Способ регистрации и измерения разности фаз двух колебаний Советский патент 1935 года по МПК G01R25/00 

Во многих случаях при измерениях в области высокой частоты возникает необходимость в сравнении или измерении так называемой разности фаз двух колебаний, частоты которых находятся в рациональном отношении друг к другу. Как известно, обычно для этих целей пользуются фигурами Лиссажу, получаемыми на экране катодного осцилло1-рафа. Однако этот способ не всегда удовлетворяет практическим требованиям, особенно тогда, когда требуется получить какой-нибудь количественный эффект, зависящий от величины искомой разности фаз. Мало пригоден он также и в тех случаях, когда требуется произвести не измерение фазовых соотношений самих по себе, а необходимо определить большое число наступлений определенных фазовых соотношений при тех или иных быстрых изменениях условий процесса, например, при быстром изменении частоты.

Настоящим предлагается способ регистрации или измерения разности фаз двух колебаний с рационау1ьным отношением частот, который основан на следующем. Если подвести два колебания с рациональным отношением ча(211)

стот к какому-нибудь детекторному устройству, обладающему достаточной нелинейностью в смысле наличия в его характеристике членов соответствующей степени, то как постоянная слагающая тока в его цени, так и амплитуды комбинационных гармоник будут существенно зависеть от разности фаз между этими двумя колебаниями. В ч астности, если, сохраняя неизменными амплитуды подводимых колебаний, плавно изменять эту разность фаз, то для значений выпрямленного тока или для величины амплитуды комбинационных гармоник получатся кривые, которые имеют резко выраженные максимумы или минимумы для определенных значений разности фаз.

Рассматриваемые ниже примеры поясняют сказанное. Пусть требуется, например, измерить разность фаз в двух высокочастотных напряжений (или токов):

. sin 2ш

., 3 sin (30)-9) . . .(1) При одновременном воздействии обоими этими напряжениями на сетку электронной лампы с малой проницаемостью

(целесообразно выбрать лампу с защитной анодной сеткой), анодный ток, как известно, выразится следующей функцией управляющего напряжения:

;-/(п.)-/(.) . -(2)

причем для не очень больших амплитуд

напряжений эта функция может быть Дл« К, + з из (1) и произведения представлена в виде некоторого поли- | несложных выкладок получится:

Ч- S ( -h ) cos (о. - 9«) ч- sin (ш/ -4- ер,) +

-Е, Е, -{-члены, содержащие высшие 1а)моннки(4)

Таким образом, если выделить из анод- i эту гармонику, то амплитуда тока в этом ной цепи при помощи колебательного контуре будет пропорциональна контура, настроенного нл частоту ш, + -|-ЧS S)Г+

Из этого выражении видно, что она принимает максимальное и минимальное значения при разности фаз, равной соответственно О и 2 .

В качестве другого примера пусть требуется определить разность фаз f -q-f.p двух колебаний д cos (рш + 9р) и а cos (qwt4-s, где / и суть целые взаимно простые числа. Действуя одновременно обоими колебаниями на устройство с нелинейной зависимостью между током и напряжением, выраженной в виде полинома нечетных степеней следующего вида:

2т-1 2т-I

очевидно, при

У а cos (ршМ-«р)4-а cos ( g)

только тогда получится в выражении для i слагающая, не зависящая от t, если будут иметь место члены с показат«;лем, равным, по крайней мере, сумме членов отношения частот обиих колебаний. Например, .в случае р :3, (7 4 таким наименьшим членом будет, очевидно, член с показателем, равным 7, и постоянная слагающая будет пр порциональна cos (р. При соотношении частот 2 : 3 необходимо, очевидно, иметь

нома. Если ограничиться, например, 4-ой степенью, то для анодного тока будет иметь место следующее выражение:

/ а К,-31/,,4-тП. + П.-(3) После подстановки сюда Быражени-i

по крайней мере, член 5-ой степени. В том случае, когда характеристика детекторного устройства содержит, кроме членов с нечетными степенями, также и члены с четными степенями, то постоянная слагающая в цепи детектора будет состоять из двух частей: одной, обусловливаемой четными степенями и зависящей только от амплитуд подводимых колебаний, и другой, рассмотренной выше и зависящей от искомой разности фаз. Поэтому, если изменить только разность фаз, то постоянная слагающая тока будет плавно изменяться н в этом случае (наличия членов с четными степенями), причем ее экстремальные значения наступят при тех же значениях разности фаз, что и в предыдущем случае.

Отмеченные выше свойства нелинейного детекторного устройства могут быть непосредственно положены в основу способа регистрации наступления определенных фазовых соотношений при том или ином изменении исследуемого процесса. Для того, чтобы использовать эти свойства для измерения любой разности фаз, можно поступить двгяким образом. Можно, например, при помощи фазовращателя изменить фазу того или другого из исследуемых колебаний на определенную величину так, чтобы привести разносгь фаз обоих колебаний. )l ,

подводимых к нелинейному устройству, к одному из крайних значений. Можно также для определения разности фаз одновременно изменить как величину постоянного тока, так и величину амплитуды определенной гармоники, предварительно уравняв амплитуды обоих колебаний.

Предмет изобретения.

1.Способ регистрации и измерения разности фаз двух колебаний или токов с рациональным отношением частот, отличающийся тем, что регистрируют максимальное или минимальное значение либо постоянного тока в цепи нелинейного сопротивления, включенного в цепь этих токов, либо амплитуды одной из комбинационных гармоник, выделяемой одним из известных способов из этой цепи.

2.Прием осуществления способа регистрации по п. 1, состоящий в том, что в качестве нелинейного сопротивления берут электронную лампу, на

сетку которой производят воздействие обоими колебаниями, тогда как гармонику разностной частоты выделяют из ан )дной цепи при помощи настроенного контура.

3.Прием осуществления способа по п. 1, отличающийся тем, что амплитуду одного из сравниваемых по фазе колебаний изменяют до тех пор, пока амплитуда выделяемой гармоники не примет одно из крайних значений.

4.Прием осуществления способа по п. 1, отличающийся тем, что при помощи фазовращателя измеряемую разность тока приводят к одному из крайних значений.

о. Прием осуществления способа по п. 1, отличающийся тем, что либо постоянным током, либо амплитудой одной нз комбинационных гармоник приводят в действие счетчик, автоматически регистрирующий прохождение разности фаз через оппеделенное значение (например тг) при процессах, при которых эта разность непрерывно изменяется.