Способ измерения среднего значения фазового сдвига Советский патент 1982 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к измери тельной технике, связанной с измерением разности фаз дву электрических колебаний, и может быть использовано при разработке фазомет- рических устройств, предназначенных для различных радиотехнических систем.

Известен способ измерения разности фаз двух колебаний, содержащий формирование опорного и измеряемого сигналов и сравнение фаз этих сигналов с помощью фазового детектора, на выходе которого выделяют напряжение и по величине этого напряжения судят о значении измеряемого фазового угла l.

Недостатком этого способа является низкая точность измерений вследствие малой разрешающей способности современных фазовых детекторов.

Наиболее близким по технической сущности к пре.да1агаемому является способ измерения разности фаз двух

колебаний, включающий формирование на промежуточной частоте опорного сигнала и сигнала, несущего измеряемый фазовый сдвиг, путем фильтрации и преобразования частоты, формирование временного интервала, пропорционального фазовому сдвигу меж- ду опорным и измеряемым сигналом, и определение величины сформированного временного интервала 2.

Однако известный способ измерений имеет недостаточно высокую точность получения конечного результата: погрешность измерения фазы в устройстве, работающем по данному способу, составляет ±(0,7°-2,0) .

Цель изобретения - повышение точности измерения фазового сдбига между двумя электрическими колебаниями.

