Электронный фазометр

(19) (И) 9 1) 6 01 В 25/04 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКР И ЗОБРЕТЕНИ ЕЛЬСТВУ(46) 15,07.83. Бюл, Мф 26 (72) В.ИьЛуценко, В.Г.Сергеев, В.И.Ткаченко и И.Е.Залогин (71) Харьковский ордена Ленина авиационный институт им. Н.Е.Жуковского (53) 621 317.373 (088.8)(56) 1. Авторское свидетельство СССР И 864181, кл, О 01 К 2 Б/04, 1 Э 61 (54)(57) ЭЛЕКТРОННЫЙ ФАЗОМЕТР по авт. св. Р 864181, о.т л и ч а - ю щ и й с я тем, что, с целью. повышения точности измерений, в него введены дополнительный фазовый детектор, первый и второй коммутаторы, фильтр нижних частот, генератор низкой частоты и блок управления, причем резонансный усилитель выполнен перестраиввемым, а его управляющий вход соединен с выходом фильтра нижних частот Вход которо ОПИСАНИЕ н двтоесномУ Св дго соединен с выходом фазового детектора и одним входом дополнительного фазового детектора, второй вход которого соединен с одним из выходов генератора низкой частоты и. управляющим. входом второго коммутатора, а выход - с входом блока управления, выход которого соединен с входом перестраиваемого генератора, а выход последнего соединен с одним из входов второго коммутатора, другой вход которого соединен с выходом линии задержки, а выходы соответственно с входами третьего и четвертого, однополосных модуляторов, входы первого и второго однополосных модуляторов соединены с выходами первого коммутатора, входы которого соединены соответственно с выходами блоков согласования, а управляющий вход - с вторым. выходом генератора низкой частоты5 0 15 20 3010Изобретение относится к фазоизмерительной технике и может бытьиспользовано при создании устройстви систем измерения разности Фаз,По основному авт. св. 8 864181,известен электронный фазометр, содержащий первый и второй блоки согласования, последовательно соединенные первый и второй однополосныемодуляторы, блок подавления амплитудной модуляции, третий однополосныймодулятор, резонансный усилитель.ичетвертый однополосный модулятор,выход которого соединен с вторым входом первого бднополосного модулятораа второй вход - с выходом пинии задержки, вход которой соединен с одним выходом перестраиваемого генератора, второй выход которого соединенсо вторым входом третьего однопо-лосного модулятора, а вход - с выходом фазового детектора, первыйвход которого соединен с выходомрезонансного усилителя, а второйс выходом опорного генератора 1 .Недостатком данного устройстваявляется низкая точность измерений,обусловленная нестабильностью фазовых характеристик элементов преобразовательного тракта.1Целью изобретения является повышение точности измерений.Поставленная цель достигаетсятем, что в электронный Фазометр,содержащий первый и второй блокисогласования, последовательно соединенные первый и второй однополосныймодуляторы, блок подавления амплитудной модуляции, третий однополосныймодулятор, резонансный усилитель ичетвертый однополосный модуляторвыход которого соединен со вторымвходом первогооднополосного модулятора, а второй вход - с выходомлинии задержки, вход которой соединен с одним из выходов перестраиваемого генератора, второй выход которого соединен со вторым входом третьего однополосного модулятора, авход - с выходом Фазового детектора,первый вход которого соединен с выходом резонансного усилителя, а второй - с выходом опорного генератора,введены дополнительный Фазовый детектор, первый и второй коммутаторы,фильтр нижних частот, генератор низкой частоты и блок управления,причем резонансный усилитель выпол-,нен перестраиваемым, а его управляю 29099 2 щий вход соединен с выходом Фильтра нижних частот, вход которого соединен с выходом фазового детектора и одним входом. дополнительного Фазового детектора, второй вход которого соединен с одним из выходов генератора низкой частоты и управляющим водом второго коммутатора, а выходсо входом блока управления, выход которого соединен со входом перестраиваемого генератора, а выход последнего соединен с одним из входов второго коммутатора, другой вход которого соединен с выходом линии задержки,1а выходы соответственно со входами " третьего и четвертого однополосных модуляторов, входы первого и второго1однополосных модуляторов соединены с выходами первого коммутатора, входы которого соединены соответственно с" выходвми блоков согласования, ауправляющий вход - со вторым выходомгенератора низкой частоты,На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства Электронный фазометр содержитблоки 1 и 2 согласования в каналахопорного и информационного сигналов.