Фазоизмерительное устройство Советский патент 1986 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в метрологии, спектроскопии малых концентраций газов, а также в системах контроля различных технологических процессов.

Цель изобретения - повьшение чувствительности устройства и расширение области его применения, заключающееся в возможности производить измерения более малых концентраций газов, более широкого набора газов, а также производить исследование частоты поверхности материалов и тонких пленок.

На фиг.1 представлено фазоизмери тельное устройствоi на фиг.2 и 3 изображены соответственно широтно- импульсный модулятор и управляемый фазовращатель фазоизмерительного устройства.

Фазоизмерительное устройство (фиг.1) содержит входной усилитель. 1, синхронный интегратор 2, апериодический усилитель 3, синхрон ный детектор 4, последовательно соед,иненные друг с другом генератор 5 опорной частоты, подключенный через фазовращатель 6 к входу первого формирователя 7 опорного напря жения, выход которого подключен к соответствуюа им входам синхронного интегратора 2 и синхронного детектора 4, а также содержит два фазовращателя 8 и 9 с фиксированными фазо .-jjвыми сдвигами на + -у- радиан и на

-и - -г радиан соответственно, входы

которых подключены к выходу первого формирователя 7, а выходы через формирователи 10 и 11 опорного напряжения подключены к соответствующим входам синхронных интеграторов 12 и 13, сигнальные входы которых объединены и подключены к выходу входного усилителя 1, а выходы подключены;у синхронного интегратора 1 2 к инвертирующему входу операционного усилителя 14, собранного по схеме вычитания сигналов, у синхронного интегратора 13 - к неинвертирующему входу операционного усилителя 14, выход которого подключен через последовательно соединенные интегратор 15 и широтно-импульсный модулятор 16 к управляющему входу управляемого фазовращателя 17, сигнальный вход которого соединен с

20

2231622

входом устройства, на который поступает исследуемый сигнал, а выход подключен к входу входного усилителя 1.

5 Широтно-импульсный модулятор 16 фазоизмерительного устройства (фиг.2) содержит генератор 18 пилообразного напряжения, выполненной по любой схеме, операционный усили10 тель 19, собранный по схеме вычитания сигналов, первый вход которого соединен с входом широтно-импульсно- го модулятора, а второй вход подключен к движку потенциометра 20,

15 выход усилителя 19 подключен к первому входу компаратора 21, второй . вход которого подключен к выходу генератора 18 пилообразного напряжения, а выход компаратора 21 соединен

с выходом широтно-импульсного модулятора 1 6.

На фиг.З представлена схема управляемого фазовращателя 17, в качестве которого использована схема известного ШИМ-ДАУ RC -фазовращателя. Он содержит операционный усилитель 22, совместно с RC образующий схему фазовращателя , и полевой транзистор 23, являющийся фазорегулирующим элементом.

Вход и выход усилителя 22 соединены с входом и выходом управляемого фазовращателя, а затвор полевого транзистора 23 соединен с управляющим входом управляемого фазовращателя 17.

Фазоизмерительное устройство работает следующим образом.

Генератор 5, фазовращатели 6, 8 и 9 совместно с формирователями опорного напряжения 7,10 и 11 формируют три сигнала опорного напряжения, из которых сигнал, формируемый формирователем 7, является основным, а сигналы, формируемые формирователями 10 и 11, - вспомогательными, причем эти сигналы по фазе сдвинуты относительно основного опорного

сигнала на i -т- радиан.

Пусть на вход управляемого фазовращателя 17 поступает смесь сигнала и шума, и пусть фазовращатель 6 в исходном состоянии вьщает фазу сигнала такой, что она совпадает с фазой опорного напряжения, формируемого формирователем 7.

Через входной усилитель 1 смесь шума и сигнала поступает на синхрон3

ные интеграторы 2, 12 и 13, на выходах которых вьщелятся сигналы: на выходе синхронного интегратора 2 - пропорциональный амплитуде входного сигнала, на выходах синхронных интеграторов 12 и 13 - пропорциональный амплитуде входного сигнала и обратно пропорциональный сдвигу фаз опорных сигналов синхронных интег- раторов 12 и 13 от фазы опорного сигнала синхронного интегратора 2.

