Способ измерения времени задержки Советский патент 1982 года по МПК G01R27/28 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ ЗАДЕРЖКИ

.,.

Изобретение относится к измерительной технике и может бнть использовано для измерения задержки, например в электрических, ультразвуковых линиях задержки, для измерения скорости распространения ультразвуковых колебаний в различных средах и т.д.

Известны способы измерения времени задержки, основанные на измерении времени прохождения видео- или радиоимпульсного сигнала П.

Недостаток этих способов - ограниченная их точность, особенно при и:1мерении малых времен задержки, когда величина последних становится сравнимой с длительностью импульса, а также за счет нестабильности переднего фронта импульса.

Известны также способы, основанные на использовании амплитудно-модулированных непрерывных колебаний. Регистрируемым параметром является фазовый сдвиг огибающей детектированного,например ультразвукового сигнапа, относительно электрического возбуждающего напряжения 21.

Недостаток этих способов - низкая точность из-за малой чувствительности.

Наиболее близким техническим решением является способ, состоящий в следующем. На вход линии задержки подаются две последрвательности фазо-когерентных высокочастотных радиоим10пульсов. Задержка между последовательностями выбирается так, чтобы время прихода на приемный преобразователь (выход линии задержки) первого отраженного «мпульса второй после15довательности совпадало с моментом прихода второго отраженного импульса первой последовательности. Затем, перестраивая задающий генератор по частоте (Меняя частоту заполнения

20 радиоимпульсов/, можно найти целый ряд таких частотных точек, в которых все, за исключением первого импульса первой последовательности, будут га3rirrhfsr па приемном престОрл-ишагеле имиульслми ит,1рой поглс/иИТгельиост IlpoitcjiH измерение ряда таких нулевы lacTOTinitx точек, нычисляйп-я значен прсмени г адержки 3, Если iipniniMaeNtbiri сигнал нррпого отраженного импульса нторой иоследо IKIельности записать в виде U rcis niuii+dL) , Cl) то приш1маеьй)1Й сигнал второго отраженного импульса первой последовательности будет (без учета затухания и потерь при отражении и, c s nIviJtto.l)+mp4dL, ) где t - время, W - круговая частота заполнения радиоимпульса, f время задержки, фазовый сдвиг при отражении импульса от граних т раздела образец - преобразователь, а амплитуда сигнала на приемном преобразователе JOU-г)+ Q dL cOЭCu)t-). , W Из последнего соотношения видно, что При выполнении условия -.-v - - - принимаемый сигнал будет равным нулю. Определяя несколько значений , и считая 4(t независящим от частоты, можно затем вычислить время задержки Т . , Амплитуда сигнала в соотношении СЗ) равна u -lcjcosCuj -V (5 Погрешность в определении частоты удовлетворяющей условию (4), определяется чувствительностью измерителя амплитуды сигнала U. Можно записать tfи IdCOS () где чувствительность измерителя сигнала и , ( соответствующая погрешность в опреде.пении круговой чистоты. Таким образом, соотношение (б) на кладывает принци11ИШ1Ьные О1ра ичения на точностт. итмерения яреме)1И задерж ки.Ишк-.твит«лр-но че происходит полного гашения cHDianoB ич-ria 101 i, чт 4 они всегда исгп.пывают искажения и никогда не оказываются полностью и фазе или противофазе по отношению другк другу. Остаются выбросы из-за неточного совпадения формы фронтов импульсов. Необходимо знать величину фазового сдвига М на каждой из рабочих частот, но практически при работе на высоких частотах и в широкой полосе частот достичь этого трудно. Цель изобретения - повышение точности измерения времени задержки. Поставленная цель достигается тем, что, согласно способу измерения времени задержки, заключающемуся в том, что непрерывный высокочастотный ситнал генератора модулируют, подают на вход линии задержки, непрерывный сигнал модулируют по фазе с переменной частотой, измеряют частоту фазовой модуляции, при которой частоты сигналов до и после задержки совпадают, и по ее вечйчине определяют время задержки. На вход ЛИ1ШИ задержки, время задержки KOTopofi необходимо измерить, подается сигнал %)+d.l, (} где (t) - фаза модулированного сигнала, cL - начальная фаза. Сигнал на выходе линии задержки ,(t-1))cL3, (} где Т - время задержки. Разность фаз сигналов на выходе и входе линии задержки равна .u C lt-r).Ч9) Учитывая, что разностная частота иклическая, то разность час,тоты колебаний на выходе и входе линии задержки при этом определяется m соотношения 1 liuM азг di .м ) ачш1 ,0) UI I 3i cjT i Отсюда видно, что если функция Lf(t) периодическая п период - связан с временем чаг.ержки соит ошением . Tr-L, ,г :/;, /.V я

то указашшн сдвиг частоты равен нулю. Это обстоятельство н лежит в основе преобразовательного способа.

Сравнение двух близких частот может быть выполнено с большой точностью. Например, используя принцип умножения частоты с входа линии задержки в 9 раз, а с выхода линии задержки в IО раз, последующей их подачи на сместительность, разностная частота умножается в 10 раз. Применяя такую операцию и раз, мы получаем умножение частотного сдвига 4 в 10 раз. Это значит, что при той же чувствительности измерителя напряжейия на выходе, например, частотного ;детектора 6,погрешность в определений частоты, соответствующей условию (П) уменьшится в 10 раз.

Преимущество предлагаемого способа состоит в том, что вид сигнала фазовой модуляции, т.е. вид функции

l(t), может быть не обязательно гармоническим, а любой периодической функцией. Это обстоятельство имеет большое значениге при практической реализации с точки зрения упрощения и

удешевления соответствующего измерительного устройства.

Формула изобретения

Способ измерения времени задержки, заключающийся в том,что модулируют высокочастотный си:11ал, задерживают его, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, си гнал модулируют по фазе с переменной частотой, измеряют час-, тоту фазовой модуляции, при которой частоты сигналов до и после задержки совпадают, и по ее величине определяют время задержки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

с.125-129.

, (прототип).