Электронный фазометр Советский патент 1981 года по МПК G01R25/04 

Изобретение относится к фазоизмерительной технике и может быть использовано при создании устройств и систем измерения разности . , Известен фазометр, использующий преобразование частоты информационны сигналов и содержащий согласующие устройства, последовательно соединен иые с ними однополосные модуляторы, опорный генератор, фазовый детектор и подавитель гилплитудной модуляции ИЗ Недостатки данного устройства ручная настройка управляемого фазовращателя, низкая точность измерений вследствие неустранимого дрейфа нуля фазовых детекторвв, схем, последующего усиления информационного сигнсша, наличия некоторой зоны нечувствительности, определяемой наличием шумов, ограниченной чувствительностью реальных измерителей уров ня постоянной составляющей и не позволяющей регистрировать фазовые сдвиги меньше некоторой пороговой величины. Известен также фазометр, содержащий блоки согласования, однополосные модуляторы, опорный генератор, фазоse CiM; i:;;. вый детектор и подавитель амплитудной модуляции r2j. Недостатком фазометра является снижение точности измерений разности фаз вследствие использования управляемого калиброванного фазовращателя, точность калибровки которого, и определяет точность измерений. j Цель изобретения - повышение точ|ности электронного фазометра. Поставленная цель достигается тем, что электронный фазометр, содержащий фазовый детектор, опорный генератор, соединенный с первым входом фазового детектора,,резонансный усилитель, соединенный со вторым входом фазового детектора, первьЦ) и второй блоки согласования, выходы которых соединены соответственно с первыми входами первого и второго Однополосных модуляторов, выход первого однополосного модулятора соединен с вторым входом второго, а выход второго - с входом подавителя амплитудной модуляции, снабжен перестраиваемым генератором, линией задержки, третьим и четвертым однополосными модуляторг1ми, причем первый вход третьего однополосного модулятора соединен с выходом подавителя амплитудной модуляции, а выход через резонансный усилитель подсоединен к первому входу четвертого однополосного модулятора и второму входу фазового детектора, выход которого соединен с управляющим входом перестраиваемого генератора,выход которого соединен с вторым входом третьего однополосного -модулятора и через линию задержки - с втоI

рым входом четвертого однополосного модулятора, выход которого подсоединен к второму входу первого однополосного модулятора.

На Мертеже представлена блок-схема электронного фазометра.

Электронный фазометр содержит первый и второй блоки 1 и 2 согласования, первый и второй однополосные модуляторы 3 и 4, блок 5 подавления амплитудной модуляции, третий однополосный модулятор б, резонансный усилитель 7, четвертый однополосный модулятор 8, фазовый детектор 9, опорный генератор 10, соединенный с перестраиваемым генератором 11,Выход перестраиваемого генератора 11 соединен со вторым входом однополосного модулятора 6 и через линию 12 задержки - со вторым входом однополосного модулятора 8.

Устройство работает следующим образом.

При подаче на входы блоков 1 и 2 согласования опорного и информационного сигналов и достаточно большом коэффициенте усиления усилителя 7 в кольце, образованном первым и вторым однополосными модуляторами 3 и 4, блоком- 5 подавления амплитудной модуляции, третьим однополосным модулятором б, резонансным усилителем 7 и четвертым однополосным модулятором 8, возбуждаются автоколебания поскольку указанное кольцо представляет собой замкнутую систему, которая при вьаполнении условия баласа фаз и амплитуд становится автогенератором. Предположим, что частота сигнала на выходе резонансного усилителя 7 равна +-SI , где частота настройки резонансного усилителя 7 и опорного генератора 10. Частота сигналов на выходе подавителя 5 амплитудной модул ции и на выходе однополосного модулятора 8 отличается от частоты tw на величину частоты перестраиваемого генератора ill ш п г. Для выяснения значени част(гы Я. воспользуем9я условиями баланса фаз. В автоколебательной ситеме может существовать сигнал только такой частоты, при которой выполняется условие равенства 13Г суммарного фазового сдвига, полученног сигналом при прохождении им всего кольца, т.е. блоков 3-8.

Рассмотрим фазовый сдвиг, полученный сигналом,при прохождении им

блоков 3 и 4 Ч 3 i . Подобное включение однополосны модуляторов (блоков 3 и 4) приводит к тому, что на выходе блока 4 имеется сигнал той ж частоты, что и на первом входе блока 3 (если с блоков 1 ,и 2 подаются сигналы одной частоты), и фазовый сдвиг выходного сигнала блока 4 равен фазовому сдвигу сигнала с выхода блока 2 по сравнению с -сигналом выхода блока 1.. .

Таким образом, рассматриваемое включение блоков 3 и 4 осуществляет перенос фазового сдвига между сигналами на выходах блоков 1 и 2 на сигналы на первом входе блока 3 и выходе блока 4.

Будем считать, что блок 5 не вносит фазового сдвига, либо вносит, но постоянный по величине, который можно потом учесть при калибровке фазометра.

