Способ измерения времени задержки и его дисперсии в ультразвуковой линии задержки Советский патент 1980 года по МПК H03H9/30 H03H7/30 

1

, Изобретение относится к области радиоэлектроники и может .быть использовано при измерениях параметров ультразвуковых линий задержки (УЛЗ). Известны различные способы измерения времени задержки и его дисперсии в УЛЗ .

Известен, например, способ измерения времени задержки и его диспе сии в УЛЗ методом импульсной модуляции осноЕанным на сравнении интервала, времени между двумя импульсами, один из.которых задержан на известный регулируемый интервал времени, а второй - на неизвестный измеряемый интервал fl .

Этот метод характеризуется неоднозначностью результата, зависящего от формы импульса, и не обладает критерием настройки для точных измерений , .

Из известных способов наиболее близким к предложенному является способ измерения времени задержки и .его дисперсии в УЛЗ, при котором из:-г меряют разностьфаз между входным и выходным радиоиглпульсами со стабильной фазой заполнения по отношению к его огибающей Г2 .

Недостатком этого способа является неопределенность в выборе отсчетной фазы заполнения радиоимпульса на - выходе УЛЗ. Основная причина такой уеопределенности связана с затягива1; ём фроцха радиоимпульса на выходе УЛ. из-за ограниченности ее полосы пропускания или нелинейности фазовой характеристики. В ленточных УЛЗ пос.леднее является следствием дисперсии скорости распространения, в частности,

10 сдвиговых волн в упругом звукопроволе. Поэтому точность измерения таким способом оказывается невысокой.

Целью изобретения является повышение точности измерения времени за,держки дисперсии при произвольных фронтах радиоимпульса на выходе линии задержки.

Это достигается тем, что в способе измерения времени задержки и его дисперсии в УЛЗ, при котором измеряют разность фаз между входным и выходным радиоимпульсами со стабильной - фазой заполнения по отношению к огибающей, миншу1изируют набег разности фаз между совпадающими во времени радиоимпульсами на входе и выходе линии задержки, изменяя частоту заполнения и разность фаз между двумя им30 пульсами в периодической послалов,ч

тельности пар радиоимпульсов, при этом время задержки определяют по интервалу времени между импульсами в одной паре, а дисперсию времени эа яержки - по приращению этого интервала при изменении частоты.

Изменение частоты заполнения и разности фаз (интервала времени) между двумя импульсами в периодической последдвательности пар радиоимпульсов позволяет минимизировать набег раз ности фаз между двумя совпадающими во времени импульсами на входе и выходе УЛЗ. При этом отсутствует необходимость в выборе отсчетной. фазы заполнения и устраняется ошибка, связанная с неопределенностью такого выбора при затянутых фронтах радиоимпульса на выходе У513. Изменение частоты вызывает минимальный набег разЕ-юсти фаз лишь в том случае, когда интервал времени между импульсами в одной паре равен времени задержки сигнала УЛЗ. Это время задержки отличается от группового времени на минимальную величину, равно фазовому времени или отличается от последнего на целое число полупериодов частоты заполнения.. Таким образом, минимизация набега разности фаз между совпадающими во времени импульсами позволяет избежать ошибки при измерении дисперсии времени задержки в виде приращений регулируемого интервала времени между импульсами в паре при отклонении частоты от номинальной на заданную величину. Для измерения времени задержки и его дисперсии в диапазоне частот формируют периодическу последовательность пар радиоимпульсо Устанавливают интервал времени между импульсами в одной паре, равный номинальному значению времени задержки на заданной частоте по критерию минимизации приращений разности фаз между совпавшими во времени вторым импульсом каждой пары незадержанного сигнала с первым импульсом той же пары задержанного сигнала при их суммировании в противофазе и при вариации частоты заполнения относительно заданной. Изменяя частоту заполнения в пределах полосы пропускания, вое станавливают результат суммирования импульсов пут-ем изменения интервала времени между импульсами в паре.Дале считывают дисперсию времени задержки в виде приращений указанного ин. тервала времени.

На чертеже показана блок-схема установки для измерения времени задержки и его дисперсии в УЛЗ в соответствии с предложенным способом.

