Устройство для измерения времени задержки Советский патент 1987 года по МПК G04F10/06 H03K5/13 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения времени задержки в радиотехнических цепях, имеющих большую неравномерность амплитудно-частотной -характеристики.

Целью изобретения является повышение точности измерения времени задержки в цепях с большой неравномерностью амплитудно-частотной характеристики .

На чертеже представлена структурная схема устройства для измерения времени задержки.

Устройство для измерения времени задержки содержит высокочастотный кварцевьй генератор 1, первый блок 2 смещения частоты, контролируемую, цепь 3, второй блок 4 смещения частоты, высокочастотный избирательный усилитель 5, фазовый детектор 6, аттенюатор 7, фазовращатель 8, первый коммутатор 9, усилитель-ограничитель 10, низкочастотный избирательный усилитель 11, синхронный детектор 12, блок 13 преобразования напряжение- частота., цифровой частотомер 14, второй коммутатор 15, эквивалентную нагрузку 16, блок 17 формирования смещающего напряжения и коммутационный генератор 18.

Выход высокочастотного кварцевого генератора 1 через блок 2 смещения частоты, контролируемую цепь 3, второй блок 4 смещения частоты и высоко частотный избирательный усилитель 5- соединен с входом фазового детектора 6 о Одновременно высокочастотньш квар цевый генератор 1 через аттенюатор 7 и фазовращатель 8 соединены со входа ми коммутатора 9, выход которого через усилит,ель-ограничитель 10 соединен с вторым входом фазового детекто ра 6. К выходу фазового детектора 6 подключены последовательно соединенные низкочастотньш избирательный уси литель 11, синхронный детектор 12 и блок 13 преобразования напряжение- частота. Выход блока 13 соединен с цифровым частотомером 14 и входом второго коммутатора 15, один выход которого соединен с эквивалентной нагрузкой 16, а другой выход - с бло ком 17 формирования смещающего напря жения, выходами соединенным с управляющими входами блоков 2 и 4 смещения частоты. Управляющие входы коммутаторов 9 и 15 и синхронного детек

iO

15

20

25

30

35

40

45

50

55

тора 12 соединены с выходом коммутационного гене-ратора 18.

Устройство работает следующим образом.

Высокочастотные колебания генератора 1 стабильной частоты iJU; U,v, cos(uJ t+ ( ) проходят через блок 2 смещения частоты и воздействуют через входную клемму на цепь 3 с контролируемой задержкой L . Задержанные колебания через выходную клемму проходят блок 4 смещения частоты, ливаются высокочастотным избирательным усилителем 5, настроенным на частоту jJ генератора 1, и воздействуют на вход фазового детектора 6.

Одновременно высокочастотные колебания генератора 1 через аттенюатор 7 или фазовращатель 8 в зависимости от положения коммутатора 9 и усилитель-ограничитель 10 поступают на управляющий вход фазового детектюра 6.

При автоматической работе коммутатора 9, управляемого напряжением генератора 18, на управляющий вход фазового детектора 6 поочередно поступают пакеты высокочастотньпк колебаний генератора 1, проходящих через коммутатор 9. При этом колебания, прошедшие аттенюатор. 7, имеют начальную фазу , а колебания, прошедшие фазовращатель 8, дополнительно сдвигаются на вводимый угол Ч .

D

Аттенюатором 7 уравниваются амплитуды пакетов высокочастотных колебаний, поочередно воздействующих на управляющий вход фазового детектора в качестве опорных колебаний. Остаточная амплитудная модуляция в пакетном напряжении подавляется усилителем-ограничителем 10.

Так как периодическое введение дополнительного фазов ого сдвига -С вызывает фазовую модуляцию опорных колебаний фазового детектора 6 с частото переключения коммутатора 9, то на выходе фазового детектора вьщеляется модуллирующее напряжение с частотой коммутации, которое усиливается низкочастотным избирательным усилителем 11. Усилиненное напряжение выпрямляется синхронным детектором 12, управляемым коммутационным генератором 18.

Выпрямленное напряжение преобразуется в частоту электрических колебаний Я блоком 13 преобразования напряжение-частота, которая измеряется цифровым частотомером 14, и через второй коммутатор 15 поочередно поступает на эквивалентную нагрузку 16 или на блок 17 формирования смещающего напряжения в зависимости от положения коммутатора 15.

