Способ определения фазового времени задержки сигнала Советский патент 1991 года по МПК G04F10/06 

Изобретение относится к радиоиз- . мерительной технике и может быть использовано при определении с повышенной точностью фазового времени задержки электрических и электроакустических цепей, имеющих выраженную зависимость задержки от частоты.

Целью изобретения является повышение точности определения фазового времени задержки электрических и электроакустических цепей с выраженной зависимостью задержки от частоты.

На чертеже представлена схема установки для реализации способа, которая содержит генератор 1 испытатель

31661718

ных сигналов, термошкаф 2, в котором ргпмещены исследуемая цепь 3 с фазовым временем задержки Ј (CJ) и образцовая цепь 4 с фазовым временем задержки u (СО) , измеритель 5 температуры, цифровой фазометр 6 и переключатель 7 на два положения.

Сущность способа состоит в следу- ющем.

На вход исследуемой цепи 3 подают испытательный сигнал заданной частоты бЭ(

U,(t) Umicos(CO,t + Ц(). (1)

начальная фаза испытательного сигнала.

Гармонический испытательный сиг- нал, прошедший через исследуемую цепь 3 с фазовым временем задержки Ф, ((О,) на частоте испытательного сиг нала, г Uz(t) Um2cos|cO, t -Ј,((0,) +Ц)(2

сравнивают по фазе с входным сигналом (1). Возникшая разность фаз определяется величиной фазового времени задержки

ф 2tn , (со,),

(3)

где п - целое число фазовых циклов; Ср„- измеряемая дробная часть фазового цикла.

С учетом абсолютной аддитивной погрешности фазометра &ср0 (погрешности нуля) и его относительной мультипликативной погрешности (погрешности чувствительности) имеют

0 (1 + J)(2tfn )

- (1 +рооД (озг) +йср0.

(4)

С помощью образцовой цепи 4, включенной последовательно с исследуемой цепью 3, дополнительно задерживают

один из сравниваемых по фазе сигналов на величину фазового времени задержки ,) которую выбирают

.из условия

(5)

Л(Ц)« 2Ц .

Измеряют разность фаз гармонического испытательного сигнала и дополнительно задержанного образцовой цепью 4 сигнала с исследуемой цепи 3.

+Jf)(2frn ,) (0,С,.(СО,) + йЈ, (СО,) (1 +р +

.

(6)

Q

s

0 5

0

5

0

5

0

5

гдеЛС|( 60, ДЙ,Щ)« 2% - дополнительное приращение разности фаз.

Нагревают исследуемую 3 и образцовую 4 цепи, изменяя температуру окружающей среды или увеличивая электрическую мощность, рассеиваемую в исследуемой и образцовой цепях. Вследствие изменения скорости распространения электромагнитных или акустических колебаний в нагретых цепях изменяется их фазовое время задержки. После нагрева измеряют разность фаз сравниваемых сигналов

$ъ (1 +Шйп + ьд, ) + + СО,1 +сб (тг- т, )С, (со,) +

+ ДО, (С0,)(1 +р , (7)

где ДС|) 0,Х(Тг - Т)-С, (00.) 4-д ((Д )- дополнительное приращение разности фаз от нагрева цепей; с - температурный коэффициент задержки цепей; Т и TЈ - начальная и измененная температуры исследуемой 3 и образцовой 4 цепей.

Разность температур выбирают из условия, чтобы дополнительное приращение разности фаз Дфг от нагрева цепей не превышало 2f. Практически регистрируемые приращения разности фаз ЛС и UCjL выбирают из соотношения ДЦ, Л% (50...100)(f. (8)

где о(Д - среднеквадратическое отклонение (СКО) разности фаз, обусловленное флуктуациями частоты испытательного сигнала и шумами исследуемой 3 и образцовой 4 цепей.

