Устройство для измерения фазовой задержки четырехполюсника

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(22) Заявлено 15.04,81 (21) 3274415/18-21с присоединением заявки Мо(23) Приоритет -Опубликовано 30,10.82. Бкзллетеиь М 40Дата опубликования описания 30.10,82 Я 1 М Кд 3 С 01 й 25/00 Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВОИ ЗАДЕРЖКИ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКАИзобретение относится к электрическим измерениям, в частности к измерениям параметров четырехполюсников, и может быть использовано для измерения абсолютной величины фазовой задержки ультразвуковой линии задержки для цветного телевидения, где применяются линии задержки с номинальным значением 63943+2 нс.Известно устройство, реализующее способ, в котором на вход испытуемого четырехполюсника и на опорный канал подаются колебания с изменяющейся частотой и подсчитывается число контрольных точек Фаэочастотной, характеристики четырехполюсника ( 1) .Недостатками данного устройства являются сложность реализации стабильного перестраиваемого в широком диапазоне генератора, быстродействулцего частотомера для Фиксирования частот контрольных точек и арифметически-логического устройства, низкая производительность измерения, так как при перестройке генератора требуется время для установления режимов генератора на новой частоте.Известно также устройство для измерения абсолютного значения Фазовой задержки, содержащее генератор синусоидальных колебаний, соединенныйс Формирователем счетных импульсови с,первым входом коммутатора. Выходкоммутатора подключен к первому входу измерителя фаэовой задержки впределах одного периода и к входуиспытуемого четырехполюсника, соединенного выходом с вторым входом измерителя Фазовой задержки в пределаходного периода и вторым входом измерителя числа периодов. Счетный входэтого измерителя соединен с выходомФормирователя счетных импульсов и .входом генератора импульсов. Устрой ство содержит также сумматор, подключенный к выходам измерителя фаэовойзадержки в пределах одного периода иизмерителя числа периодов, и блокуправления, соединенный с управляю щими входами коммутатора, измерителячисла периодов и измерителя Фазовойзадержки в пределах одного периода.При этом, выход генератора импульсовсоединен с первым входом измерителя 25 числа периодов и с вторым входом коммутатора 2. ЬНедостатком устройства являетсянизкая точность при измерении числапериодов, так как измерение числапериодов производится на импульсномсигнале, задержка которого определяется групповой скоростью распространения, отличающейся от фазовой скорости. Цель изобретения - повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем,65 что в устройство для измерения фазовой задержки четырехполюсника, содер-. жащее входную и выходную клеммы для 0 подключения испытуемого четырехполюсника, последовательно соединенные генератор, формирователь и генератор импульсов, коммутатор, Фазометр, измеритель числа периодов, сумматор иблок управления, выходы которого подключены к соответствующим входам коммутатора, фазометра и измерителячисла периодов, выход которого соединен с сумматором, входная и выходная клеммы подключены к Фазометру, выход которого соединен с входом .сумматора, выход генератора через коммутатор подключен к входной клемме, а выход Формирователя и выходнаяклемма соединены с соответствующими входами измерителя числа периодов,введены блок регулируемой задержки,соединенный выходом с входом коммутатора, а входами - с выходами генератора импульсов и фазометра, линия ЗО .задержки, выход которой соединен ссоответствующим входом измерителячисла периодов, а вход с выходом ге.нератора импульсов.На фиг.1 представлена структурная 35схема предлагаемого устройства;. на фиг 2 - временная диаграмма, поясняющая работу предлагаемого устройства.Устройство для измерения фазовой 4 Озадержки четырехполюсника содержитгенератор 1 синусоидальных.колебаний,соединеннь 1 й с формирователем 2 счетных импульсов и с первым входом 3коммутатора 4. Генератор синусоидальных колебаний - генератор с кварцевым резонатором. Формировательсчетных, импульсов представляет собойусилитель-ограничитель.