Способ определения разности фаз электромагнитных импульсов, разнесенных во времени в одном канале

СОЮЗ СОВЕТСИИХСОЦИАЛИСТИЧЕСН ИХРЕСПУБЛИН ц) С 01 ОСУДАРСТВЕННЫПО ИЗОБРЕТЕНИЯПРИ ГКНТ СССР НОМИТЕТИХРЫТИЯ 11 ПИСАНИ ИЗОБРЕТЕНИЯ А ВТОРСНОМ ИДЕТЕЛЬСТ 14/24-21(21) 4296 (22) 12.0 (46) 23.0 (71) Инст ов В,М, епринт ост диапазон Целью .изобререние частотног(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗНОСТИ ФАЗЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИМПУЛЬСОВ, РАЗНЕСЕННЫХ ВО ВРЕМЕНИ В ОДНОМ КАНАЛЕ(57) Изобретение относится к фазометрии и позволяет измерять разность фазво всех диапазонах частот электромагИзобретение относится к импульснойфазометрии и может быть использованопри создании фазометров для измеренияразности фаз между двумя импульснымисигналами, разнесенными во времени,для всех частот электромагнитных колебаний, где наблюдается хановскоеэхо, включая ВЧ-, СВЧ- и оптическийтения является расшио диапазона,На фиг.1 а,б схематично изображенапоследовательность импульсов и хановское эхо, от первого и второго образцов; на фиг.2 - последовательностьимпульсов и хановское эхо от второгообразца при определении калибровочнойамплитуды А; на фиг,3 - схема нитных колебаний, где наблюдается хановское эхо, в том числе в оптическом диапазоне. Для этого измеряемые импульсы подают одновременно на два одинаковых образца, в которых возможно формирование хановского эха, измеряют интервал между ними. Через время Т формируют и подают на образцы первый опорный импульс. Затем формируют и подают на первый образец второй опор-. ный импульс, фаза которого равна фазе первого импульса, а на второй образец - третий опорный импульс, фазалкоторого сдвинута на 1/2 относительно первого импульса. Затем измеряют мак; симальные амплитуды хановского эха от первого и второго образцов, а рази ь фаз вычисляют по формуле, приведенной в описании изобретения. 3 ил. ва, реализующего предлагаемыи способ.На первый образец подают последо. - , вательность импульсов, причем снача ла первый измеряемый импульс Х за- ф тем через время- второй измеряемый импульс Х, затем через время Т первый опорный импульс Р, и через время о после этого - второй опорный импульс Р с нулевым сдвигом фаз относительно. Под действием импульсов в образце возбуждаются колебательные процессы, которые проявляются файф в формировании всплесков излучения, называемых сигналами хановского эха,лт.е. через времяпосле импульса Рз в первом образце формируются одновременно два сигнала эха - двухимпульс 1580277ное эхо от импульсов Р, и Рг и трех- импульсное. стимулированное эхо от импульсов Х, Хг и Р . Эффект формирования составного эха, являющегося суперпозицией двух сигналов эха, называется Фазовым эффектом, поскольку амплитуда составного эха является функцией разности фаз (1 составляющих сигналов. Известно, что амплитуда составного эха А определяется выра 1жением А, = (А) +А ) + 2 АА созЦ(1)где А - амплитуда двухимпульсногоэха;А - амплитуда стимулированногоэха,51 О15 Результирующая фаза для первогообразца получается(Рг) - фаза импульса Рг,Поскольку Ц)(Хг) =Ч (Х, ) + Ц, а ЗОР(Р ) = (О(Р ), (3)то квадрат амплитуды составного эхаА является функцией от сов (0г1А = (А) + (А) + 2 ААсов(Р,(4) 35Аналогичные колебательные процессыпроисходят нри воздействии последовательности импульсов во втором образце с той лишь разницей, что вместо импульса Рг подается третий опорный импульс Рг, фаза которого отличаетсяот фазы второго опорного импульса Ргна 1/2, а Разность фаз (1 г межДУ ДвУхимпульсными и стимулированным сигналалми эха равна 1 г/2 -1, так как Рг)1(Р 1) Ф 11 /2. Таким образом для второго образца получаетсяЧг = Ч(Х 1) 9(Хг) + Ч" (Рг) С(Р )=А(А ) + (А ) + 2 А А сов 1 г(А ) + (А ) + 2 АА вгп У (5)В этом случае квадрат амплитуды 55 составного эха А является функцией от вгп. Для того, чтобы определить искомую разность фаз Ц), необходимо знать сумму (А) + (А") . Для определения этой величины проводят предварительный цикл измерений на втором образце (фиг2), В последовательности импульсов вместо импульса Хна второй образец подают первый пробный импульс К 1, а вместо Хг - второй пробный импульс Кг, фаза которого равна фазе импульса К 1, затем через времяТ подают первый опорный импульс Р,ла через времяпосле Р- третий опорный импульс Р, Через время 1, после импульса Рформируется составное эхо амплитудой Ак(л), Разность фаз Чк между двухимпульсным и стимулированным эхом в этом случае равнаРн = р(К, ) - Ч(Кг)(Р,)- Ср(Р, ) = и /2, (б) поэтому квадрат амплитуды Ак опрел деляется формулой А,) = (А ) + (А ) + 2 АА совУ=(А ) + (А ) (7) Из формул (4), (5) и (7) находимискомое выражениеСд 1.