Способ определения фазового времени задержки и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G01R25/00 G04F10/06 

без изменения амплитуды смещенных по частоте высокочастотных колебаний.

В случае распространения модулированного сигнала в электрической цепи а направлении, при котором непззимная задержка Л г суммируется с линейной задержкой т0. т.е. ri г0 +Лг направление модуляции выбирают отрицательным а) - Q и высокочастотный сигнал принимает вид

U3(t)-Um3Cos(w-Q)t-tyJi . (1) Высокочастотный модулированный сигнал (1) лроходит через электрическую цепь с фазовой задержкой л и ослабляется до значения

U4(t)- KlUm3COS{(a-Q)(t-ri)+$Pl (2)

где Ki - коэффициент передачи электрической цепи.

Перемножают непосредственно высокочастотные сигналы с выхода и входа электрической цепи при выбранном направлении распространения модулированного сигнала

U3(t)U4(t)KUJm32X .

х cos I {ы - Q ) t - (pi 30 xcos(cw-Q)(t -п ) +951 . (3) Выделяют из спектра перемноженных сигналов (3) первую постоянную составляю- щую напряжения

35

Ue

Ki К2

cos (co-Q)T ,

Ki K2 иЗо

cos()(ro+Ar),(4)

где К2 - коэффициент передачи фильтра.

Изменяют направление распространения модулированного сигнала через электрическую цепь на противоположное (та -т0 - А г), а направление модуляции высокочастотного сигнала на положительное ((a +Q) изменением направления чередования фаз модулирующих сигналов. В этом случае произведение сигналов с выхода и входа электрической цепи приобре- тает вид

U7(t)-. . KlUm3 COS ( СОЧ- Q ) t + 991 + ( x ./

xcost(a + Q)(t-.r2)+ i+iPsJ. (5)

Выделяют из спектра (5) вторую постоянную составляющую напряжения

U8

Ki K2 Ufi,3

cos (aHQ)rj

л

(а + а)(Го-Дг).(в)

Сравнивают первую Ue и вторую Ue составляющие постоянного напряжения

Ug-K3(U6-U8),

(7)

где Кз - коэффициент пропорциональности. Изменяют частоту модуляции Q до получения равенства сравниваемых напряжений (Ug 0)

cos(ft -Ш(г0 4-Аг

cps()(r0-Ar). ,(8) Из полученного равенства (8) следует, что невзаимная часть фазового времени задержки

20

,

(9)

где т0 - линейная часть задержки электрической цепи.

Линейная часть задержки Т0 измеряется одним из известных способов, например способом-прототипом как среднее арифметическое значение фазового времени задержки при двух направлениях распространения модулированного сигнала через электрическую цепь

То:

Т1 +Г2

(10)

Из полученного соотношения (9) следует, что невзаимная часть фазового времени задержки Аг измеряется не косвенно через разность суммарных задержек а непосредственно по отношению частот О/со в котором частота высокочастотных колебаний со фиксирована, а частота модуляции Q регулируется и прямо измеряется в процессе сравнения постоянных напряжений.

На чертеже приведена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ измерения невзаимной части фазового времени задержки.

Устройство состоит из высокочастотного генератора 1 фиксированной (кварцован- ной) частоты, который через однополосный модулятор 2 и автоматические переключатели 3 и 4 соединен с входом и выходом электрической цепи S с контролируемой задержкой. Выход автоматического переключателя 4 соединен с одним входом первого перемножителя 6, другой вход которого соединен с выходом однополосного модулятора 2. К выходу перемножителя 6 подключены последовательно соединенные

фильтр 7 нижних частот, усилитель 8 низкой частоты, второй перемножитель 9, второй оход которого соединен с мультивибратором 10, а выход подключен к входу интегратора 11. Выход интегратора 11 соединен с управляющим входом перестраиваемого по частоте двухфазного генератора 12 низкой частоты, к квадратурным выходам которого через автоматические переключатели 13 и 14 подключены управляющие входы одно- полосного модулятора 2. К одному из выходов генератора 12 низкой частоты подключен также цифровой частотомер 15. Устройство для измерения невзаимной части фазового времени задержки работает следующим образом.

