Фазометр

(9) ф ( )С 01 К 25/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН СВИДЕТЕЛЬСТ ГОРСК утовнина авиауковского тво СССР1980,(61) 9835 (21) 3680 (22) 26,1 (46) 30.03 (72) Е.С.К (71) Харьк ционйый ин (53) 621.3 (56) 1. Ав В 983573,50/24-21(54) (57) ФАЗОМЕТР по авт. св.У 983573, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точностиизмерений, мехду выходом резонансного усипителя и первым входом третье-го смесителя введен пьезоэлектрический резонатор, между выходом второгоперестраиваемого гетеродина и входами вторых смесителей дополнительновведен делитель частоты, а входыфазового детектора подсоединенык входу пьезоэлектрического резонатора.Изобретение относится к измерительной технике, связанной с измерением фазовых сдвигов электрическихколебаний, и может быть использованопри разработке фазометрических устройств, предназначенных для различных радиотехнических систем, системавтоматического контроля и управления, основанных на применении информации, заложенной в разности Фаз 1 Оэлектрических колебаний.По основному авт. св. У 983573известен фазометр, содержащий в опорном и информационном каналах подва смесителя с общими для каждогосмесителя двумя гетеродинами, последовательно соединенные фазовый детектор, фильтр нижних частот и блокперестройки второго гетеродина, атакже регистрирующий блоК, последо Овательно соединенные в кольцо третийсмеситель, широкополосный усилитель,четвертый смеситель и резонансныйусилйтель, причем вторые, входы третьего и четвертого смееителей соответственно соединены с выходами вторыхсмесителей в обоих каналах, входыфазового детектора соединены соответственно с выходами резонансногоусилителя, а регистрирующий блокподключен к второму гетеродину. Зтбустройство основано на преобразовании измеряемой разности Фаз в частоту колебаний второго гетеродина за.счет возбуждения автоколебанийв кольцевом соединении, состоящемиз последовательно соединенных третьего смесителя, широкополосного усилителя, четвертого смесителя и резонансного усилителя 1 .Погрешность измерения разности4 ОФаз с помощью данного Фазометра определяется нестабильностью частотыколебаний второго. гетеродина. В тоже время нестабильность частоты второго гетеродина зависит также от не 45стабильности частоты автоколебанийв кольцевом соединении. Кроме того,данное устройство обладает сравнительно низкой крутизной зависимостичастоты колебаний второго гетеродина5 Оот величины измеряемого фазовогосдвига. Все это в конечном итоге приводит к снижению точности измерений.Целью изобретения является повышение точности измерений,Поставленная цель достигается тем, что в фазометр между выходом резонансного усилителя и первым входомтретьего смесителя введен пьезоэлект.рический резонатор, между выходомвторого перестраиваемого гетеродинаи входами вторых смесителей дополнительно введен делитель частоты, авходы фазового детектора подсоединелы к входу пьезоэлектрического резонатора.На чертеже представлена Функциональная схема устройства.Устройство содержит первые смесители 1 и 2 соответственно в опорноми информационном каналах и общийдля этих смесителей гетеродин 3,вторые смесители 4 и 5 со связаннымивторыми входами этих смесителей через делитель частоты 6 с общим перестраиваемым по частоте гетеродином 7, Кроме того, устройство содержит последовательно соединенныев кольцо третий смеситель 8,широкополосный усилитель 9, четвертый смеситель 10, узкополосный резонансный усилитель 11и пьезоэлектрический, например кварцевый, резонатор 12, При этом выходвторого смесителя 4 соединен с вторым входом третьего смесителя 8,выход второго смесителя 5 соединенс вторым входом четвертого смесителя 10, выход резонансного усилителя 11 подключен к второму входу фазо.вого детектора 13, к первому. входукоторого подключен фазовращатель 14,вход которого соединен с первымвходом третьего смесителя 8 Выходфазового детектора 13 через Фильтр 15нижних частот соединен с входомуправления блока 16 перестройкивторого гетеродина, с помощью которого осуществляется перестройкагетеродина 7, Выход перестраиваемого гетеродина 7 подключен к входу частотомера (регистрирующего блока) 17. Устройство работает следующим образом.Входныеопорный и информационный сигналы с помощью смесителей 1 и 2 с общим гетеродином 3 преобразуются в колебания с промежуточной частотой Ио . При этом измеряемый фазовый сдвиг б(, содержащийся в информационном входном сигнале, без изменения переносится на колебание, выделяемое на выходе смесителя 2 в информацион"ном канале. Колебание с выхода смесителя 1 в опорном канале поступает1на вход второго смесителя 4, на выходе которого выделяется колебаниес суммарной частотойО2где и 2 - частота;11 - коэффициент деления частотыделителем 6 колебаний гетеродина 8.Колебание с частотой ц поступает на вход третьего смесителя 8, на выхо 1 О де которого вьделяется колебание с суммарной Я, =Ы+ И или разностной Ю, =(Ы - яц) частотой, где я - частота колебания, поступающего на второй вход смесителя 8 с выхода усилителя 11 (резон-нсная частота)15 через резонатор 12. 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 4) с выхода второго, смесителя 5 в информационном канале. На выходе смесителя 10 выделяется колебание с разностной или суммарной частотой25 и.