Выбор разности температур из соотношения

ЛТ - Т - Т - (50... 100) (д) й &),(«,(,) +(-3

позволяет уменьшить влияние случайных погрешностей измерения до пренебрежимо малой величины. Так как фазовое время задержки Ј, (СО,) заранее неизвестно, то нагрев задают по приращению разности фаз ДЦ1, и пределах выражения (8), измеряя его цифровым фазометром 6, а СКО определяют по известным формулам на основании

5 16

обработки ряда измерений одной и той же разности фаз.

Исключают дополнительное фазовое время задержки одного из сравниваемых сигналов и измеряют оставшуюся разность фаз

9 (1 +J)(2tfn + ,+Ш2- -ACf) + ACf0 CD, (1 +Jp)l + Ot(TЈ-T()

Ј,(co,) +MJO.

(10)

гдеМ4з СО,1 + tf(T Ј- T,)ifl,(0,) - приращение разности фаз от исключения фазового времени задержки за счет нагрева.

Из результата измерения, описываемого выражением (10), вычитают результат измерения, описываемый выражением (4):

0V-P, (1 + У ) (Alp, + + ACf5) &),Ј(Ј- Т, )(1 + рЈ, (00,),(11)

а из результата измерения, описываемого выражением (7) - результат из- мерения, описываемого выражением (6):

Р3 (1 + у) СО, сь(т г - т,)х

«Tf (СО,) + &Ј, (СО.П (1 +).(12)

С учетом значений (11) и (12) определяют отношение величин

04 - Pt ДЦ ДЯУ-МУз (Р3-Рг) - Ј, дч,

fr.

ДЈ,(СО,)

Из отношения (13) определяют значение фазового времени задержки исследуемой цепи 3

04-Р|

(13)

Л (СО,) &Ј, (СО,)

(Я, -0, ) - (04-Ф, ) (14)

-А ГП -А«ч И,) д.дц,

Из выражения (14) следует, что фазовое время задержки на заданной частоте СО, определяется по величине дополнительным фазовым временем задержки йЈ, ((00 и результатом измере- , ,Рг,Р3,Р4 .

После определения фазового времени задержки на частоте 00t изменяют частоту испытательного сигнала до значения GJ2. По описанному способу определяют фазовое время задержки $г (С02) по регистрируемым изменениям разности фаз сравниваемых сигналов, возни1718

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

кающих при введении дополнительного фазового времени задержки (С02) и нагреве исследуемой и образцовой цепей. При этом значение дополнительного фазового времени задержки от частоты flU(CJp заранее определяется по показаниям фазометра, поскольку фазовый сдвиг, вносимый образцовой цепью, меньше 2. По значениям фазового времени задержки на ряде частот испытательного сигнала определяют зависимость фазового времени задержки исследуемой цепи 3 от частоты.

Предлагаемый способ определения фазового времени задержки сигнала реализован следующим образом.

Исследуемую цепь 3 с фазовым временем задержки Ј, (СО,) и образцовую цепь 4 с фазовым временем задержки U. (СО,) помещают в термошкаф 2. Цепи 3 и 4 включены последовательно с помощью переключателя 7 и подключены к генератору 1 испытательного сигнала. Фазометром 6 измеряется разность фаз между входным и выходным сигналами исследуемой цепи.

Вначале переключатель 7 устанавливают в положение, указанное на чертеже, и в термошкафу устанавливают начальную температуру Т, которую контролируют по измерителю 5. По шкале генератора 1 устанавливают требуемую частоту СО, и фиксируют фазометром 6 дробную часть разности фаз (Р . Проводят несколько измерений и по ряду измерений определяют СКО фазовых измерений. Затем переключатель 7 переводят в противоположное положение и измеряют разность фаз . Далее плавно увеличивают температуру в термошкафу 2 от начальной температуры Т1 до значения 1„. При этом нагрев термошкафа прекращают как только приращение рачности фаз достигнет значения, соответствующего соотношению (8). Измеряют разность фаз (р,. Переводят переключатель 7 в первоначальное положение и измеряют разность фаз ф. при исключении нагретой образцовой цепи 4. По формуле (14) определяют фазовое время задержки /St (Q,) исследуемой цепи 3„ Понижают температуру внутри термошкафа 2 до значения Т.

