Устройство для измерения фазовой задержки четырехполюсника Советский патент 1982 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к электрическим измерениям, в частности к измерениям параметров четырехполюсников, и может быть использовано для измерения абсолютной величины фазовой задержки ультразвуковой линии задержки для цветного телевидения, где применяются линии задержки с номинальным значением 63943+2 не.

Известно устройство, реализукяцеа способ, в котором на вход испытуемого четырехполюсника и на опорный канал подаются колебания с изменяющейся частотой и подсчитывается число контрольных точек фазочастотной. характеристики четырехполюсника 1.

Недостатками данного устройства являются сложность реализации стабильного перестраиваемого в широком диапазоне генератора, быстродейству1яцего частотомера для фиксирования частот контрольных точек и арифметически-логического устройства, низкая производительность измерения, так как при перестройке генератора требуется время для установления режимов генератора на новой частоте.

Известно также устройство для измерения абсолютноЕо значения фазовой задержки, содержащее генератор

синусоидальных колебаний, соединенный с формирователем счетных импульсо аи с первым входом коммутатора. Выход коммутатора подк.шочен к первому входу измерителя фазовой задержки в пределах одного периода и к входу испытуемого четырехполюсника, соединенного выходом с вторым входом измерителя фазовой задержки в пределах

10 одного периода к вторым входом измерителя числа периодов. Счетшлй вход этого измерителя соединен с выходом формирователя счетных импульсов и . входом генератора импульсов. Устрой15ство содержит также сумматор, подключенный к выходам измерителя фазовой задержки в пределах одного периода и измерителя числа периодов, и блок управления, соединенный с управляю20щими входами коммутатора, измерителя числа-периодов и измерителя фазовой задержки в пределах одного периода. При этом, выход генератора импульсов соединен с первым входом измерителя

25 числа периодов и с вторым входом комму т атора 2 JНедостатком устройства является низкая точность при измерении числа

30 периодов, так как измерение числа периодов производится на импульсном сигнале, задержка которого определяется групповой скоростью распространения , отличающейся от фазовой ско.рости. Цель Изобретения - повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем что в устройство для-измерения фазовой задержки четырехполюсника, содер жащее входную и выходную кЛеммы для подключения испытуемого четырехполюс ника, последовательно соединенные (енератор, формирователь и генератор импульсов, коммутатор, фазометр, измеритель числа периодов, сумматор и блок управления, выходы которого под ключены к соответствующим звходам коммутатора, фазометра и измерителя числа периодов, выход которого соединен с сумматором, входная и выходная клеммы подключены к фазометру, выход которого соединён с входом сумматора, выход генератора через коммутатор подключен к входной клемме, а выход формирователя и выходная клемма соединены с соответствующими входами измерителя числа периодов, введены блок регулируемой задержки, соединенный выходом с входом коммута тора, а входами - с выходами генератора импульсов и фазометра, линия .задержки, выход которой соединен с соответствующим,входом измерителя адсла периодов, а вход с выходом геитератора импульсов. На фиг,. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства;. на фиг..2 - временная диаграмма, поясняющая работу предлагаемого устройства. Устройство для измерения фазовой задержки четырехполюсника содержит генератор 1 синусоидальных колебаний соединенными с формирователем 2 счет ных импульсов и с первым входом 3 коммутатора 4. Генератор синусоидальных колебаний - генератор с квар цевым резонатором. Формирователь счетных .импульсов представляет собо усилитель-ограничитель. Выход коммутатора 4 подключен к входу испытуемого четырехполюсника 5 и к первому входу б фазометра 7, представляющему собой стробоскопич ский фазометр, проградуированный в единицах времени. К выходу испытуемого четырехполюс ника 5 подключен второй вход 8 фазометра 7 и второй вхо;р 9 измерителя 10 числа периодов, счетный вход 11 которого соединен с выходом формирователя 2 счетных импульсов и входом генератора 12 импульсов. Измеритель 10 числа периодов содержит схему совпадения (пуск-стоп) и счетчик импульсов. Генератор 12 импульсов содержит схему синхронизация (делитель счетных импульсов) и выходной формирователь . Выход генератора 12 импульсов через линию задержки 13 подключен к первому входу 14 измерителя 10 числа периодов, и через блок 15 регулируемой задержки - к второму входу 16 коммутатора 4.. Блок регулируемой задержки может представлять собой, например, набор кабелей. Коммутируемых электронными ключами, причем управляивдий вход блока подключен к выходу измерителя фазовой задержки в пределах периода. Сумматор 17, входящий в устройство, подключен к выходам фазометра 7 и измерителя 10 числа периодов. Блок 18 управления выходакш подключей к управляющему входу измерителя 10 числа периодов, и управляю-, щему входу коммутатора 4 и управляющему входу фазометра 7. Блок управления содержит задающий низкочастотный генератор (100-200 Гц) подключенный к распределителю управляющих сигналов. Устройство -работает следующим образом. По команде с блока 18 управления коммутатор 4 подключает вход испытуемого четырехполюсника 5 к выходу генератора 1 синусоидального сигнала, и фазометр 7 измеряет фазовый сдвиг t между входным и ваходным сигналагди четырехполюсника. Код измеренной величины задержки в пределах периода поступает на управляющий вход блока 15 регулируемой задержки и уменьшает его задержку на величину t . Блок 15 регулируемой задержки и линия 13 задержки настроены так, что в исходном состоянии обеспечивают задержку сигнала в один период счетного импульса. По второй команде с блока управления коммутатор 4 подключает вход испытуемого четырехполюсника через блок 15 регулируемой задержки к выходу генератора 12 импульсов. По это же команде измеритель 10 числа периодов подсчитывает количество (п) счетных импульсов, соответствующих числу периодов, поступивших на измеритель за время между приходом на первый вход 14 измерителя 10 числа периодов импульса,прошедшего через линию задержки 13 с выхода генератора импульсов (стартимпульс) , и импульса, пришедшего с выхода испытуемого четырехполюсника (стоп-импульс) на второй вход 9 измерителя числа периодов. С фазометра в пределах периода 7 и измерителя 10 числа периодов коды результатов измерения поступают на сумматор. Результат измерения абсолютной величины фазовой задержки на выходе сумматора представлен в виде f пТ . t . На фиг.2 приведены временные ди rpavMi, поясняющие работу устройст ва. На первой диаграмме приведены осциллограммы вхойцого-н выходного и сигналов испытуемого четырехполюсника при измерении фазовой задер ки в пределах периода Точка О - на чало отсчета, а точка 0 конец отсчета. Интервал времени между точка ми О и о является временем абсолютн фазовой задержки испытуемого четыре полюсника Тф . В данном случае в этом интервале укладывается два периода синусоидального напряжения (п- 2); и еще часть периода t. 2Т + t . На второй диаграмме приведены входной и выходной сигналы испытуемого четырехполюсника при определении целого числа периодов синусоидального сигнала, укладывающихся в интервале абсолютного фазового времени задержки испытуемого четыре -полюсника. Из диаграмкы видно, что §, интервале времени между входными и выходными импульсами (между точка ми О и J ) укладываются три целых периода синусоидального напряжения, т.е. число периодов определено не правильно. Это происходит noTjpMy, что групповая фазовая v(j .скорости распространения сигнала не одинаковы (vrp Уф) , а количество периодов для фазовой задержки определяется с помощью импульсного сигнала, который распространяется по испытуемому четырехполюснику с груп повой скоростью, меньшей фазовой. Для большинства четырехполюсников (в частности,для линий задержки цветного телевидения) выполняются условия Чр- ф гр- ф-- где t - время абсолютной группово задержки; C-j. - время абсолютной фазовой задержки. Величина bt может принимать любое значение от О до Т в зависимост от индивидуальных свойств испытуемо го четырехполюсника. (При нёвыполнении условия ut Т можно понизить частоту синусоидального сигнаша). Из диаграммы фиг.2 имеем iT + %р Сф ut + t + At и

