Устройство для измерения среднего значения разности фаз

ОП И С А Н И Е ,0009 зИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциапистнческихРеспубики К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТВУ(23) ПрноритетОпубликовано 28. 02,83. Бюллетень8 Дата опубликования описания 28,02.83(53) УДК 621.317.77(088.8) вв левам изобретений н открытнй) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ РАЗНОСТИ ФАЗ ва, 15аизвестного устрои ь измерений из-за й способности Фаз 1Изобретение относится к измерительной технике связанной с измерением фазовых сдвигов электрических колебаний, и может быть использовано при разработке фазометров, пред назначенных для различных радиотехни ческих систем.Известно Фазометрическое устройство, содержащее блоки Формирования опорного и измеряемого сигналов и Фа зовый .детектор, на выходе которого выделяют постоянное напряжение, по величине которого судят об измеряемо разности фаз Г 13Недостаток "ст низкая тоцност м лой разрешающе овых детекторов.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является Фазометрицеское устройство, содержащее Формирователи опорного и информационного сигналов в виде двух преобразо- вателей частоты с общим гетеродином,2 .преобразователь Фазового сдвига во временной интервал и цифровой измери" тель временного интервала. Достоинством такого устройства является представление результата в цифровой фор". ме 12.Однако такие устройства имеют недостаточную точность измерений.Цель изобретения - повышение точности измерений.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения среднего значения разности Фаз, содержащее два преобразователя частоты в опорном и информационном каналах собщимгетеродином, подключенным к входам преобразователей частоты, введены .последовательно соединенные первый однополосный смеситель, второй однополосный смеситель, узкополосный резонансный усилитель, третий однополосный смеситель, четвертый однополосный смеситель и широкополосный усилитель, выход которого соединен с первым вхо".1000931 дом первого смесителя, причем выход преобразователя частоты в информационном канале соединен с вторым входом первого смесителя, а выход преобразователя частоты в опорном йанале соединен с вторым входом четвертого сме" сителя, кроме того, дополнительно установлены линия задержки и последовательно соединенные фазовый детектор, блок перестройки и перестраиваемый по 1 Оl ъчастоте генератор, при этомвходы Фа" зового детектора соединены состветственно с входом и выходом резонансного усилителя выход перестраиваемого генератора соединен с вторым входом тре тьего смесителя и через линию задержки с вторым входом второго смесителя.Введение четырех однополосных сме". сотней, узкополосного резонансного усилителя, широкополосного усилителя, 20 "линии задержки фазового детектора, блока перестройки и перестраиваемого по частоте генератора, а также соответствующих связей между узлами позволяет повысить точность измерений, 25 На чертеже изображена блок-схема,предлагаемого устройства. 1Устройство содержит два преобразователя 1 и 2 частоты соответствен-,30 но в информационном и опорном каналах и общий для этих преобразователейгетеродин 3, а также последова-тельго соединенные первый однополосный смеситель 4, второй однополосный смеситель 5, узкополосный резонансный усилитель б, третий однополосный смеситель 7, четвертый однополосный сме ситель 8, широкополосный усилитель 9, выход которого соединен с входом 4 в первого смесителя 4. Второй вход первого смесителя 4 соединен с выходом преобразователя 1 частоты в информационном канале, а второй вход четвертого смесителя 8 - с выходом преобразователя 2 частоты в опорном канале. Кроме того, устройство содержит последовательно соединенные Фазовый детектор 10, блок 11 перестрой. ки, перестраиваемый по частоте генератор 12 и линию 13 задержки. Входы фазового детектора 10 подключены соответственно к входу и выходу резонансного усилителя 6, выход линии 13 за",. держки соединен с вторым входом вто рого смесителя 5, а выход генератора 12 - с вторым входом третьего смесителя 7. 4,Устройство работает следующим об разом.Входные опорный и информационный сигналы с помощью преобразователей 1 и 2 частоты с общим гетеродином 3 преобразуются в колебания с промежуточной частотой Шо, причем измеряемая разность фаз д М, содержащаяся в информационном входном сигнале, без изменения переносится на колебание, выделяемое на выходе преобразова теля 1 частоты в информационном канале, Это колебание поступает на второй вход первого однополосного смесителя 4, на первый вход которого подается с широкополосного усилителя 9 колебание с частотой ш 1, в результате гетеродинирования на выходе этого смесителя выделяется колебание с суммарнойьи +и 1, или разностОной щ о -ю 1 частотой. Это колебание подается на вход второго однополосного смесителя 5, на второй вход которого поступает с выхода линии 13 задержки колебание с частотой Ю 2 . На выходе второго смесителя 5 выделяется колебание с суммарной Мо++Ш,1 фц 2, (или разностной шо- М) частотой, которое затем усиливается в узкополосном резонансном усилителе 6 и поступает на вход третьего однополосного смесителя 7. На второй вход смесителя 7 поступает колебание с частотой шрс генератора 12,в результате гетеродинирования на его выходе выделяется колебание с разностной о+ ",1+2=0+ или сун марной фас"щ, -02+ЯО 1 о-шчастотой. Это колебание поступает на вход широкополосного усилителя 9. Последовател но соединенные первый смеситель 4, второй смеситель 5, резонансный уси литель 6, третий смеситель 7 и четвертый смеситель 8 образуют ,цепь обратной связи широкополос,ного усилителя 9. Причем первый 4 и четвертый 8 смесители позволяют путем возвратного гетеродинирования ввести измеряемую разность фаз ЬЮ в цепь обратной связи. Второй 5 и третий 7 смесители позволяют ввести путем возвратного гетеродинирования в цепь обратной связи Фазовый набегщ Т, образующийся при прохождении колебания генератора 12 через линию 13 задержки с временем задержки ь 3 . При достаточно высоком коэффициенте усиления резонансного усилителя 6 и ши3 нала ус е я 9.