Таким образом, на выходе синхронного интегратора 2 имеется максимальный выходной сигнал, а на выходах синхронных интеграторов 12 и 13 - сигналы по амплитуде меньше, но равные друг другу, в связи с чем на выходе усилителя 14 и интегратора 15 выходной сигнал равен нулю, соответственно широтно-им- пульсный модулятор 16 сигнала на своем выходе не изменяет и фаза сигнала на выходе управляемого фазовращателя 17 остается прежней.

Если в смеси шум-сигнал фаза сигнала не изменяется, а амплитуда начинает меняться, то начинают меняться выходные сигналы на выходах синхронных интеграторов 2, 12 и 13, но так как равенство сигналов синхронных интеграторов 12 и 13 не нарушается, на выходе усилителя 14 и интегратора 15 сигнал остается равным нулю, в результате чего фаза сигнала на выходе управляемого фазовращателя 17 не изменяется.

Если же в смеси шум-сигнал начинает изменяться фаза сигнала, то начинают изменяться сигналы на выходах синхронных интеграторов 12 и 13, причем, в зависимости от знак ухода фазы сигнала, сигнал на одном синхронном интеграторе начинает уменьшаться, а на другом - возрастать. Возникает неравенство амплиту сигналов на входах усилителя 14, на выходе которого появляется сигнал, пропорциональный уходу фазы сигнала Этот сигнал, проинтегрированный интегратором 15, воздействует на ши- ротно-импульсный модулятор 16 и приводит к образованию на выходе широтно-импульсного модулятора 16 сигнала, по которому управляемый фазовращатель 17 возвращает уходящую фазу входного сигнала к согла231624

сованному с фазой опорного напряже-. ния, формируемого формирователем 7, положению.

Формула изобретения

5 .

Фазоизмерительное устройство,

содержащее последовательно соединенные входной усилитель, первый синхронный интегратор, апериодичес10 кий усилитель и синхронный детектор, генератор опорной частаты, подключенный через фазовращатель к входу первого формирователя опорного напряжения, выход которого подключен

15 к соответствующим входам первого синхронного интегратора и синхронного детектора, отличающееся тем, что, с целью повьйпения чувствительности и расширения облас2Q ти применения, оно дополнительно содержит два фазовращателя с фиксированными фазовыми сдвигами, второй и третий формирователи опорного напряжения, два синхронных интеграто25 ра, усилитель, интегратор, широтно- импульсный модулятор, управляемый фазовращатель, причем фазовращатели с фиксированными фазовыми сдвигами подключены входами к выходу первого

,„ формирователя опорного напряжения, входы второго и третьего формирователей опорного напряжения соединены с выходами соответствующих фазовра-; щателей с фиксированными фазовыми сдвигами, управляющие входы второго и третьего синхронных интеграторов подключены к выходам третьего и второго формирователей опорного напряжения соответственно, сигнальные входы второго и третьего интеграторов объединены и подк.шочены к выходу входного усилителя,сигнальный выход второго синхронного интегратора подключен к инвертирующему входу усилителя, а сигнальный выход третьего синхронного интегратора подключен к неинвертирующему входу усилителя, выход которого подключен к входу интегратора, подключенного выходом к входу широтно-импульсно50 го модулятора, выход которого подключен к управляющему входу управляемого фазовращателя, сигнальный вход которого соединен с входом устройства, а выход подключен к вхо55 ду входного усилителя.

35

40

45

фиг.2

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, например, в метрологии. Цель изобретения - повышение чувствительности устройства и расширение области его использования. Устройство содержит входной усилитель 1, синхронные интеграторы 2, 12 и 13, апериодический усилитель 3, син- хронный детектор 4, генератор 5 опорной частоты, фазовращатель 6, формирователи 7,10 и 11 опорного напряжения, фазовращатели 8 и 9 с фиксированньими фазовыми сдвигами, операционный усилитель 14, интегратор 15, широтно-импульсньй модулятор 16 и управляемый фазовращатель 17. Операционный ус1шитель собран по схеме вычит ания сигналов. В описании представлены блок-схемы широт- но-импульсного модулятора и управляемого фазовращателя. 3 ил. § (О с 7f N3 o со

Фиг.З