условии, что фазовращателем 7 введен фазовый сдвиг Q Ц)р + ( . Для определения фазового угла контролируемого четырехполюсника 10 Cfg, соответствующего началу рабочего диапазона на частоте СОс проводят дополнительные измерения с использованием коммутационного преобразовательного канала, состоящего из элементов 19-27. Сигнал разностной частоты подают через аттенюатор 19, ослабление которого устанавливают равным затуханию контролиру емого четьфехполюсника 10 на магазин 20 задержек,. Тогда задержанный сигнал будет равен U|Q-,g ip m5COS -;twptl- ьVя - 7 4( где K;j5j - соответственно коэффициенты ослабления аттенюатора 19 и магазина 20 задержек} 6 - задержка магазина 20 ,разностной частоте Wp. Далее задержанный сигнал поступает на один из входов второго автоматического переключателя 21. Автоматические переключатели 8 и 21 работают синхронно и противофазно, так что на выход переключателя 21 проходят только пакеты разностной частоты СОр . При этом, например, первый пакет колебаний проходит через контролируемый четырехполюсник -10, а второй - через аттенюатор 19 и магазин ,20 задержек, а затем первый проходит через четырехполюсник 10 и т.д. Одночаст отные пакеты усиливаются избирательным усилителем 22, настроенным на разнрстную частоту Qp . Два смежных пакета выходных сигналов усилителя 22 имеют вид )CO«bNl)l -- Vtfr f г , U, JCpK,,Cf,-424Cf4 C;9j,tifT+ , гдеК52.Ч22 коэффициент усиления и фазовый сдвиг, вносимый избирательным уси-. лителем 22 соответствен но. Выходные сигналы амплитудного ограничителя 23, ограничивающего уровни указанных пакетов колебаний на уровне ограничения Ug соответственно равны U2j-UoCos wpit-t.)Cf,-q 2+Cf4+q)(,,,j4(j, Uj ,-4j4(|4+Cf е+9т -Ч Л где со,-. - фазовый сдвиг, вносимый амплитудным ограничителем 23.. Чередунициеся пакеты сигналов на выходе ограничителя 23 представляют собой фазоманипулированный сигнал разностной частоты l zr tni4Co4v pl4(f WM sit), гдеи,. УО амплитуда фазоманипули рованного сигнала; - средняя фаза манипулйрованного сигнала (pp-Wpb- индекс фазовой манипуляции, Фазоманипулированный сигнал поступает на один вход второго фазового детектора 24, опорным сигнало которого служит сигнал той же частот подаваемый с выхода фазовращателя 7. В процессе фазового детектирования вьщеляется прямоугольное напряжение частоты коммутации и с ампл тудой, пропорциональной индексу фазовой модуляции , где К24 - коэффициент преобразования фазового детектора 24 В/град, Выходной сигнал фазового .детектора 24 после прохождения через усилитель 25 частоты коммутации и выпрямления фазочувствительным выпря мителем 26 измеряется индикатором 27 2bV2S 2(,(t , где К25 коэффициент усиления усилителя 25; i(, - коэффициент преобразования фазочувствительного выпрямителя 26j общий коэффициент преоб разования элементов 23-2 Далее с помощью магазина 20 задержек путем выбора определенной задержки t добиваются нулевого показания индикатора 27. При этом 1) HAlf2- p Wpt. откуда слеCfp Wpt.: Фазовый угол контролируемого четырехполюсника 10 на частоте QJ., определяют следующим образом. Фазовра7 на частоте а было устащателемновлено значение . Угол определен вьпие из соотношения Цр « (О р t следовательно 1 7 Wpfc т.е. измеряемый угол определяется из отсчетов фазовращателя 7 и магазина 20 задержек. Переход к ближайшей точке рабочего диапазона частот от значения к С«)с2 определяет изменение фазового угла у0 равное значению фазового набега контролируемого четьфехполюсника to в часTOTrtом интервалеUcj-Cj c, В результате изменения индекса фазовой .модуляции itpj на выходе фазового детектора 15 появляется прямоуголь. ное напряжение 17 s( m , где е2 Фазовый угол на частотеСОс, Показания индикатора 18 будут пропорциональные фазовому набегу , контролируемого четырехполюсника 10 при заданном приращении частоты измерительного сигнала 5e tfi C2-4«). Вводя дополнительный фазовый двиг фазовращателем 7, вновь доиваются нулевого показания индика- ; ора 18, что соответствует равенству la-4 crfr4t 0 гдеЬ(- приращение фазового сдвига, вносимого фазовращателем 7. Фазовый угол на частоте СЛ( опрееляемый из полученного соотношения авен U4 C2-4ciVblfT. Далее процесс измерения фазового гла повторяется при изменении часоты сигнала до значения ир, со(,. т.д. до максимального значения уммарной частоты СО -« Q г СОс . П Таким образом, показания щателя и магазина задержек, щих на низкой фиксированной фазовра- cO(,COt«t,no3BonHroT измерять абсолютные работаю- фазовые углы четырехполюсников частоте с большим затуханием. 1083125t

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВОГО НАБЕГА ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКОВ по авт.св.,№885919, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем измерения абсолютных фазовых углов в широком частотном диапазоне в него дополнительно введены последовательно соединенные аттенюатор. магазин задержек, автоматический переключатель, избирательный усилитель, амплитудный ограничитель, фазовый детектор, усилитель частоты коммутации, фазочувствйтельный выпрямитель и индикатор, причем второй вход дополнительного автоматического переключателя соединен с выходной клеммой контролируемого четьфехполюсника, вход аттенюатора и управляющий вход дополнительного фазового детектора объединены и соединены с одним из входов первого автоматического переключателя, управляющие входы дополнительных автоматического переключателя и. фазочувствительного . выпрямителя соединены с выходами низкочастотного управляющего генератора.