Изменяют частоту генератора 1 до значения w/ и вновь о иксируют дробную часть разности фаз. По измерен-

ным приращениям разности фаз определяют по описанной выше методике фазовое время задержки исследуемой цепи 3 Ј2 (С02) и т.д. По значениям, (Ц) ((COfc) ... v (u)n) строят дисперсионную характеристику фазовопо времени задержки исследуемой цепи 3.

В качестве исследуемой 3 и образцовой 4 цепей могут быть использованы ультразвуковые линии задержки на поверхностных акустических волнах с линейно нарастающим или линейно падающим изменением задержки от частоты испытательного сигнала.

Предложенный способ по сравнению с прототипом позволяет повысить точность определения фазового времени задержки электрических и электроакустических цепей. Это преимущество следует из того, что погрешности задания температур Т( и Т, характер нагрева, чувствительность цепей к нагреву, а также мультипликативная У1 и абсолютная аддитивная ДСр погрешности цифрового фазометра не влияют на результат измерения. Кроме того, выбор разности температур из соотношения (9) позволяет уменьшить влияни случайных погрешностей до пренебрежимо малой величины, что обеспечивает выявление малых отклонений фазового времени задержки от частоты относительно заданной функциональной зависимости с относительной погрешностью не более ±1%.

Формула и ч обретения

Способ определения фазового времени задержки сигнала, заключающийся в том, что, формируют испытательный сигнал частоты f. и воздействуют им на исследуемую цепь, измеряют разность фаз Ф сигналов частоты f( с выхода и входа исследуемой цепи, вводят с помощью образцовой цепи дополнительное фазовое время задержки Д$( (СО.) сигнала с выхода исследуемой цепи, при этом дЈ( (C0f) 1/f1 отличающийся тем, что, с целью

с повышения точности измерения фазового времени задержки цепей с выраженной зависимостью задержки от частоты, после введения дополнительного фазового времени задержки сигнала с выхода исследуемой цепи измеряют разность фаз Г2 сигналов частоты f. с выхода образцовой и входа исследуемой цепей, нагревают исследуемую « образцовую цепи до температуры, при которой при5 ращение разности фаз в 50-100 раз

превышает среднеквадратическое отклонение измеряемой разности фаз, измеряют разность фаз Р сигналов с выхода образцовой цепи и входа исследуемой цепи, исключают образцовую цепь и из0

0

меряют разность фаз Рл сигналов с выхода и входа исследуемой цепи, при этом фазовое время задержки определяют по формуле

5 «.№.)-.(в.)(,)

Изобретение может быть использовано для определения фазового времени задержки электрических и акустических цепей, имеющих выраженную зависимость задержки от частоты. Цель изобретения - повышение точности определения фазового времени задержки цепей с выраженной зависимостью от частоты. Способ заключается в формировании сигнала частоты F₁, воздействии им на исследуемую цепь, измерении разности фаз φ₁ сигналов с выхода и входа исследуемой цепи, введении с помощью образцовой цепи дополнительного фазового времени задержки ΔΤ₁(Ω₁) на выходе исследуемой цепи, измерении разности фаз φ₂ сигналов с выхода образцовой цепи и входа исследуемой цепи, нагреве исследуемой и образцовой цепей до температуры, при которой приращение разности фаз в 50 - 100 раз превышает среднеквадратическое отклонение измеряемой разности фаз, измерений разности фаз φ₃ сигналов с выхода образцовой цепи и входа исследуемой цепи, исключении образцовой цепи, измерении разности фаз φ₄ сигналов с выхода и входа исследуемой цепи. При этом фазовое время задержки определяют по формуле Τ₁(Ω₁) = ΔΤ₂(Ω₁)(φ₄ - φ₁)/[(φ₃ - φ₂) - (φ₄ - φ₁)]. Цель достигается за счет уменьшения случайной погрешности с помощью нагрева и уменьшения мультипликативной и аддитивной погрешности за счет соответствующей обработки результатов измерений. 1 ил.