В состав установки входят генератор 1 задержки измерителя временных интервалов, суммирующее устройство 2 импульсный модулятор 3, генератор 4 радиоимпульсов, измеряемая.УЛЗ 5, аттенюатор 6, сумматор 7, осциллограф В. Импульсный модулятор 3 состоит из трех блоков-генераторов 9-11 соответственно ударного, модулирующего и стробирующего импульсов. После суммирования в устройстве 2 запускающего и задержанного импульсов, снмаемых с .генератора 1 задержки (прибора И2-17) , сигнал поступает на запуск импульсного модулятора 3. эти импульсы используются для формирования в генераторе 4 испытательного сигнала в виде последовательности па идентичных между собой радиоимпульсо Испытательный сигнал по двум каналам через. УЛЗ 5 и аттенюатор б, поступает на общую нагрузку в сумматоре 7. Инвердия фазы в сумматоре 7 и регулировка амплитуды осуществляется в канале незадержанного сигнала. Суммарный сигнал усиливается и контролируется визуально на экране осциллографа 8 .

Таким образом, последовательность радиоимпульсов формируется при помощи генератора 4 радиоимпульсов, обеспечивающего стабилизацию начальной фазы заполнения, и генератора 1 задержки измерителя временных интервалов . В этом случае генератор задержки 1 выполняет роль задерживающего устройства, с выхода которого на запуск генератора 4 поступают пары импульсов, интервал между которыг и может быть установлен с высокой точностью. В результате этого сигнал на выходе генератора 4 представляет собой последовательность периодических пар радиоимпульсов, стабилизированных по начальной фазе заполнения . Последнее позволяет реализовать в измерительной системе идеальную задержку второго (опорного) импульса в паре по отношению к предшествующему ему во времени, равную интервалу времени между ними. Сравнение по фазе опорного и задержанного радиоимпульсов сравными амплитудами осуществляется путем их суммирования в противофазе. Контролируя минимальную с1мплитуду суммарного импульса, можно установить разность -фаз между радиоимпульсами с точностью до целого числа (рТ . Критерием минимизации разности между идеальной и реальной задержками испытательного сигнала является минимальный сдвиг по фазе между опорным и задержанныгл импульсами при изменении частоты.

Примером использования предлагаемого способа может служить измерение дисперсии времени задержки УЛЗ волноводного типа с ленточным звукопроводом. Объектом измерений являются УЛЗ с групповым временем задержки порядка 1,5 мс,. работающие в диапазоне частот от 4 МГц до 12 МГц. Спектр испытательного сигнала (с длительностью радиоимпульсов, достигакнией 300 мкс) занимает не более 1, Р бочего диапазона частот УЛЗ, что поз воляет передать его через УЛЗ с минимальными искажениями. В соответствии с предложенным способом искажения фронтов радиоимпульсов не влия ют на результаты измерений, так как на каждой частоте достаточно обеспечить компенсацию лишь в области уста новившейся амплитуды суммарного радиоимпульса. Зависимость от частоты приращений фазового времени задержки относительно номинального значения носит несимг етричный характер наиболь шие фазовые искажения имеют место в области низких частот рабочего диапа зона УЛЗ . Результаты измерений показывают, что в ленточном звукопроводе с шириной 10 мм при распространении сдвиговой волны дисперсия группового времени задержки, достигающая 1 мкс, является основной причиной затянутых фронтов, что исключает возможность применения иных способов измерения дисперсии времени задержки УЛЗ. Предложенный способ измерения вре мени задержки и его дисперсии устраняет неоднозначность выбора отсчетной точки высокочастотного заполнения задержанного радиоимпульса и обес печивает непосредственное измерение дисперсии времени задержки. Это обусловливает высокую точность измерений Формула изобретения Способ измерения времени задержки и его дисперсии в ультразвуковой линии задержки, при котором измеряют разность фаз между входным и выходным радиоимпульсами со стабильной фазой заполнения по отношению к огибающей , отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения при произвольных фронтах радиоимпульса на выходе линии задержки, минимизируют кабег разности фаз между совпадающими во времени радиоимпульсами на входе и выходе линии задержки, изменяя частоту заполнения и разность фаз между двумя импульсами в периодической последовательности пар радиоимпульсов, при этом время задежки определяют по интервалу вpeмe ни между импульсами в одной паре, а дисперсию времени задержки - по приращениям этого интервала при изменении частоты. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Бова Н. Т. и др. Методы измерения групповой скорости и группового времени задержки . Известия высших учебных заведений, сер. Радиотехника, 1965, т. 8, №4, с. 391-403. 2.Meskimin Н. IRE Т гапsасtiона I Vetrasonis Eng. Pesve, 1975, гл. 5 , с . 25.