Высокочастотный сигнал кварцевого генератора 1 в фазокомпенсационном модуляторе 2 подвергается одиополосной модуляции квадратурными сигналами низ- кой частоты перестраиваемого генератора 12. При первом положении автоматических переключений 13 и 14 о однополосном модуляторе 2 формируется высокочастотный сигнал с уменьшением значения частоты на значение частоты генератора 12, Последняя выбирается минимальной исходя из условий работы однополосного модулятора 2,

Модулированный оысокочастотный сигнал через первые положения эвтоматмче- ских переключателей 3 и 4 проходит через электрическую цепь 5 в направлоиии, при котором его суммарная задержка наибольшая. Задержанный модулированный сигнал с выхода автоматического переключателя 4 поступает на один вход первого перемиожи- теля 6, на другой вход которого поступает модулированный сигнал непосредственно с выхода однополосного модулятора 2, Из перемноженных высокочастотных сигналов фильтра 7 нижних частот выделяется первое значение постоянной составляющей напряжения.

При втором положении переключателей 13 и 14 на выходе однополосного модулято- ра 2 формируется высокочастотный сигнал с увеличенным значением частоты на значение частоты генератора 12. Соответственно второе положение автоматических переключателей 3 и 4, которые работают синх- ронно с переключателями 13 и 1,4, обеспечивает прохождение модулированного сигнала через электрическую цепь 5 в противоположном направлении, когда суммарная задержка цепи становится мини- мальной. На выходе фильтра 7 нижних частот выделяется второе значение постоянной составляющей напряжения,

При непрерывной работе автоматических переключателей 3,4 и 13,14, которые

управляются прямоугольными импульсами мультивибратора 10, на оыходе фильтра 7 нижних частот образуется переменная составляющая напряжения частоты коммутации автоматических переключателей. Амплитуда этого напряжения пропорциональна разности постоянных напряжений, формируемых при двух положениях автоматических переключателей.

Переменное напряжение частоты коммутации усиливается усилителем 8 низкой частоты и перемножаются во втором перо- множителе 9 с управляющим напряжением мультивибратора 10. Из перемноженных сигналов интегратором 11 выделяется постоянная составляющая напряжения, которая запоминается интегратором. Выходное напряжение интегратора 11 воздействуют на управляющий вход перестраиваемого генератора 12, увеличивая частоту. Процесс автоматического регулирования частоты генератора 12, при котором изменяется частоты выходных напряжений, сдвинутых на 90 , длится до тех пор, пока не уравняются постоянные составляющие напряжения на выходе первого перемножителя б. При этом исчезает переменная составляющая напряжения частоты коммутации, а выходное напряжение второго перемножителя 9 обращается в нуль, Выходное напряжение заряженного интегратора 11 поддерживает значение частоты генератора 12, которое соответг вует выполнению соотношения 0)..

. Установившееся значение частоты генератора 12 измеряется цифровым частотомером 15, табло которого в соответствии с выражением (9) может быть отградуировано непосредственно в значениях контролируемой неззаимной задержки. При изменениях контролируемой задержки происходит заряд или разряд интегратора 11, что приводит к изменению частоты квадратурных напряжений на выходе генератора 12, Соот- ветстэующие-изменения частоты измеряются по табло цифрового частотомера 15.

Экспериментальные исследования предлагаемого устройства для измерения невзаимной задержки в составе измерителя фазового времени задержки показали, что по сравнению с устройством-прототипом предлагаемое устройство обеспечивает измерение невзаимной частоты фазового времени задержки в диапазоне значений 10-10 с при линейной части задержки 10 -10 с с относительной погрешностью не более ±(0,5-1 %) при частоте испытательного сигнала 5 МГц.

