Способ измерения времени задержки Советский патент 1980 года по МПК G04F10/06 H03K5/13 

Изобретение относится к области радиотехнических измерений,-в част.ности к измерениям времени задержки быть использовано для измерения задержки радиоимпульсов в узкополосных линиях с неравномерной амплитудно-частотной характеристикой например .ультразвуковых. Изобретение является дополнительным к основному изобретению l . По известиому способу задержку определяют по периоду повторения радиоимпульсов с постоянной начальной фазой высокочастотных колебаний, при котором точно совпадают во времени задержанный радиоимпульс ислёду кядий за ним радиоимпульс на входе линии задержки. При этом высокочастотные колебания радиоимпульсов модулируют по частоте сигналом, частота которого , значительно меньше частоты повторения радиоимпульсов, чтобы ма симально сохранить paaeHciBO частот одновременно суммируемых высокочастотных, колебаний. Постоянство началь ной фазы заполнения обеспечивают, как правило,за счет нулевой начальной фазы. При неточном совпадении суммируемых радиоимпульсов возникает амплитудная модуляция суммарных радиоимпульс:ов, которая имеет несл нусоидальный характер и частоту, равную частоте модуляции заполнения им. Амплитуда суммы частотно-модулированных радиоимпульсов S lVu -vV OLUVc03(uJ-ut)|, (1) где и,V - амплитуды суммируемых радиоимпульсов,взятых соответственно с входа . и выхода линии задержки; UJ- текущая угловая частота заполнения; сдвиг суммируемых радиоимпульсов во времени,т.е. ошибка измерения времени задержки. Для повьзшения чувствительности в4м к bt5 ®- ®- - иметь U- V, За счет ослабления незадержанных радиоимпульсой нетрудно установить Ц .40,1.При изменение й.Ц в широких пределах в ци мёняётсй сложным образцом, поэтому исчезновение амплитудной модуляции в общем случае контролируют по нулям начальных гармоник огибающей S д ,кратных частоте Р,мПо мере приближения к точному совпадению, присидЬ С , огибающая . становится близкой к синусоидальной, поэтому на окончательном этапе настройки совпадения достаточно контролировать исчезновение только первой гармоникимодуляции, размах которой равен разности амплитуды суммарных радиоимпульсов на нижней частоте заполнения ш и верхней

AS iyu +v42UVcos()-lllu -tv auVcos{uj,ut3)).

С учетом того, чтоi-- o 4, о,1 при LLJAtjC формула (1) значительно упрощается

.+ (3) а выражение (2) преобразуется к виду

4м V K-c,V Ve.n .-Ь)з.п(

/Lf-OL, ut.

где: о(,, 1 коэффициенты неравенства амплитуд суммируемых радиоимпульсов на частотах

UJ и uJj г

,г

(Х) -средняя частота заполнения радиоимпульсов j 4l2 tyijaw-девиация частоты заполнения.

Выражение (2) составлено из усовия монотонного убывания cosftoatз) С с ростом UJ .Однако разность между коффициентами о; , соответствующими различным частотамUJ , может изме- ияться произвольно в зависимости от характера неравномерности амплитудно-частотной характеристики, поэтому окончательно , ,

S,«Vлc..4Vs..(5)

где b.Lij - koэффициeнт, равный разности cv при различных tu , совпадаюий по величине с относительнЬй неравномерностью амплитудно-частотной ха5)актеристики испытываемой линии Зсщержки.

Из формулы (5) вытекает, что если , то амплитудная модуляция суммарных радиоимпульсов исче:зает при точном совпадении во времени суммируем х радиоимпульсов, причем,чувст- . вительность амплитудной модуляции к ошибке измерения задержки тем выше, чем больше девиация частоты заполнения. Поэтому точность измерения задержки частотно-модулированных радиоимпульсов снижается, когда испытуемая линия имеет узкую полосу пропускания и неравномерную амплитудночастот ную характеристику (АЧХ) . УЗКОполосность ограничивает максимальную

748336

величину девиации до половины полосы пропускания, а неравномерность АЧХ приводит к появлению паразитной амплитудной модуляции задержанных и, как следствие, суммарных радиоимпуль- сов (v-ACttoy 0), которая по частоте совпадает с препятствует настройке совпадения по нулю контрольной модуляции. Ослабить влияние неравномерности АЧХ можно путем последующего перехода к манипуляции двух частот заполнения радиоимпульсов, имеющих одинаковое затухание в испытуемой линии 2. Однако манипуляция позволяет, в лучшем случае, при тщательном подборе указанных

5 частот/ лишь достигнуть точности измерения, свойственной частотно-модулированным радиоимпульсам в отсутствие неравномерности АЧХ, но не устраняет потерю точности из-за узкопо0 лосности линии. К тому же применение манипуляции несколько усложняет процесс измерений, так как.требуется настройка совпадения -в два этапа: сначала модулированных, а затем ма5 ниЛулированных по частоте заполнения радиоимпульсов.

Целью изобретения является повышение точности измерения задержки часл тотно-модулированных радиоимпульсов в узкополосных линиях с неравномерной АЧХ, например ультразвуковых.