А, - А(л)А - А (ь)к"которое позволяет определить разность фаз Ч, Амплитуда и длительность ь Ил измеряемых и пробных импульсов должны быть стандартными, т.е. должны превышать пороговый уровень амплитудного ограничителя и селектора длительности; уровень ограничения выбирается таким образом, чтобы амплитуда хановского эха превосходила уро. - вень шумов,Не рав енс тв а о, ( Тг/2 и ТТнеобходимы для того, чтобы избежать подавления двухимпульсного сигнала с амплитудой А , пропорциональной ехр(-2/Т ), и подавление стимулироги ванного сигнала с амплитудой А, пропорциональной ехр(-Т/Т ), соответст 1венно. Условие ь ) Тдолжно быть выполнено, чтобы не допустить суперпозиции хановского эха и сигнала свободной индукции с характерным временем Т, если Т превосходит "мертвое" время Т,ч детектирующего устройства. Нерав енс тв о Т ) Т г необходимо . для по" давления комбинационных сигналов, амплитуда которых пропорциональна0277 б 10 15 5 158 е(-2 Т/Т) и которые могли бы наблюдаться после воздействия импульсовР и Р на первом и втором образцах соответственно.Устройство, реализующее предлагаемый способ (Фиг,3), содержит блок 1 измерения временного интервала между входными импульсами, селекторы 2 и 3 длительности, формирователь 4 управляющих импульсов, амплитудный ограничитель 5, генератор 6 опорных колебаний, управляемый фаэовращатель 7, резонаторы 8 и 9 с образцами, стробируемые квадратичные детекторы 10 и 11, арифметический блок 12,При этом вход устройства через последовательно соединенные первый селектор 2 длительности, амплитудный ограничитель 5, резонатор 8 с образ в 20 цом и стробируемый квадратичный детектор 10 соединен с первым входом арифметического блока 12, второй вход которого соединен через последовательно соединенные управляемый фазовращатель 7, резонатор 9 с образцом и второй стробируемый квадратичный детектор 11 с выходом амплитудного ограничителя 5, входкоторого через селектор 3 длительности соединен с выходом генератора 6 опорных колебаний, вход формирователя управляющих импульсов соединен с входом устройства, первый выход - с управляющим нходом первого селектора 2 длительности, второй выход - с управляющим входом второго селектора 3 длительности, третий выход - с упранляющим входом фазовращателя 7, четвертый выход - с управляющими входами детекторов 10 и 11, вход блока 1 измерения о соединен с входом устройства, а выход - с вторым входом формирователя 4 и третьим входом блока 12.Устройство работает следующим образом.По переднему фронту первого измеряемого импульса Х 1 на выходе обнуления формирователя 4 формируется импульс управления, сбрасывающий показания детекторов 10.и 11 и запирающий их. При отсутствии выходного сигнала де- . текторов 10 и 11 выходной сигнал арифметического блока также отсутствует. Передний фронт импульса устанавливает также в нулевое состояние блок 1, в котором производится измерение интервала ь, При поступлении второго импульса Х в блоке 1 фиксируется 25 30 35 40 45 50 55 времяи управляющее напряжение с выхода блока 1 подается н формирователь4 и блок 12, По сигналам переднегофронта входных импульсов Хи Х напервом выходе формирователя 4 формируются дна импульса с фиксированнойдлительностью, которые поступаютна селектор 2 и стробируют импульсы Хи Х. После поступления на формирователь 4 управляющего напряжения с выхода блока 1, на втором выходе формирователя 4 формируются дна импульса длительностью с о. перный иэ них поступает через Фиксированное время Т после импульса Х , второй - черезлвремя Т + с после импульса Х. Импульсы второго выхода формирователя 4 поступают в селектор 3, в котором иэ опорного колебания, поступающего от генератора 6, формируются опорные импульсы Ри Р. На третьем выходеформирователя 4 Формируется стробирующий импульс, который подается на управляющий вход Фазонращателя 7, навремя, соответствующее формированиюимпульса Р . При подаче этого импульса фаза сигнала, прошедшего через фаЛзовращатель 7, изменяется на и/2,т.е. формируется опорный импульс Р,при отсутствии управляющего напряжения изменение фазы не происходит. На выходе обнуления формирователя 4 формируется стробирующийимпульс, открывающий детекторы 1 О и11 после формирования опорного импульса Р или РПервая последовательность импульс.