Фазометр Советский патент 1982 года по МПК G01R25/00 

ИзоСретение относится к измеритель: ной технике, связанной с измерением разности фаз двух электрических колебаний, и может быть использовано при разработке фазометрических устройств, предназначенных для различных радиотехнических систем.

Известно устройство, содержащее блоки формирования опорного и информационного йигналов в виде двух преобразователей частоты С; общим гетеродином, преобразователь фазового сдвига во временной интервал и циФровой измеритель временного инт,ервала l..

Достоинством такого устройства является представление результата измерений в цифровой форме. Однако такие устройства имеют недостаточную точность измерений.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее в информационном и опорном каналах два смесителя с общим перестраиваемым по частоте . гетеродином, фильтры, и формирукнцие блоки, блок формирования временного .интервала, состоящий из кольцевого соединения двух триггеров и элемента совпадения, к второму входу

которого подключен выход формирующего влока информационного канала, последовательно соединенные второй элемент совпадения и счетчик, причем один вход элемента совпадения соединен с выходом первого ;триггера, второй вход которого подключен к выходу формирующего блока в опорном канале, последовательно соединенные

10 фазовый детектор, фильтр нижних частот с усилителем постоянного тока и блок перестройки гетеродина, вход опорного канала соединен непосредственно с вторым входом второго эле15мента совпадения и через делитель частоты с входом фазового детектора, второй вход которого подключен к выходу формирующего блока в опорном канале 2Д.

20

Это устройство также обладает недостаточной точностью измерений из-sa большой фазоамплитудной погрешности, обусловленной изменением задержки нуль-переходов выходного сигнала

25 временных дискриминаторов (триггеров) по отношению к нуль-переходам входного сигнала. Креме того, данному устройству присущи погрешности квантования, погрешности преобразования