Выход коммутатора 4 подключен к входу испытуемого четырехполюсника 5 и к первому входу 6 фазометра 7,представляющему собой стробоскопический фазометр, проградуированныйв единицах времени.- 55К выходу испытуемого четырехполюсника 5 подключен второй вход 8 Фазо-. метра 7 и второй вход 9 измерителя 10 числа периодов, счетный вход 11 которого соединен с выходом формиро О вателя 2 счетных импульсов и входом генератора 12 импульсов.Измеритель 10 числа периодов содержит схему совпадения (пуск-стоп) и счетчик"импульсов.с Генератор 12 импульсов содержит схему синхронизации (делитель счетных импульсов) и выходной формирова-. тель.Выход генератора 12 импульсов через линию задержки 13 подключен к первому входу 14 измерителя 10 числа периодов, и через блок 15 регулируемой задержки - к второму входу 16 коммутатора 4.Блок регулируемой задержки может представлять собой, например, набор кабелей, коммутируемых электронными ключами, причем управляющий вход блока подключен к выходу измерителя Фазовой задержки в пределах периода,Сумматор 17, входящий в устройство, подключен к выходам Фаэометра 7 и измерителя 10 числа периодов.Блок 18 управления выходами под. ключен к управляющему входу измерителя 10 числа периодов, и управляю-, щему входу коммутатора 4 и управля ющему входу фазометра 7.Блок управления содержит задающий низкочастотный генератор (100-200 Гц) подключенный к распределителю управляющих сигналов.Устройство работает следующим образом.По команде с блока 18 управления коммутатор 4 подключает вход испытуемого четырехполюсника 5 к выходу .генератора 1 синусоидального сигнала, и фаэометр 7 измеряет Фазовый сдвиг й между входным и выходным сигналами четырехполюсника. Код измеренной величины задержки в пределах периода поступает на управляющий вход блока 15 регулируемой задержки и уменьшает его задержку на величину Блок 15 регулируемой задержки и линия 13 задержки настроены так, что в исходном состоянии обеспечивают задержку сигнала в один период счетного импульса, По второй команде с блока управления коммутатор 4 подключает вход испытуемого четырех-полюсника через блок 15 регулируемой задержки к выходу генератора 12 импульсов. По этой же команде измеритель 10 числа периодов подсчитывает количество (и) счетных импульсов, соответствующих числу периодов, поступивших на измеритель за время между приходом на первый вход 14 измерителя 10 числа периодов импульса,прошедшего через линию задержки 13 с выхода генератора импульсов (старт- импульс), и импульса, пришедшего с выхода испытуемого четырехполюсника (стоп-импульс) на второй вход 9 измерителя числа периодов. С Фазометра в пределах периода 7 и измерителя 10 числа периодов коды результатов измерения поступают на сумматор.Результат измерения абсолютной величины фазовой задержки на выходе970260 сумматора представлен в виде с; = = пТ+ .На фиг.2 приведены временные диа грамма, поясняющие работу устройства,На первой диаграмме приведены осциллограмм входного и выходного 0 сигналов испытуемого четырехполюсныка при измерении фазовой задерж ки в пределах периода, Точка О - на" чало отсчета, а точка с = конец отсчета. Интервал времени между точками 0 и ц является временем абсолютной фазовой задержки испытуемого четырехполюсника СФ . В данном случае в этом интервале укладывается два пе риода синусоидального напряжения (и = 2).и еще часть периода й 2 Т + 45 погрешностью не хуже сотых долей наносекунды Формула изобретения На второй диаграмме приведенывходной и выходной сигналы испытуемого четырехполюсника при определении целого числа периодов синусои. дального сигнала, укладывающихсяв интервале абсолютного фазовоговремени задержки испытуемого четырех"полвсника. Из диаграммы видно, что - :в интервале времени между входнымии выходными импульсами (между точками 0 и О ) укладываются три целых периода синусоидального напряжения, т.е. число периодов определено неправильно, Это происходит потому, что грУпповая ч. и фазовая чф .