сов Х Х, Р Р поступает черезамплитудный ограничитель 5 на резонатор 8 образца, а вторая последоват1тельность импульсов Х 1, Х, Р, Р - через фазовращатель 7 на резонатор 9образца, возбуждая сигналы ханонскогоэха н образцах (фиг. а,б), которыепоступают на нходы стробируемых квадратичных детекторов 10 и 11, Квадратамплитуды хановского эха в момент максимума измеряется. детекторами 1 Ои 11в виде напряжений, равных А и А соответственно, При поступлении на входблока 12 этих сигналов в калибровоч -ном режиме в арифметическом блоке 12вычисляется значение А (2), а затем2в соответствии с (8) вычисляется значение (, которое поступает на выходус тройс тв а,В качестве примера могут применяться образцы с использованием ферромаг 1 58027740 формула изобретения Способ определения разности фаз электромагнитных импульсов, разнесенных во времени в одном канале, вклю" чающий формирование колебаний, частот 55 та которых равна частоте заполнения первого и второго измеряемыМ импуль.сов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения частотного нитных пленок кобальта, В этих образцах при комнатной температуре наблюда" ется хановское эхо (ядерное спиновое эхо) с частотой резонанса Г = 216 мГц.1 15МерТвое время квадратичных детекторов Т= О,1 мкс, что превышает время неоднородной расфазировки Т, поэтомулусловие) Т заменяется условиемл) Т,. Время поперечной релаксации 10 Т = 25 мкс, время продольной релак. сации Т = 120 мкс. Длительность имлпульсов ь1 формируемых в формирователе 4, составляет 0,2 мкс, Амплитудный ограничитель имеет пороговый уро вень 20 мВ. Временной интервал Т =30 мкс.В калибровочном режиме на вход устройства вместо измеряемых импульсов Хи Х подаются пробные импульсы К 20 и К одинаковой фазы (фиг.2) и детектором 11 измеряется зависимость А ( ) при Тс с с Т /2, Поскольку завйсимость Аописывается экспо; ненциальной функцией А( . ) = 25 = А ехр (-2 ./Т ), где А определяется параметрами резонатора с образцом, в арифметическое устройство вводится программа вычисления этой функции. После этого устройство, схема которо го изображена на фиг,З, позволяет измерять разность фаз радиоимпульсов с частотой заполнения 216 мГц. Амплитуда и длительность измеряемых импульсов Хи Х, так же как и пробных импульсов К, и К должны превышать уровень 20 мВ и длительность 0,2 мкс соответственно, Временной интервал между передними фронтами этих импульсов должен удовлетворять условию 0,1 мксо с 12 мкс.Использование предлагаемого способа измерения разности фаз импульсов, разнесенных во времени, по сравнению с известным обеспечивает расширение 45 .частотного диапазона, поскольку хановское эхо наблюдается на частотах от 1 О до 15 Гц.1 В диапазона, измеряют временной интер. . вал ,", между этими измеряемыми импульсами, формируют первую последовательность импульсов с нормированной длительностью и заданной постоянной амплитудой, в которой за первым и вторым измеряемыми импульсами через некоторый интервал времени Т после второго следует первый и второй опорные импульсы нормированной длительности, имеющие между собой интервал времении нулевую разность фаз, формируют вторую последовательность импульсов, в которой за первым и вторым измеряемыми импульсами через интервал времени Т следуют первый и третий опорные импульсы нормированной длительности, имеющие между собой интервал времени ь" и разность фаз Т/21 полученные последовательности импульсов подают соответственно на первый и второй образцы, в каждом из которых на частоте заполнения соответственно после второго опорного импульса и после третьего опорного импульса через инАтерв ал в ремени с формируются первый и второй отклики хановского эха,.от" клики селектируют, а затем измеряют их максимальные амплитуды А, и А 1 для первого и второго образцов соответственно, разность фаз Ч 1 определяют в соответствии с формулойСцгде А(Й,) - калибровочная амплитудахановского эха, которую предварительно измеряют, выполняя на втором образце перечисленные операции,.когда вместо измеряемых импульсов подают первый и второй пробные импульсы с одинаковой фазой и нормированной длительностью и заданной пос.тоянной амплитудой, временной интервалмежду которыми ивменяется в пределах Тс 1,сТд, гдеТ з - время спада свободной индукции в образцах, Т - время поперечной релаксации, а временной интервал Т удовлетворяетнеравенствам Т 1 сТ с Т 1,где Т - время продольной релаксации в образцах, 15802771580277 Составитель Ю.Макаревич фехред М.Дидык Корректор Л.Обручар Редакто екарь 552 Подписноеомитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС осква, Б, Раушская наб., д, 4/5 Тир Заказ 2 НИИПИ Государственного 303 тент", г, Ужгород гарина, 101 Производственно-издательский комбин