измеритель числа периодов для данного случая зафиксирует число периодов, равное 3. .

Устройство для измерения фазовой задержки четырехполюсника, содержащее входную и выходную клем1 л для Если уменьшить время групповой задержки четырехполюсника на величипТ + At V ), то измеритель Числа периодов будет фиксировать число периодов, укладывающихся в интервале времени ,, которое равно числу периодов, укладывающихся в интервале времени абсолютной фазовой задержки Тф (для случая, приведенного на диаграмме, T,.. в целых периодах равно 2). Уменьшить задержку можно путем сдвига точки f конца отсчета измерителя числа периодов влево (диаграмма 2 фиг.2). Операцию сдвига в предлагаемом устройстве (фиг.1) выполняет блок 15 регулируемой задержки. Линия 13 задержки служит для компенсации начальной задержки блока регулируемой задержки 13, равной периоду синусоидального сигнала. При уменьшении групповой задержки на величину t точки конца отсче-. та для групповой {Г и фазовой О задержек окажутся в пределах одного периода синусоидального сигнала (фиг.2). Таким образом, предлагаемое, устройство позволяет измерять фазовую задержку, с малой величиной погрешности . Малая величина погрииности устройства определяется в основном тем, что в устройстве исключается возMoxfHocTb ошибки в один счетный импульс (период синусоидального напряжения) и общая погрешность измерения определяется погрешностью измерителя фазовой задержки в пределах одного периода, т.е.-погрешностью фазометра. Современные фазометры позволяют измерять временные сдвиги .с погрешностью не хуже сотых долей наносекунда.. Без предлагаемого сдвига входного импульса метод измерения фазовой задержки в два этапа практически не применяем. Увеличение точности измерения обусловлено введением операции вы штания из времени групповой задержки времени фазовой задержки в пределах одного периода. Операция вычитания обеспечивается путем сдвига точки конца отсчета, для чего введен блок регулируемой задержки. Формула изобретения

подключения испытуемого чеа-ырехполюсника, последовательно соединенные генератор, формирователь и генератор импульсов, коммутатор, фазометр, измеритель числа периодов, сумматор и блок управления, выходы которого подключены к соответствующим входам коммутатора, фазометра и измерителя числа периодов, выход которого соединен с сумматором, входная и выходная клеммы подключены к фазометру, выход которого соединен с входом сумматора, выход генератора через коммутатор подключен к входной клемме, а выход формирователя и выходная клемма соединены с соответствующими входами измерителя числа периодов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него

введены блок регулируемой задержки, соединенный выходом с входом коммутатора, а входами - с выходами генератора импульсов и фазометра, линия задержки, выход которой соединен с соответствующими входом измерителя числа периодов, а вход - с выходом генератора импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Ultraso,nic delay Line. National technical report, 1972, v.l8,

№ 4.

2.Павлов В.A. Анализ метода коН троля времени задержки ультразвуковых линий по образцу. - Вопросы радиоэлектроники, сер. ОТ, 1971, вып.10, с.112.

t

. г niT- ti