Иэ условия Фаз следует, что частота колебаний генератора 12 при за"данных значениях параметров,эШООМР, СЭ определяется величиной изме- В ряемого Фазового сдвига ВЧ, Изме"ряя с помощью частотомера частотуколебаний генератора 12, можно определить значение йЧ .При изменении величины ВЧбудетф изменяться вносимый фазоВый сд Ви гв цепи обратной связи широкополосного усилителя 9, и условие фаз будет выполняться на некоторой другойчастоте. При этом изменится часто" 2 В та колебаний на выходе резонансногоусилителя 6 и вследствие этого появится напряжение на выходе фазовогодетектора 10. Это приведет, в своюочередь, к перестройке частоты ге"нератора 12. По изменению частотыгенератора 12, регистрируемому частотомером, можно судить о величинеизменения измеряемого Фазового сдвиГа.30 Погрешность измерения ЬЧ с помощью такого устройства определяет"ся в основном нестабильностью частоты, генератора 12 и при условии,дР О)О ."ЭЭ =Равна: удЧ, (, 2)где у - относительная нестабильностьчастоты генератора 12.Относительная нестабильность частоты генератора 12 зависит от нестабильности частоты автоколебаний в си"стеме от нестабильности частоты автоколебаний в системе, образованной широкополосным усилителем 9, смесителями 4 и 5, резонансным усилителем 6 и смесителями 7 и 8, в силуих синхронизации, Применение УЭкополосного усилителя 6 позволяет получить достаточно высокую стабильностьчастоты автоколебаний; а следователь"но, повысить точность измерения. 5 .1000931рокополосного усилителя 9 в замкнутомкольце, обоааованном последовательносоединенными первым смесителем 4, атьрым смесителем 5, резонансным усилителем, третьим смесителем 7, четвер-. тым смесителем 8 и широкополосным усилителем 9, возникают автоколебания с частоТой м 1 на выходе широко"полосного усилителя 9, зависящей от измеряемого фазового сдвига ДЧ . 8 начальный момент времени автоколебания могут не существовать, в этом случае блок 11 перестройки работает в режимепоиска и перестраивает час" тоту генератора 12 от минимального значения в сторону увеличения, При . некотором значении частоты генератора 12 возникают автоколебания на выходе широкополосного усилителя 9, а следовательно, и на выходе резонансного усилителя 6. Причем частота автоколебания на выходе резонансного усилителя 6 несколько отличается от его резонанасной частоты, и колебание на выходе усилителя 6 сдвинуто по фазе относительно его входного колебания на величину 9. На выходе Фазового детектора 10 существует напряжение, отличное от нуля,Под действием напряжения, снимаемого с выхода фазового детектора 10 и подаваемого на вход блока 11 перестройки последний переходит в режим сопровождения и в установившемся режиме подстраивает частоту генератора 12 таким образом, чтобы частота колебаний на выходе усилителя 6 точно равнялась ее резонансной частоте. 8 стационарном установившемся режиме частота колебаний ц 0 на Ьыхо" де широкополосного усилителя 9 и частота ш генератора 12 определяются условием фаз для замкнутой автоколебательной системы, состоящей из усилителя 9 с цепью обратной связи, образованной последовательно включенными смесителями 4 и 5, резонансным усилителем 6 и смесителями 7 и 8. Условие фаз можно представить в ви- де 4Я при инвертировании сигнала в одном из усилителей6 или 9;2 Я при неинвертировании сиг"в илит л х 6 игде ш - резонансная частота настРройки резонансного усилителя 6;время запаздывания сигнала в широкополосном усилителе 9 Иэ выражения 12 ) следует, что при стабильности частоты колебаний гете- родина=10 погрешность измерения Фазового набега аМ=23 т достигает ;-1 8 10 . С уменьшением й Ю пог" 0 Т арешност ь измерений уменьшается .Следовательно, предлагаемый фаэометр позволяет повысить точность из1000931 а каз 1 372/4 аж 70 ИИП одпис Проектная,мерений по сравнению с устройствомпрототипом. Формула изобретения 5 Устройство для измерения среднего значения разности фаэ, содержащее два преобразователя частоты в опорном и информационном каналах с общим ге- в теродином, подключенным к входам преобразователей частоты, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены последовательно соединенные первый однополосный смеситель, второй однополосный смеситель, узкополосный резонансный усилитель, третий однополосный смеситель, четвертый однополосный смеситель и щирокополос ный усилитель, выход которого соединен с первым входом первого смесителя, причем выход преобразователя илиал ППП "Патент", г, Ужгоро частоты в информационном канале соединен с вторым входом первого смесителя, а выход преобразователя частоты в опорном канале соединен с вторым входом четвертого. смесителя, кроме того, дополнительно установленалиния задержки и последовательно соединенные фазовый детектор, блок перестройки и перестраиваемый по частоте генератор, при этом входы фазового детектора соединены соответственно с входом и выходом резонансного усилителя, выход перестраиваемогогенератора соединен с вторым входомтретьего смесителя и через линию задержки с вторым входом второго смесителя. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Лвторское свидетельство СССР11 489372, кл, 6 01 й 25/00, 197"2, Соловов 8. Я Фазовые измерения,И., "Энергия", 1973, с, 29-42.