В качестве блоков 2 и. 4 смещения частоты могут быть использованы однополосные модуляторы, вращающиеся электромеханические фазовращатели, параметрические фазовращатели с периодически переключаемой фазой, регенеративные делители частоты в режиме периодического переключения устойчивых фазовых состояний и т.п. При использовании в качестве блоков 2 и 4 однополосных модуляторов, выполненных по фазокомпенсацйонной схеме,.блок 17 формирования смещающего напряжения представляет собой многофазный фазорасщепитель (на чертеже условно показан двухфазный) Тогда при подаче низкочастотного многофазового напряжения с прямой последовательностью чередования фаз на блок 2 на его выходе формируются смещенные по частоте колебания с суммарной частотой и) +Si . При подаче на блок 4 многофазного напряжени с обратной последовательностью фаз на его выходе формируются смещенные по частоте колебания с разностной частотой и) - а .

В положении коммутаторов 9 и 15, указанном на -чертеже, на входы бло- ков 2 и 4 смещающие колебания не поступают, и на вход избирательного усилителя 5 поступают задержанные колебания исходной частоты и)

(t-)+4,l, сдвинутые по фазе на угол-Ц + Ч, Эти колебания сравниваются по фазе с опорными колебаниями фазового детектора 6 с начальной фазой У, . Выходное напряжение фазового детекто- ра с линейной преобразовательной ха- рактеритикой пропорционально разности фаз сравниваемых колебаний

U3 Su}7- , где S - крутизна преобразования де-

тектора В/град. В противоположном положении коммутаторов 9 и 15 в блоке 2 частота высокочастотных колебаний иЗ увеличивается на частоту смещающих коле- баний it . Через цепь 3 с контролируемой задержкой L проходят смещенные колебания

(uO +52 )(, ,

которые сдвигаются по фазе на угол f,(u)+й ), В блоке 4 высокочастотные колебания иЗ +а уменьшаются на частоту смещающих колебаний Я что приводит к восстановлению первоначального значения частоты высокочастотных колебаний и) , но с фазовым углом M .j . Эти колебания усиливаются избирательным усилителем 5 и сравниваются по фазе в детекторе 6 с опорньми колебаниями, сдвинутыми по фазе фазовращателем 8 на угол Ч . При этом на выходе фазового детектора 6 создается напряжение

(u) -ь2)Т-ч„1.

Автоматическая работа коммутатора 9 и 15 вызывает появление в выходном напряжении фазового детектора 6 переменной составляющей напряжения с частотой коммутации

U.2(U3-Us)).

Выходное напряжение синхронного детектора 12 пропорционально усиленному переменному напряжению частоты коммутации

1

U,2K,S, (%-2-t)

где К - коэффициент усиления усилителя 11 .

Напряжение U , преобразуется блоком 13 в частоту электрических колебаний

Л ,32(Ч „- Я ), где Sj г крутизна преобразования

напряжения в частоту СГц/В:1. Напряжение частоты а используется в дальнейшем для смещения частоты высокочастотных колебаний.

В установившемся режиме частота смещающих колебаний принимает значение

о KI S S , ,

1+K,S,

где при выборе К единицей в знаменателе можно пренебречь. Тогда значение контролируемой задержки

I/ 1

7 - . g ° т л иг

где T 2Ti/5z - период смещающих коле. баний.

Таким образом, по периоду смещающих колебаний, который измеряется цифровым частотомером 14, работающим в режиме периодомера, регистрируют значение контролируемой задержки.

Таким образом, устройство ПОЗБО- ляет существенно повысить точность измерения задержки редиотехнических цепей с большим затуханием и неравномерностью амплитудно-частотной харак теристики. Это преимущество достигается как за счет высокой стабильности частоты кварцевого генератора и узкополосного усиления, что повьшзает стабильность работы фазового детектора, так и за счет работы фазовращателя на фиксированной частоте, что исключает погрешность от дисперсии образцовой меры.

Кроме того, измерение задержки по периоду смещающих колебаний позволяет снизить относительную погрешность измерения больших задержек (t 2jr/u) ) до (+.0,2)-(4-0,5)% при затухании задерживающей цепи до 80 дБ на фиксированнб1х частотах 1-50 МГц. При этом нестабильность преобразовательных характеристик фазового детектора (S ) а также вновь введенных блоков (К jS) и других не влияет - на результат измерения.