Выходы блоков 1 и 2 согласования через первый коммутатор 3 соединены с первыми входами однополосныхмодуляторов 4 и 5, Выход однополос-,юфного модулятора 4 соединен со вторым входом однополосного модулятора 355 выход которого через блок о подавления амплитудной модуляции, однополосный модулятор 7, резонансныйусилитель 8 и однополосный модулятор 9 соединен со вторым входом однополосного модулятора 4. С выходарезонансного усилителя 8 сигнал подается на вход Фазового детектора10, второй вход которого соединен свыходом опорного генератора 11, ивыход которого черев .фильтр 12 нижних частот соединен с управляющимвходом однополосного модулятораС выхода резонансного усилителя8 сигнал подается на вход фазовогодетектора 10, второй вход которогосоединен с выходом опорного генератора 11, и выход которого черезфильтр 12 нижних частот соединен суправляющим входом резонансного усилителя 8 и непосредственно с входом 55 фазового детектора 13. На второй,вход фазового детектора 13, а такжена управляющие входы коммутаторов3 и 14 подается сигнал с аенвратора1029099 Ц 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55е 615 низкой частоты. Выход Фазового детектора 13 через блок 16 управления соединен с управляющим входом перестраиваемого генератора 17, выходной сигнал которого непосредственно и через линию 18 задержки подается на коммутатор 111 и далее. на вторые входы однополосных модуляторов 7 и 9.Предлагаемое устройство работает следующим образом.Предположим, что связь между блоками 8 и 12 разорвана и резонансный усилитель. 8 (в этом случае) настроен на частоту опорного генератора 11 и =щ 0,Предположим также,. что разорввна связь между блоками 17 и 16 и перестраиваемый генератор 17 генерирует. при этом колебания частоты ы,о, при которой фазовый сдвиг сигнала в линии 18 задержки равен Чз =Сз жг 1 т,2 КЛ, где К=1,2 з- запаздывание в линии 18 задержки,Предположим, наконец, что измеря-емый фазовый сдвигЧ О и скомпенсированы все аппаратурные фазовые сдвиги, т.е. 9 =О.При положительной полуволне напряжения с выхода генератора 15 низкой частоты выходные сигналы блоков 1 и 2 согласования подаются соответственно на входы однополосных моду- . ляторов гг и 5, выходной сигнал перестраиваемого генератора 17 подается на вход однополосного модулятора 7 и сигнал с линии 18 задержки - на вход однополосного модулятора 9, Пусть однополосные модуляторы ч и 7 выделяют разностную частоту сигналов, действующих на их,входах, а однополосные модуляторы 5 и 9- суммарную. Тогда можно утверждать, что частоты сигналов на выходе одно- полосного модулятора 5 и втором входе однополосного модулятора 11 одинаковы, но выходной сигнал блока 5 имеет Фазовый сдвиг, равный измеряемому +,з;ц(нулю, еслибыз=0) . Выходной сигнал однополосного модулятора 9 сдвинут по фазе.относительно входного сигнала однополосного модулятора 7 на угол -Ч 3(равный 2 КУ, еслибы=ЪфВ предлагаемом устройстве при достаточно большом коэффициенте уси-. ления резонансного усилителя 8 в коль це, образованном блоками ч, возбуждаются автоколебания, поскольку указанное кольцо представляет собой замкнутую систему, которая при выполнении условий баланса Фаз и ампли туд становится автогенератором. При сделанных выше предположениях(Ч ,=0 ,мЗМ М "2 ЛК Ч= О,.ир =я) частота устаэ" .новившихся колебании (на выходе резонансного усилителя) равна 1 и, так как именно для этого значения частоты выполняется условие баланса фаз.При отрицательной полуволне напряжения .с выхода генератора 15 выходные сигналы блоков 1 и 2 согласования подаются соответственно на входы однополосных модуляторов 5 и 11, выходной сигнал перестраиваемого генератора 17 подается на вход:однополосного модулятора 9, а сигнал с линии 18 задержки - на вход однополосного модулятора 7, Таким образом, разность Фаз сигналов на выходе блока 5 и входе блока 4 в Чизб, а на выходе блока9 и входе- +,гз= ш .Поскольку при сделанных предположениях Ю =.