Использование предлагаемого способа мерения фазового времени задержки и

реализующего его устройства позволяет по сравнению с существующим повысить точность измерения невзаимной задержки, так как случайные погрешности при определении TO по формуле (10) в значительной мере усредняются, а погрешность автоматического измерения низкой частоты модуляции, значение которой пропорционально величине невзаимной задержки не превы2. Устройство для определения фазового времени задержки, содержащее высокочастотный генератор фиксированной частоты, к выходу которого подключены последовательно соединенные одиополосный модулятор, управляющим входом соединенный с перестраиваемым генератором низкой частоты, электрическую цепь с контролируемой задержкой, первый перешает . Благодаря этому возможно, 10 множитель, фильтр нижних частот, усилитель низкой частоты, второй перемножитель и интегратор, цифровой частотомер, подключенный к выходу генератора низкой частоты , отличающееся тем,что,с целью повышения точности определения, в него введены мультивибратор и четыре автоматических переключателя, из которых первый автоматический переключатель включен между однополосным модулятором и электрической цепью, второй автоматический переключатель - между электрической цепью и первым перемножителем, третий и четвертый автоматические переключатели - между двумя фазами генератора низкой частоты и управляющими входами однополосного модулятора, при этом вход первого автоматического переключателя соединен с выходом однополосного модулятора, первый выход соединен с входом электрической цепи и вторым входом второго автоматического переключателя, второй выход первого автоматического переключателя соединен с выходом электрической цепи и первым входом второго автоматического переключателя, выходом соединенного с первым входом первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом однополосного модулятора, входы третьего и четвертого автоматических переключателей соединены с квадратурными выходами генератора низкой частоты, противоположные выходы соединены между собой и подключены соответственно к управляющим входам однополосного модулятора, управляющие входы автоматических переключателей соединены между собой и вторым входом второго перемножителя и подключены к выходу мультивибратора, а выход интегратора соединен с управляющим входом перестраиваемого генератора низкой частоты.

обнаружение и измерение малых значений невзаимной задержки, которая в большинстве практических случаев, например, в гироскопических приборах, многим меньше линейной задержки, Формула изобретения 1. Способ определения фазового времени задержки, основанный на однополосной модуляции высокочастотного сигнала, перемножении высокочастотных сигналов с вы- хода и входа электрической цепи с контролируемой задержкой, выделении из спектра перемноженных сигналов низкочастотной составляющей напряжения, изменении частоты модулирующего сигнала до получения нулевого значения фиксируемого напр сения, отличающийся тем, что, с целью повышения томности определения невзаимной частоты фазового времени задержки, перемножают непосредственно высокочастотные сигналы с выхода и входа контролируемой электрической цепи при одном направлении распространения модулированного сигнала, выделяют из спектра перемноженных сигналов первую постоян- ную составляющую напряжения, изменяют направление распространения модулированного сигнала и направление модуляции высокочастотного сигнала а на противоположное, выделяют вторую постоянную со- сбавляющую напряжения, сравнивают первую и вторую составляющие постоянного напряжения, изменяют частоту модуляции до получения равенства уравниваемых напряжений, измеряют частоту Ј2 модули- рующего напряжения, а невзаимную часть фазового времени задержки Аг определяют из соотношения

Дг шг0,

где Г0 - линейная часть фазового времени задержки.

Составитель Ю РедакторТехред М.Морг

2. Устройство для определения фазового времени задержки, содержащее высокочастотный генератор фиксированной частоты, к выходу которого подключены последовательно соединенные одиополосный модулятор, управляющим входом соединенный с перестраиваемым генератором низкой частоты, электрическую цепь с контролируемой задержкой, первый перемножитель, фильтр нижних частот, усилимножитель, фильтр нижних частот, усилитель низкой частоты, второй перемножитель и интегратор, цифровой частотомер, подключенный к выходу генератора низкой частоты , отличающееся тем,что,с целью повышения точности определения, в него введены мультивибратор и четыре автоматических переключателя, из которых первый автоматический переключатель включен между однополосным модулятором и электрической цепью, второй автоматический переключатель - между электрической цепью и первым перемножителем, третий и четвертый автоматические переключатели - между двумя фазами генератора низкой частоты и управляющими входами однополосного модулятора, при этом вход первого автоматического переключателя соединен с выходом однополосного модулятора, первый выход соединен с входом электрической цепи и вторым входом второго автоматического переключателя, второй выход первого автоматического переключателя соединен с выходом электрической цепи и первым входом второго автоматического переключателя, выходом соединенного с первым входом первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом однополосного модулятора, входы третьего и четвертого автоматических переключателей соединены с квадратурными выходами генератора низкой частоты, противоположные выходы соединены между собой и подключены соответственно к управляющим входам однополосного модулятора, управляющие входы автоматических переключателей соединены между собой и вторым входом второго перемножителя и подключены к выходу мультивибратора, а выход интегратора соединен с управляющим входом перестраиваемого генератора низкой частоты.

Корректор В.Петраш