Фазоизмерительное устройство

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в метрологии, спектроскопии малых концентраций газов, а также в системах контроля Различных технологических процессов.Цель изобретения - повышение чувствительности устройства и расширение области его применения, заключающееся в воэйожности производить измерения более малых концентраций газов, более широкого набора газов, а также производить исследование частоты поверхности материалов и тонких пленок.На Фиг.1 представлено фаэоизмерительное устройство", на Фиг.2 и 3 изображены соответственно широтно- импульсный модулятор и управляемый фазовращатель фазоизмерительного устройства.Фазоизмерительное устройство (фиг,1) содержит входной усилитель. 1, синхронный интегратор 2, апериодический усилитель 3, синхронный детектор 4, последовательно соединенные друг с другомгенератор 5 опорной частоты, подключенный через Фазовращатель 6 к входу первого формирователя 7 опорного напряжения, выход которого подключен к соответствующим входам синхронного интегратора 2 и синхронного детектора 4, а также содержит два фазовращателя 8 и 9 с фиксированными фазовыми сдвигами на + - радиан и на4й- радиан соответственно входы 4Экоторых подключены к выходу первого формирователя 7, а выходы через формирователи 10 и 11 опорного напряжения подключены к соответствующим входам синхронных интеграторов 12 и 13, сигнальные входы которых объединены и подключены к выходу входного усилителя 1, а выходы подключены.у синхронного интегратора 12 к инвертирующему входу операционного усилителя 14, собранного по схеме вычитания сигналов, у синхронного интегратора 13 - к неинвертирующему входу операционного усилителя 14, выход которого подключен через последовательно соединенные интегратор 15 и широтно-импульсный модулятор 16 к управляющему входу управляемого фазовращателя 17, сигнальный вход которого соединен с50 Пусть на вход управляемого фазовращателя 17 поступает смесь сигнала и шума, и пусть фазовращатель 6 в исходном состоянии выдает фазу сигнала такой, что она совпадает сфазой опорного напряжения, Формируемого Формирователем 7.Через входной усилитель 1 смесь шума и сигнала поступает на синхронвходом устройства, на который поступает исследуемый сигнал, а выходподключен к входу входного усилителя 1.Широтно-импульсный модулятор 16фазоизмерительного устройства(фиг.2) содержит генератор 18 пилообразного напряжения, выполненнойпо любой схеме, операционный усили О тель 19, собранный по схеме вычитания сигналов, первый вход которогосоединен с входом широтно-импульсного модулятора, а второй вход подключен к движку потенциометра 20, 15 выход усилителя 19 подключен к первому входу компаратора 21, второйвход которого подключен к выходугенератора 18 пилообразного напряжения, а выход компаратора 21 соединен я с ВыхОдОм широтно-импульсного модулятора 16.На фиг.3 представлена схема управляемого Фаэовращателя 17, в качестве которого использована схема 25 известного ШИ-ДАУ 1 с -Фазовращателя. Он содержит операционный усилитель 22 совместно с КС -цепью образующий схему фаэовращателя, иполевой транзистор 23, являющийсяФазорегулирующим элементом.Вход и выход усилителя 22 соединены с входом и выходом управляемого фазовращателя, а затвор полевого транзистора 23 соединен с управляющим входом управляемого фазовращателя 17.Фазоизмерительное устройствоработает следующим образом.Генератор 5, фазавращатели б,8 и 9 совместно с формирователямиопорного напряжения 7,10 и 11 Формируют три сигнала опорного напряжения, из которых сигнал, формируемыйформирователем 7, является основным,а сигналы, формируемые формирователями 10 и 11, - вспомогательными,причем эти сигналы по фазе сдвинуты относительно основного опорногосигнала на 1 - радиан.4О 15 20 25 30 40 45 50 55 ные интеграторы 2, 12 и 13, на выходах которых выделятся сигналы; навыходе синхронного интегратора 2 -пропорциональный амплитуде входногосигнала, на выходах синхронных интеграторов 12 и 13 - пропорциональный амплитуде входного сигнала иобратно пропорциональный сдвигу фазопорных сигналов синхронных интеграторов 12 и 13 от Фазы опорногосигнала синхронного интегратора 2.