Фор мула изобретения

Устройство для измерения времени задержки5 содержащее высокочастотный генератор5 аттенюатор и фазовращатель, выходы которых соединены с входами первого коммутатора, фазовый 35 формирования смещающего напряжения, детектор, выход которого через низко- выходы которого соединены с управля- частотный избирательный усилитель ющими входами первого и второго бло- соединен с синхронным детектором, , ков смещения частоты.

второй коммутатор, коммутационный генератор, выход которого соединен с управляющими входами коммутаторов и синхронного детектора, входная и выходная клеммы контролируемой цепи и цифровой ,частотомер, отличающееся тем, что, с целью по- вьш1ения точности измерения, в него введены высокочастотный избирательный усилитель, усилитель-ограничитель, блок преобразования напряжение-частота, эквивалентная нагрузка, блок формирования смещающего напряжения и два блока смещения частоты, вход первого из которых соединен с выходом высокочастотного генератора и входами фазовращателя и аттенюатора, а выход - с входной клеммой контролируемой цепи, вход второго блока смещения частоты соединен с выходной клеммой контролируемой цепи, а выход - с входом высокочастотного избирательного усилителя, выход которого соединен с первым входом фазового детектора, второй вход которого через усилитель-ограничи- теяь соединен с выходом первого коммутатора, вход блока преобразования напряжение-частота соединен с выхо-, дом синхронного детектора, а выход- с цифро зым частотомером и входом второго коммутатора, один выход которого соеди 1ен с эквивалентной нагрузкой, а другой выход - с блоком

Редактор Н.Горват Заказ 7898/43

Составитель Н.Катанова

Техред М. Ходанич Корректор А.Ильин

Тираж 392Подписное

ВНИИ11И Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

формирования смещающего напряжения, выходы которого соединены с управля- ющими входами первого и второго бло- ков смещения частоты.

второй коммутатор, коммутационный генератор, выход которого соединен с управляющими входами коммутаторов и синхронного детектора, входная и выходная клеммы контролируемой цепи и цифровой ,частотомер, отличающееся тем, что, с целью по- вьш1ения точности измерения, в него введены высокочастотный избирательный усилитель, усилитель-ограничитель, блок преобразования напряжение-частота, эквивалентная нагрузка, блок формирования смещающего напряжения и два блока смещения частоты, вход первого из которых соединен с выходом высокочастотного генератора и входами фазовращателя и аттенюатора, а выход - с входной клеммой контролируемой цепи, вход второго блока смещения частоты соединен с выходной клеммой контролируемой цепи, а выход - с входом высокочастотного избирательного усилителя, выход которого соединен с первым входом фазового детектора, второй вход которого через усилитель-ограничи- теяь соединен с выходом первого коммутатора, вход блока преобразования напряжение-частота соединен с выхо-, дом синхронного детектора, а выход- с цифро зым частотомером и входом второго коммутатора, один выход которого соеди 1ен с эквивалентной нагрузкой, а другой выход - с блоком

Изобретение относится к радиоизмерительной технике. Цель изобретения - повьшение точности измерения задержки в цепях с большой неравномерностью амплитудно-частотной характеристики. Устройство содержит высокочастный кварцевый генератор 1, фазовый детектор 6, аттенюатор 7, фазовращатель 8, коммутаторы 9 и 15, низкочастотный избирательный усилитель 11, синхронный детектор 12, цифровой частотомер. 14 и коммутационный генератор 18. В устройство введены блоки 2 и 4 смещения частоты, блок 13 преобразования напряжение-частота, эквивалентная нагрузка 16, высокочастотный избирательный усилитель 5, усилитель-ограничитель 10 и блок 17 формирования смещающегося напряжения. Преимущество устройства достигается как за счет высокой стабильности частоты кварцевого генератора 1 и низкочастотного избирательного усилителя 11, что повышает стабильность работы фазового детектора 6, так и за счет работы фазовращателя 8 на фиксированной частоте, что исключает погрешность от дисперсии образцовой меры. 1 ил. с (Л IND 4; 05