О и Ч =2 Кл, работа коммутаторов не приводит к изменению частоты сигнала на выходе резонансного усилителя 8, В этом случае на выходе Фильтра 12 нижних частот существует. какое-то неизмененное напряжение, определяемое равенством частот сигналов, подаваемых на фазовый детектор 1 О. Заметим, что положение не изменяется и при замыкании связи между блоками 8 и 12, Частота сигнала на выходе резонансного усилителя 8 равна ю и на выходе Фазового детектора 10 и фильтра 12 будет постоянное напряжение, поддерживающее данное значение частоты настройки резонансного усилителя. Замыкание связи между блоками 17 и 16 в этом случае также не вызывает изменений, поскольку на выходе фазового детектора 13 нулевое напряжение, со-. ответствующее значению частоты перестраиваемого генератора 17 и =тяго,Предположим теперь, что из-за нестабильности Фазовых характеристик аппаратуры в кольце автогенератора,образованного блоками 1, 5, 6, 7,8 и 9, Фазовый сдвиг стал отличенот нуля. В этом случае условия баланса Фаз выполняются уже на новойчастоте и на выходе резонансногоусилителя 8 частота автоколебанийбудет уже(ио+я, где Я - откяонениечастоты сигнала относительно частоты настройки резонансного усилителя029099 5 1 8, при которой фазовый сдвиг в уси- лителе 8 скомпенсирует отличный от нуля аппаратурный фазовый сдвиг М Однако при уходе частоты на выходе резонансного усилителя 8 от значения о, на выход фазового детектора 10 появляется все возрастающее(по модулю)положительное или отрицательное напряжение, соответствующее все увеличивающейся разности Фаз сигналов с выхода резонансного усилителя 8 и опорного генератора 11. Под действием этого напряжения происходит перестройка резонансного усилителя 8 таким образом, чтобы частота сигнала на его выходе вновь стала равной сто. При этом изменение постоянной составляющей на выходе фазового детектора 10 прекращается, а установившееся ее значение поддерживает нужную частоту настройки резонансного усилителя. Как видно, в рассмотренном случае напряжение на выходе фазового детектора 13 по-прежнему равно 0 и частота перестраиваемого генератора 17 остается равной ы ,что соответствует .ОгЬнулевому измеряемому фазовому сдвигу.Предположим теперь, что измеряемый Фазовый сдвигГ, стал отуииЗмчен от нуля, а настроика перестраиваемого генератора 17 не изменилась. 8 этом случае на выходе одно- полосного модулятора 5 появляется манипулированный по фазе сигнал (то +Ч ), то -Ч,относительно сигизм фнала на втором входе однополосного модулятора 4 ). Подобная манипуля-, ция Фази приводит к периодической частотной модуляции сигнала на выходе резонансного усилителя .8. На выходе фазового детектора 10 появляется переменная составляющая сигнала частоты ГНЧ 15, которая не сможет пройти через ФНЧ 12 на управляющий вход резонансного усилителя 8, а подается на вход фазового детектора 13. На выходе фазового детектора 13 появляется постоянная составляющая; знак которой определяется знаком измеряемого фазового сдвига 4 ,и на входах блоков 1 и 2, а величйна ко 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 торой определяется величиной Ч ,Под действием данной постоянной составляющей на выходе блока 16 управления (используются интегратор)напряжение, начинает изменяться(скорость изменения определяетсявеличиной постоянной составляющей,а направление изменения - знаком постоянной составляющей),что вызывает изменение частоты перестраиваемого генератора 17 и нарушение равенства Ч =2 Кл . Фазовый сдвиг в ли 3нии 18 задержки уже равен Т =(м +3 пГО+Ь)э=2 КЧ+Ч, где И =ВсПереходный процесс заканчивается,когда 9 стает равным Ч , Следовательно, изменение частоты перестраиваемого генератора относительно среднегозначения мп служит мерой фазовогосдвига 1 иэмТаким образом, в устройстве производится автоматическая компенсацияфлуктуаций аппаратурных фазовых сдвигов, устраняется влияние нестабильности частоты настройки резонансного усилителя и самопролзвольного изменения частоты опорного генератора,что ведет,к увеличению точности измерений,Кроме того, в устройстве появляется возможность значительно сузитьполосу пропускания резонансного уси 1лителя 8 и обеспечить работу с сильно зашумленным информационным сиг.налом. Впрототипе этот путь непреемлем,так как сужение полосы пропусканияведет к возрастанию крутизны Фазовой/характеристики усилителя в областирабочих частот и появлению значительных неучтенных Фазовых сдвигов в кольце автогенератора даже при небольшихуходах частоты настройки усилителяили опорного генератора от заданной,В предлагаемом устройстве могутбыть значительно снижены требованияк. качеству изготовления однополосных модуляторов ( создание фазовыхсдвигов сигналов точно на У/2, необходимых амплитудных соотношений и т.д.),поскольку погрешности .в изготовленииоднополосных модуляторов приводятк появлению аппаратурных фазовых сдвигов, компенсируемых в устройстве.1029099 ПодписнСССР 43 ,Тираж. 710 ВНИИПИ Государственного к по делам изобретений и И 3035, Иосква, Жу Рауш ПП "Патент", г. Ужгород, улЗак митетаоткрытий кая наб., д Проектна Филиал Составитель И.Катаноаа Редактор Л.Повхан Техред И,Коштура . Корректор А.фере ю