Эта-цель достигается тем, что в известном способе, включающем формирование опорного и информационного сигналов путем преобразования частоты, и фильтрации, информационный сигнал гетеродинируют с первым дополнительным колебанием, выделяют колебание с суммарной (или разностной) частотой, вьщеленное колебание вторично гетеродинируют с вто рым дополнительным колебанием, полу ченным от автономного источника, в результанте второго гетеродинирования выделяют колебание с суммарной (или разностной) частотой, усиливают это колебание и гетеродинируют его с вторым дополнительным коле банием, задержанным предварительно во времени, выделяют в результате по следнего гетеродинирования колебание с разностной (или суммарной) частотой и гетеродинируют его с-опо ным колебаниям, в результате этого гетеродинирования выделяют колебани с разностной (или суммарной) частотой, усиливают его до уровня, необх димого для существования устойчивых автоколебаний, представлякяцих собой первое дополнительное колебание, изменяют частоту второго дополнительного колебания при изменениях величины измеряемого фазового сдвига, поддерлсивая постоянным значение частоты первого дополнительного кол бания, и по значению частоты второго дополнительного колебания определяют величину измеряемого фазового сдвига. На чертеже представлена схема ус ройстра, реализующего предлагаемый способ. Устройство содержит два входных смесителя 1 i 2, на входы которых поступают опорный и информационный сигналы соответственно. Ко вторым входам зтих смесителей подключен гетеродин 3. Выход смесителя 2 в ин формационном канале подсоединен ко входу первого смесителя 4, выход ко торого соединен со входом второго с сителя 5, Выход этого смесителя 5 подключен ко входу первого усилителя 6, выход которого соединен со входом третьего смесителя 7. Выход третьего смесителя 7 соединен со вх дом четвертого смесителя 8. Выход четвертого смесителя 8 через второй усилитель 9 соединен со вторым входом первого смесителя 4. В устройст имеется также перестраиваемый по ча стоте генератор 10, выход которого соединен со вторым входом второго с сители 5 и одновременно через линию 11 задержки соединен со вторым входом третьего смесителя 7, Устройство работает следующим образом. С помощью двух входных смесителей 1 и 2 с общим гетеродином 3 частота входных опорного и информационного сигналов преобразуется в промежуточную частоту WQ. Информационное колебание, в котором заключен измеряемьй фазовый сдвиг, поступает на вход первого однополосного смесителя 4. Режим работы зтого смесителя выбран таким образом, что на его выходе выделяется колебание с суммарной частотой WQ+W, где W - частота колебания, поступакицего на второй вход смесителя 4 с выхода второго усилителя 9. Колебание с суммарной частотой поступает на вход второго однополосного смесителя 5, при этом на его вйходе вьщеляется колебание с суммарной частотой , где частота колебания,: поступающего на второй вход смесителя 5 с выхода перестраиваемого генератора 10. Это колебание с частотой . усиливается в первом усилителе и поступает на вход третьего однополосного смесителя 7, на выходе которого выделяется колебание с разностной частотой W(7-«-W +W--W Wjj+W. Причем в фазе этого колеЬания содержится фазовый сдвиг , обусловленный задержкой подаваемого на второй вход смесителя 7 сигнала генератора 10 в линии 11 задержки. Колебание с выхода третьего смесителя 7 поступает на вход четвертого смесителя В, на второй вход которого поступает опорное колебание с частотой W(j с выхода входного смесителя 1. На выходе смесителя 8 выделяется колебание с разностной частотой , которое затем усиливается во втором усилителе 9. Последовательно включенные первый смеситель 4, второй,смеситель 5, первый усилитель 6, третий смеситель 7 и четвертьй смеситель 8 образуют цепь обратной связи второго усилителя 9. При достаточно высоком коэффициенте усиления усилителей 6 и 9 в этой кольцевой системе, состоящей из последовательно соединенных первого смесителя 4, второго смесителя 5, первого усилителя 6, третьего смесителя 7, четвертого смесителя 8 и второго усилителя 9, возникают автоколебания на выходе усилителя 9 с, частотой Wi, В установившемся режиме- значение частоты, автоколебаний определяется условием фаз, которое можно пред- ста.вить в виде / Vs )) , . л - время задержки сигнала во втором усилителе 9; tj5-i время задержки сигнала в первом усилителе 6; Tl при инвертировании сигнала или в усилителе 6, или в ус лителе 9; Q,ji при неинвертировании сигна ла в усилителях 6и 9. Частота перестраиваемого генератора 10 с помощью блока перестройки устанавливается такой, при которой частота колебаний равна постоянному заданному значению W,..., Изменяя частоту Wn перестраиваемого генератора 10, определяют величину фазового сдвига , так как дЦ однозначно определяет зависимость частоты. При изменении величины измеряемой разности фаз Ч происходит изм нение вносимого фазового сдвига в цепь обратной связи усилителя 9. Пр этом произойдет изменение частоты к лебаний W навыходе второго усилителя 9. Изменяя с помощью блока пер стройки частоту перестраиваемого ге нератора 10, устанавливают частоту W /,, равней постоянному значению W, и по величине &Wp изменения частоты гене1 атора 10 судят о величине изме нения измеряемой разности фаз дЧ. В стационарном режиме погрешност измерения фазового сдвига с помощью такого устройства, реализующего предложенный способ измерения, опре деляется нестабильностью частоты ко леба1шй. При выборе параметров схемы устройства таким образом, чтобы выполнялось условие Ч;.Гзэ/ среднеквадратическое значение поГре ности измерений равно (tjl дш,/ш, АеГ-шт При значении 1 Погрешность измерения фазового сдвигу составляет . , Таким образом, реализуя устройство измерений фазового сдвига, осуществляющее предлагаемый способ, можно получить выигрьш в точности измерений по сравнению с известным способом,.. Формула изобретения Способ измерения среднего значения фазового сдвига, включающий формирование опорного и информационного сиг- налов путем преобразования частоты и фильтрации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, информационньШ сигнал гетеродинируют с первым дополнительным колебанием, выделяют колебание с суммарной (или разностной) частотой, выделенное колебание вторично гетеродинируют с вторым дополнительным колебанием,- полученным, от автономного источника, в результате вторичного гетеродинирования выделяют колебания с суммарной (или разностной) частотой, усиливают это колебание и гетеродинируют его с вторым дополнительным колебанием, задержанным предварительно во времени, выделяют в результате последнего гетеродинирования колебание с разностной (или суммарной) частотой и гетеродинируют его с опорным колебанием, в результате этого гетеродинирования выделяют колебание с разностной (или суммарной) частотой, усиливают его до уровня, необходимого для существования устойчивых автоколебаний, представляющих собой первое дополнительное колебание, изменяют частоту второго дополнительного колебания при изменениях величины измеряемого фазового сдвига, поддерживая постоянным значение частоты первого дополнительного колебания, и по значению частоты второго дополнительного колебания определяют величину измеряемого фазового сдвига. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе , 1.Авторское свидетельство СССР Н 429372, кл, G 01 R 25/00, 1970. 2.Соловьев В.Я. Фазовые измерения. М., Энергия, 1973, с. 29-33.