30 фазовых интервалов в цифровой код из-за конечности длительности квантующих импульсов и из-за конечности времени переходных процессов в цепях фазометров. Целью изобретения является повышение точности и:змерения. Поставленная цель достигается тем что в фазометр, содержащий в двух каналах по два смесителя с общими для каждого смесителя гетеродинами, последовательно соединенные фазовый детектор, фильтр нижних частот и блок перестройки гетеродина, а также регистрирующий блок, введены пос ледовательно соединенные в кольцо третий смеситель, широкополосный усилитель, четвертый смеситель и- ре зонансный усилитель, причем Вторые входы третьего и четвертого смесителей соответственно соединены с вы ходами вторых смесителей в обоих ка налах, входы фазового детектора сое динены соответственно с выходом и входом резонансного усилителя, а ре гистрирующий блок подключен к гетеродину. На чертеже представлена функциональная устройства. Устройство содержит первце смесители 1 и 2 соответственно в опорном и информационном каналах и общий для этих смесителей гетеродин 3 вторые смесители 4 и 5 соответствен но в опорном и информационном канал с общим перестраиваемым по -частоте гетеродином б. Перестройка гетеродина осуществляется с помощью блока 7 перестройки, подсоединенного к пе рестраиваемому гетеродину 6. Кроме того, устройство содержит последова тельно соединенные в кольцо третий смеситель 8, широкополосный усилитель 9, четвертый смеситель 10 и узкополосный резонансный усилитель 11, в состав которого входит фазовращатель 12, выход усилителя 11 подключен к входу фазового детектора 13. При этом выход второго смесителя 4 соединен с вторым входом третьего смеси5теля 8, выход второго смесителя 5 соединен с вторым входо четвертого смесителя 10, выход кото рого подключен к второму входу фазо го детектора 13. Выход фазового дет тора 13 через фильтр 14 нижних часто соединен с входом управления блока перестройки, Выход перестраиваемого гетеродина 6 также подсоединен к входу частотомера 15. Устройство работает следующим об разом. Входные опорный и информационный сигналыс помощью смесителей 1 и 2 с общим гетеродином 3 преобразуются в колебания с промежуточной частотой ifo При этом измеряемый фазовый сдвиг &Ч, содержащийся в информационном входном сигнале, без изме нения переносится на колебание, выделяемое на выходе смесителя 2 в информационном канале. Колебание с выхода смесителя 1 в опорном канале поступает на вход второго смесителя 4, на выходе которого выделяются колебание, с суммарной частотойчь-о +и, где частота колебаний гетеродина 6. Колебание с частотой UJ поступает на вход третьего смесителя 8, на выходе которого -выделяется колебание с суммарной разностной . частотой, где и/ - частота колебания, поступающего на первый вход смесителя 8 с выхода усилителя 11. Колебание с выхода смесителя 8 поступает на вход широкополосного усилителя 9, усиливается и затем подается на вход четвертого смесителя 10, на второй вход которого поступает колебание с частотой и)с выхода второго смесителя 5 в информационном канале. На выходе смесите-; ля 10 выделяется колебание с разностной или суммарной частотой и поступает на вход резонансного усилителя -11. Последовательно соединенные третий смеситель 8, широкополосный усилитель 9 и четвертый смеситель 10 образуют цепь обратной связи резонансного усилителя 11, и при достаточно высоком коэффициенте усиления усилителя 11. в этой системе возникают автоколебания. В начальный момент времени автоколебания могут не существовать, в этом случае блок 7 перестройки работает в режиме поиска, и перестраивает частоту гетеродина б рт минимального значения в сторону увеличения.При некотором значении частоты гетеродина 6 возникают автоколебания на выходе усилителя 11 с частотой, несколько отличной от резонансной частотыбе . При этом колебание на выходе усилителя 11 сдвинуто по фазе относительно его входного колебания на величину Ify, и на выходе фазового детектора 13 будет напряжение, отличное от нуля. Под действием напряжения, снимаемого с выхода фазового детектора 13 и подаваемого через фильтр 14 нижних частот на вход управления блока 7 перестройки, последний переходит в режим сопровождения и в установившемся режиме подстраивает частоту гетеродина б ( таким образом, чтобы частота колебаний на- выходе усилителя 11 точно равнялась ее разностной частоте (X{j, В стационарном установившемся режиме частота колебаний Ct на выходе усилителя 9 и частота Wi гетеродина .6 определяется условием фаз для замкнутой автоколебательной системы, -состоящей из усилителя 11 с цепью обратной связи, образованной последовательно соединенными третьим смесителем 8, широкйполосным-усилителем 9 и четвертым смесителем 10 Условие фаз можно представить в следующем виде: о/.-Гзд- tf 1) время запаздывания сигнгала в широкополосном усилителе 9; Д - измеряемый-фазовый сдвиг при инвертировании сиг,иала в одном из усилителей 9 или 11 при неиивертироваиии сиг нала в усилителях 9 и 11 Из услови я фаз следует, что частота колебаний tilf и частота гетеродина 6a/2. {fcir( (i/0-f) при заданн значениях параметров и j опреде ляется величиной измеряемого фазово го сдвига Д/ Измеряя с помощью частотомера 15 частоту колебаний гетеродина 6 или частоту колебаний на выходе усилителя 9, нетрудно опр делить значение ДР, При изменении величины Д меняется вносимый фазовый набег в цепи обратной связи резонансного усилите 11, и условие фаз выпол няется на не которой другой частоте. При этом изменяется частота колебаний на выходе резонансного усилителя 11 и вследствие этого появляется напряжение на выходе фазового детектора 13. to приводит, в свою очередь,, к перестройке частоты гетеродина 6 По изменению Частоты гетеродина.6, регистрируемому частотомером 15, можно судить о величине изменения измеряемого фазового сдвига Д. Погрешность измерения Л V с помощью такого фазометра определяется в основном нестабильностью частоты гетеродина 6 и при условии, что fb+t% , , (2) где относительная нестабильность частоты гетеродина б. Формула изобретения Фазометр, содержащий в двух каналах по два смесителя с общими для каждого смесителя гетеродинами, последовательно соединенные фазовый детектор, фильтр нижних частот и блок перестройки гетеродина, а также регистрирующий блок, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены последовательно соединенные в кольцо третий смеситель, широкополосный усилитель, четвертый смеситель.- и резонансный усилитель, причем вторые входы третьего и четвертого смесителей соответственно соединены с выходами вторых смесителей в обоих каналах, входы фазового детекторасоединены соответственнос выходом и входом . резонансного усилителя, а регистри руищий блок подключен к гетеродину. Источники, информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Соловов В.Я. Фазовые измере- ния. М., Энергия, 1973, с.29-30. 2.Смирнов П.Т. Цифровые фазометры. Л., Энергия, 1974, с.48-49, рис. 19.