Цель достигается тем, что по пред. лагаемому способу дополнительно к частотной модуляции производят фазовую модуляцию заполнения радиоимпульсов,при этом фазу высокочастотного колебания четных радиоимпульсов сдвигают относительно фазы нечетных радиоимпульсов на угол, не кратный тс , и определяют время задержки по половине периода повторения постоянной начальной фазы заполнения (при котором исчезает амплитудная модуляция суммарных радиоимпульсов, вызванная введением фазовой модуляции). В результате указанного сдвига четных радиоимпульсов относительно нечетных период повторения постоянной начальной фазы

Q заполнения входных радиоимпульсов, являющийся также периодом, фазовой модуляции, удваивается по сравнению с известным способом и становится равным периоду повторения четных (неГ четных) радиоимпульсов. -Благодаря запоминающему свойству линии задержки, введенный фазовый сдвиг Ф переходит в равный и.чередующийся по знаку ( , - f . . .) дополнительный фазовый сдвиг между высокочастотными колебаниями суммируемых радиоимпульсов , который алгебраически складывается с фазовым сдвигсзм, вызванным расхождением радиоимпульсов во времени. При этом возникает импульс5 ная амплитудная модуляция суммарных радиоимпул1;сов, имеющая частоту фазовой модуляции, а размах «Jut-- Ч-, ,Шй1-IV - 2Vc«AVPVcQSУгол Ф должен быть не кратен Tt , ин че Sq,.о при любом aiAtj, т.е. пропа дает эффект от введения фазовой мод ляции. Оптимальное значение t- Tt/i, Из (6) следует, что импульсная амплитудная модуляция исчезает, если равно нулю или KJt . за счет час тотной модуляции заполнения txiitj K3C нарушается, поэтому только при Atj о импульсная амплитудная модуляция исчезает ла 0. При этом вре мя задержки линии совпадает с половиной периода фазовой модуляции, что удобно определять по половине периода четных (нечетных) радиоимпульсов Первую гармонику tSa легко отделить фильтром От более низкочастотных сиг налов, определяемых выражением (5), и по ее нулю настраивать совпадение суммируемых радиоимпульсов. Свертывая (6), получим aS,4Ve-..s.n1. (7) При фиксированном fitji О размах импульсной амплитудной модуляции, оп ределяемый (7), не остается постоянным. Модуляция частоты со в пределах Шо± А ty вызывает изменения и V под влиянием неравномерности АЧХ Однако медленные, по сравнению с частотой фазовой модуляции, колебани величины лвср не препятствуют контролю максимальных дли данного л.з эначе НИИ , поэтому чувствительность к ь.1з практически he зависит от неравномерности АЧХ и девиации дш. Величину девиации выбирают из услови C(. в случае к 1 uuj-B uUo что при tJ Гц - периода частоты заполненця, соответствует весьма малым значениям требуемой девиации &(/.Ш(,. Сравнение второго члена (5) с (7) по казывает, что прил-Ь - 0, &&ф AS. Таким образом, введение фазовой м дуляций повышает точность измерения задержки не только за счет устранени влияния неравномерности АЧХ, но и вследствие более высокой чувствитель ности контрольного сигнала к ошибке измерений задержки. Способ может быть реализован, например, с помощью устройства, блоксхема которого представлена на чертеже . Сигнал низкой регулируемой частоты от генератора 1 поступает в блок 2 вьщеления нулевых переходов, состоящий из усилителя-ограничителя и дифференцирующей цепочки. Положительные импульсы, задержанные в вспомогательном задерживающем устройстве 3, и незадержанные отрицательные поступают поочередно на два управляющих рхода генератора 4 импульсов , которым может быть ждущий мультивибратор с двойным запуском. Прямоугольные импульсы с выхода генератора 4 подаются на управляющий входстарт-стопного генератора 5 радиоимпульсов. Частота заполнения радиоимпульсов модулируется сигналрм генератора б через модулятор 7. Радиоимпульсы, задержанные в. испытуемой линии 8 задержки и задержанные поступают на два входа сумматора 9. Суммарные радиоимпульсы детектируются в-амплитудном детекторе 10. С выхода детектора колебания амплитуды суммарных ргщиоимпульсов поступают в вольтметр 11 через избирательный фильтр 12, настроенный на частоту генератора 1. Фазовая модуляция радиоимпульсов осуществляется за счет сдвига четных импульсов запуска генератора 4 относительно нечетных. Частота фазовой модуляции равна частоте генератора 1. Частоту генератора 1 регулируют до исчезновения показаний вольтметра 11 и определяют время задержки линии .8 задержки по половине периода частоты, измеренной частотомером 13. Результаты экспериментальных исследований показали, что новый способ позволяет подвысить точность измерения времени задержки ультразвуковой линии задержки. Формула изобретения Способ измерения времени задержки по авт. св. 169144, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения времени задержки узкополосной линии с неравномерной амплитудно-частотной характеристикой, например ультразвуковой линии, дополнительно производят фазовую модуляцию радиоимпульсов , при этом фазу высокочастотного колебания четных радиоимпульсов сдвигают относительно фазы нечетных радиоимпульсов на угол, не кратный at , и определяют время задержки по половине периода повторения постоянной начальной фазы заполнения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 169144, кл. G 04 F 10/06, 1963. 2.Авторское свидетельство СССР 481995, кл. Н 03 К 5/13, 1973.

748336

-кь

8