Таким образом, на выходе синхронного интегратора 2 имеется макси-мальный выходной сигнал, а на выходах синхронных интеграторов 12 и13 - сигналы по амплитуде меньше,но равные друг другу, в связи счем на выходе усилителя 14 и интегратора 15 выходной сигнал равеннулю, соответственно широтно-импульсный модулятор 16 сигнала насвоем выходе не изменяет и фаза сигнала на выходе управляемого фазовращателя 17 остается прежней.Если в смеси шум-сигнал фаза сигнала не изменяется, а амплитуда начинает меняться, то начинают меняться выходные сигналы на выходахсинхронных интеграторсв 2, 12 и 13,но так как равенство сигналов синхронных интеграторов 12 и 13 не нарушается, на выходе усилителя 14 .иинтегратора 15 сигнал остается равным нулю, в результате чего фазасигнала на выходе управляемого фазовращателя 17 не изменяется,Если же в смеси шум-сигнал начинает изменяться Фаза сигнала, тоначинают изменяться сигналы навыходах синхронных интеграторов 12и 13, причем, в зависимости от знакаухода фазы сигнала, сигнал на одномсинхронном интеграторе начинаетуменьшаться, а на другом - возрастать. Возникает неравенство амплитудсигналов на входах усилителя 14, навыходе которого появляется сигнал,пропорциональный уходу фазы сигнала.Этот сигнал, проинтегрированный интегратором 15, воздействует на широтно-импульсный модулятор 16 иприводит к образованию на выходеширотно-импульсного модулятора 16сигнала, по которому управляемыйфазовращатель 17 возвращает уходящую Фазу входного сигнала к согласованному с Фазой опорного напряже-.ния, формируемого формирователем 7,положению,Формула изобретения Фазоизмерительное устройство, содержащее последовательно соединенные входной усилитель, первый синхронный интегратор, апериодический усилитель и синхронный детектор, генератор опорной частаты, подклю" ченный через фазовращатель к входу первого формирователя опорного напряжения, выход которого подключен к соответствующим входам первого синхронного интегратора и синхронного детектора, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повьйпения чувствительности и расширения области применения, оно дополнительно содержит два Фазовращателя с Фиксированными фазовыми сдвигами, второй и третий Формирователи опорного напряжения, два синхронных интегратора, усилитель, интегратор, широтно- импульсный модулятор, управляемый фазовращатель, причем Фазовращатели с фиксированными фазовыми сдвигами подключены входами к выходу первого Формирователя опорного напряжения, входы второго и третьего Формирователей опорного напряжения соединены с выходами соответствующих Фазовра-, щателей с фиксированными фазовыми сдвигами, управляющие входы второго и третьего синхронных интеграторов подключены к выходам третьего и второго формирователей опорного напряжения соответственно, сигнальные входы второго и третьего интеграторов объединены и подключены к выходу входного усилителя, сигнальный выход второго синхронного интеграВтора подключен к инвертирующему входу усилителя, а сигнальный выход третьего синхронного интегратора подключен к неинвертирующему входу усилителя, выход которого подключен к входу интегратора, подключенного выходом к входу широтно-импульсно. - го модулятора, выход которого подключен к управляющему входу управляемого фаэовращателя, сигнальный вход которого соединен с входом устройства, а выход подключен к входу входного усилителя.1223162 Щиг едактор Е. Пап оставитель Н. Агееваехред И,Попович Корректо каэ 1708/48 В 1130 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 Тираж 728И Государственногделам изобретениМосква, Ж, Р Подписноекомитета ССи открытийшская наб.,