скорости распространения сигнала не одинаковы (чР с чф ), а количество периодов для фазовой задержки определяется спомощью импульсного сигнала, который распространяется по испытуемому четырехполюснику с грувповой скоростью, меньшей фазовой.Для большинства четырехполюсников (в частности,для линий задержки цветного телевидения) выполняются условия,С ъСф С р Т ИТ где С - время абсолютной групповойзадержки;6 - время абсолютной фазовойзадержки.Величина ь С может принимать лю-. бое значение от 0 до Т в зависимости от индивидуальных свойств испытуемого четырехполюсника. (При невыполнении условия аСТ можно понизить . частоту синусоидального сигнала).Из диаграммы фиг.2 имеем измеритель числа периодов для данного случая зафиксирует число периодов, равное 3,Если уменьшить время групповойзадержки четырехполюсника на величину й фЙ,пТ + Й(0(дй (Т), то измеритель числа периодов будет фиксировать число периодов, укладывающихся в интервалевремени, -г которое равно числу 10 периодов, укладывающихся в интервалевремени абсолютной фазовой задержкиГф (для случая, приведенного на диаграмме, В - в целых периодахравно 2) .15 Уменьшить задержку можно путемсдвига точки К конца отсчета измерителя числа периодов влево (диаграм-ма 2 фиг,2).Операцию сдвига в предлагаемом 20 устройстве (фиг,1) выполняет блок 15регулируемой задержки. Линия 13 задержки служит для компенсации начальной задержки блока регулируемой,задержки 13, равной периоду синусо идального сигналаПри уменьшении групповой задержки на величину й точки конца отсчета для групповой 0 и фазовой О за. держек окажутся в пределах одногопериода синусоидального сигнала,(фиг.2). Таким образом, предлагаемое,устройство позволяет измерять фазовую задержку. с малой величиной погрешности.Малая величина погрешности устройства определяется в основном тем,что в устройстве исключается возможность ошибки в один счетный импульс (период синусоидального напряжения) и общая погрешность измерения 4,определяется погрешностью измерителя фазовой задержки в пределаходного периода, т.е. погрешностью 4 азометра. Современные фазометры йозволяют измерять временные сдвиги .с Без предлагаемого сдвига вход-. ного импульса метод измерения фаэовой задержки в два этапа практически не применяем.Увеличение точности измерения обусловлено введением операции вычитания из времени групповой задержки времени фаэовой задержки в пределах одного периодаОперация вычитания обеспечивается путем сдвига точкиконца Ьтсчета, для чего введен блок регулируемой задержки. Устройство для измерения фаэовой задержки четырехполюсника, содержащее входную и выходную клеммы дляподключения испытуемого четырехпо-люсника, последовательно соединенныегенератор, формирователь и генераторимпульсов, коммутатор, фазометр, измеритель числа периодов, сумматори блок управления, выходы которогоподключены к соответствующим входамкоммутатора, фазометра и измерителя числа периодов, выход которогосоединен с сумматором, входная и выходная клеммы подключены к фазометру, выход которого соединен с входомсумматора, выход генератора черезкоммутатор подключен к входной клемме, а выход формирователя и выходнаяклемма соединены с соответствующимивходами измерителя числа периодов,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности, в него введены блок регулируемой задержки, соединенный выходом с входом коммутатора, а входами - с выходами генератора импульсов и фазометра, линия задержки, выход которой соединен с 5 соответствующими входом измерителячисла периодов, а вход - с выходом генератора импульсов Источники информации,1 О принятые во внимание при экспертизе1. 01 Сгазоп 1 с йе 1 ау Е 1 пе, "Май 1 опа 1 йеспп 1 са 1 герогй", 1972, ч.18,Р 4.2. Павлов В,А. Анализ метода контроля времени задержки ультразвуковых линий по образцу. -"Вопросы радиоэлектроники, сер, ОТ", 1971,вып.10, с.112.970260 Составитель С.МооозовРедактор Н.Гришанова Техред Т.Маточка Корректор С.Шекма иал ППП "Патент.", г.ужгород, ул.Проектная,4 Заказ 8380/54 Тираж 717 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 113035, Москва, Ж, РаПодписноомитета СССРоткрытийкая наб д.4/5