поступает на вход резонансного усилителя 11. Последовательно соединенные пьезоэлектрический резонатор 12, гретий 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 35 времени автоколебания могут не существовать, в этом случае блок 16 перестройки работает в режиме поиска и перестраивает частоту гетеродина 7 от минимального значения в сто- ф рону увеличения. При некотором значении частоты гетеродина 7 возникают автоколебания на выходе усилителя 11 с частотой,. несколько отличной от резонансной частоты. Резонансная час тота я в устройстве совпадает с часто 4той последовательного резонанса Ц резонатора 12. При этом колебание на выходе усилителя 11.пб отношению к колебанию на первом входе третьего 50 смесителя 8 сдвинуто по фазе относительно его входного колебания на величину Я , и на выходе фазового детектора 13 присутствует напряжение, отличное от нуля. Под действием 55 напряжения, снимаемого с выхода фазового детектора 13 и подаваемого через фильтр 15 нижних частот навход управления блока 16 перестройки, последний переходит в режим сопровождения и в установившемся режиме подстраивает частоту гетеродина 7 таким образом, чтобы частота колебаний на выходе усилителя 11 точно равнялась номинальному значению ее резонансной частоты яо . В стационарном установившемся режиме частота колебаний Я, на выходе усилителя 9 и частота Я гетеродина 7 определяются условием баланса фаз для замкнутой автоколебательной системы, состоящей из усилителя 11 с цепью обратной связи, образованной последовательносоединенными пьезоэлектрическим резонатором 12, третьим смесителем 8, широкополосным усилителем 9 и четвертым смесителем 10. Условие баланса фаз можно представить в следующем виделя,., ьцфц=, где ь - время запаздывания сигнала в широкополосном усилигеле 9; ЬЧ - измеряемый Фазовый сдвиг; с - фазовый набег в пьезоэлект- Ррическом резонаторе 12;- при инвертировании сигнала в одном из усилителей 9 или 11; 22 - при неинвертировании сиг"нала в усилителях 9 и 11,Из условия баланса фаз следует, что частота колебаний я, и,частота гетеродина 7 я ,ЛЯ,-(я +Яд)1 при заданньгх значенияхи ; определяЪэ ется величиной измеряемого фазового сдвига Ьц . Измеряя с. помощью частотомера 17 частоту .колебаний гетероди. на 7 или частоту колебаний на выходе усилителя 9, определяют значение Ьф.При измерении величины Ьу иэмеия" ется вносимый Фазовый набег в цепи обратной связи резонансного усилителя 1 1 и условие баланса фаз выполняется на некоторой другой частоте, При этом изменяется частота колебаний на выходе резонансного усилителя 11 и вследствие этого появляется напряжение на выходе фазового детектора 13. Это приводит в свою очередь. к перестройке частоты гетеродина 7., По изменению частоты гетеродина 7, регистрируемому частотомером 17.- среднеквадратическое отклонение частоты перестраиваемого гетеродина от ее номинального значения, обусловленное нестабильностью частоты; й 455-- крутизна зависимости часто 2 даатты перестраиваемого гетеродина от величины приращенияЕ.измеряемого фазовогосдвига.Для известного фазометра крутизназависимости частоты перестраиваемогогетеродина от измеряемого фазовогосдвига равна 3 (3р 1где- время запаздывания сигнала в широкополосном усилителе. можно судить о величине изменения измеряемого фазового сдвига Д(.Использование изобретения позволяет повысить точность измерения фазовых сдвигов. В этом случае примене- . 5 ние пьезоэлектрического, например кварцевого, резонатора 12 в цепи обратной связи автоколебательного кольцевого соединения, состоящего из последовательно соединенных блоков 8-12, пзволяет повысить стабиль. ность частоты автоколебаний в этом кольцевом .соединении на выходе усилителя 11 и тем самым увеличить ста- бильность частоты выходных информационных колебаний генератора 7, Кроме того, использование делителя частоты 6, установленного между выходом гетеродина 7 и входом вторых смесителей 4 и 5, приводит к повыше 20 нию крутизны зависимости приращений частоты перестраиваемого гетеродина 7 от приращений измеряемого фазового сдвига. Все это в конечном итоге приводит к уменьшению погрешностей измерений фазовых сдвигов двух колебаний..Сравнительный анализ предлагаемого устройства и базового, в качестве которого принят известный фазо- ЗО метр Я .Среднеквадратическая погрешность измерений в обоих устройствах может быть определена соотношением(4) В предлагаемом устройстве крутизна зависимости частоты перестраивае" мого гетеродина от измеряемого фазового сдвига равна 3 фиг и оэ где О - коэффициент деления делителя 6;- время запаздывания сигнала,в широкополосном усилителе 9.Среднеквадратичная погрешность измерений для предлагаемого устрой" ства(Ь) 6 б 2 Из этого соотношения следует,что применение делителя частотыс коэффициентом делениявых, Ь,ел3 Ъ )2где 18 л ел - частота колебаний навыходе делителя;1 - частота перестраиваемого гетеродина,позволяет уменьшить среднеквадрати-,ческую погрешность в 1/п раз,Кроме того, применение пьезоэлектрического резонатора в кольцевомсоединении, состоящем из блоков 8-12,приводит к уменьшению среднеквадратического отклонения частоты перестраиваемого гетеродина12 посравнению с12 в известном устройстве. Это также уменьшает среднеквад-ратическую погрешность измеренияразности фаз двух колебаний.Таким образом, предлагаемое уст-.ройство обладает меньшей погрешностьюизмерения фазовых сдвигов. При использовании одинаковых широкополосных усилителей как в предлагаемом, так и в известном устройствах ( о имеет одинаковое значение в обоих устройствах) соотношение среднеквадратических погрешностей измерения определяется зависимостью148000 оставитель А.Стехред, Л.Иикеш стина Корректор Н.Кор каэ 1571/ Патент", г.уагород, ул.Проектная, 4 Редактор Л.Веселовс 38 Тнрак 748 ВНИИПИ Государственного коиитепо делам изобретений и о 13035, Москва,. Ж, Раушская наб Подписи ота СССРткрытийд. 45