Рассмотрим фазовый сдвиг, полученный сигналом при прохождении блоков 6-8. При исключении из рассмотрения резонансного усилителя 7 фазовый сдвиг на выходе блока 8 по отношению к входу блока 6 равен фазовому сдвигу сигнала перестраиваемого генератора 11 на втором входе блока 8 по сравнению с сигналом на втором блока 6, а значит фазовый

сдвиг равен ,г-Ьл.а, где (е;пг частота перестраиваемого генератора 11; t , - время задержки в линии 12 задержки.

Фазовый сдвиг, вносимый блоком 7 определяется фазовой характеристикой резонансного усилителя, т.е. О - на резонансной частоте ,.v на частотах, меньших -Voin p.s частотах, больших U.Q.Таким образом, фазовый сдвиг, внсимый блоками 6-8, определяется фазовым сдвигом сигнала перестраиваемого генератора в линии, задержки и. фазовой характеристикой резонансног усилителя. Общий фазовый сдвиг, получаемый сигналом при прохождении им всего кольца, равенУ ЧЗ|4- пг- Ь з +Чр,-у (). Значение частоты можно получить, приравняв ЦгйЗГп.

Предположим, что фазовый сдвиг сигналов на выходах.блоков 1 и 2 равен О и что частота перестраиваемого генератора nг.0| при которой выполняется соотношение

Ч - го иПри выполнении указанных условий |В рассматриваемом кольце возникают колебания, и, как следует из необходимости выполнения условия баланса фаз, частота сигнала в резонансно усилителе 7 может быть равна только лишь («)o(p. Р этом на выходе фазового детектора 9 сущесдвует некоторая постоянная составляющая, поддерживающая равенство Jfnr Если tfrir в силу каких-то причий

изменилось, T.e,u)f,r- u nroА ИЛГ Фааовый сдвиг, вносимый блоками 6 и 8

равенuJJ +uiWHr-fcA.b- - прежней час тоте сигнала в резонансном усилителе 7 условие баланса фаз в кольце выполняться уже не будет, т.е. установится некоторая новая частота при которой фазовый сдвиг за счет фазовой хара1 теристики резонансного усилителя скомпенсирует величину . Однако так было |бы при разомкнутой системе ФАПЧ.При замкнутой же системе изменение частоты сигнала на выходе резонансного усилителя приводит к изменению постоянной составляющей на выходе фазового детектора 9 и изменению частоты перестраиваемого генератора 11 таким образом, чтобы о/пг вновь стало равно Ырго при котором частота сигнала в резонансном усилителе вновь станет равной о/о . Предположим теперь, что стал отличным от О измеряемый фазовый сдвиг, т.е. Ч-, (j ..При частоте перестраиваемого генератора ШпгО частоте сигнала в резонансном усилителе MQ вновь перестает выполняться условие баланса фаз. Частота сигнала в резонанснсм усилителе стремится измениться, меняется уровень постоянно составляющей на выходе фазового детектора 9, а значит и частота перестраиваемого генератора 11.

При этом блоки б и 8 начнут вносить какой-то фазовый сдвиг. Очевидно, переходной процесс завершаетр и частота сигнала в резонансном усилителе вновь равна шо при изменени частоты перестраиваемого генератора на такую величину л Ц) пг|при которой выполняется равенство ( 4 В этом случае произойдет компенсация измеряемого фазового сдвига в кольце и частота сигнала в резонансном усилителе вновь равна и;. , Таким образом, значение измеряемого фазового сдвига может быть определено по изменению частоты перестраиваемого генератора относительно 4JnroПредложенное устройство обладает

той же чувствительностью к изменению измеряемой разности фаз, что и известное, но в отличие от последнего в нем не используется калиброванный фазовращатель, точность градуировки которого, как правило, не превышает , что и определяет точностные -возможности известного фазометра. В предложенном устройстве измеряемая разность фаз преобразуетс в изменение частоты сигнала, точность измерения которой может быть значительно выше, что и приводит к увеличению точности.

10

Формула изобретения

Электронный фазометр, содержащий фазовый детектор, опорный генератор, соединенный с первым входом фазового

15 детектора, резонансный усилитель, соединенный со вторым входом фазового детектора, первый и второй блоки согласования, выходы которых соединены соответственно с первыми входами

0 и второго однополосных модулятЬров; выход первого однополосного модулятора соединен с вторым входом второго, а выход второго - с входом подавителя амплитудной, модуляции,

5 отличающийся тем, что,с целью повышения точности, он снабжен перестраиваемым генератором, линией задержки, третьим и четвертым однополюсными модуляторами,при0чем первый вход третьего однополосного модулятора соединен с выходом подавителя амплитудной модуляции, а выход через резонансный усилитель подсоединен к первому входу четвер5того однополосного модулятора и второму входу фазового детектора, выход которого соединен с управляющим входом перестраиваемого генератора, выход которого соединен с вторым входом третьего однополосно0го модулятора и через линию задержки - с вторым входом четвертого однополосного модулятора, выход которого подсоединен к второму входу первого однополосного модулятора.

5

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 362256, кл. G 01 R 25/04, 1974.

0 2..Авторское свидетельство СССР до заявке № 2654969, кл. G 01 R 25/04/ 1978f

:;i&; siki3iaaWr,S-i;:.:aSri....,i......