Устройство для измерения сдвига фаз

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсиих

Социалистических

Республик (ц) 1000932 (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву— (22)Заявлено .14. 01.81 (2l) 3238474/! 8-21 с присоединением заявки Рй— (23) Приоритет

Опубликовано 28 02. 83 Бюллетень М 8

Дата опубликования описания 28 . 02 . 83 (51)М. Кл.

6 01 R 25/00

Гвеудврстааввы1 кемктет

СССР ве делам взааретавхй и втарытий (53) УДК 621.317.. 77(088. 8) Ф

В. Я. Баржин, А. С Василенко, А. А. Зе енс фй:. : - и Е. С. Колесник <

Ъ:

1

Харьковский ордена Ленина авиационный Й стит т им. Н.Е. Жуковского (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА ФАЗ ра j2) .

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в различных фазовых радиотехнических системах и системах автоматического регулирования.

Известно устройство, предназначенное для измерения разности фаз и содержащее высокочастотный генератор и фазовый детектор, опорный вход которого связан непосредственно с выходом, генератора, а информационный вход— через исследуемый четырехполюсник с выходом генератора. О величине и зна-. ке фазового сдвига судят в данном устройстве по величине и знаку напря- 15 жения на выходе фазового детектора tlj, Недостатком этого устройства является низкая точность измерений вследствие малой разрешающей способности фазового детектора.

Известно устройство для измерения разности фаз, содержащее исследуемый четырехполюсник, высокостабильный генератор и фазовый детектор, опорный вход которого соединен непосредстЪеттно, а информационный — через исследуемый четырехполюсник с выходом высокочастотного стабилизированного генератора, двухполюсник, резистор, дополнительный фазовый детектор и кьарцевый резонатор, выполненный в виде кварцевой линзы, на которую нанесены два основных и дополнительный электроды, причем основные электроды соединены с входами высокостабильного генератора, дополнительный электрод соединен с общей шиной через резистор, входом дополнительного фазового детектора и первым основным электродом через двухполюсник, управляющий вход которого соединен с опорным входом дополнительного фазового детектоНедостатками известного устройства являются низкая чувствительность и точность при измерении чалых фазовых сдвигов, 0932 4

3 100

Цель изобретения - повышение чувствительности и точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения сдвига фаз, содержащее исследуемый четырехполюсник, высокостабильный генератор, первый двухполюсник, первый резистор, кварцевый резонатор, выполненный в виде кварцевой линзы, на которую нанесены два основных и два дополнительных llÎ электрода, первый фазовый детектор, опорный вход которого соединен непосредственно, а информационный - через исследуемый четырехполюсник с выходом высокостабильного генератора, и вто- !Б рой фазовый детектор, причем первый и второй основные электроды кварцевого резонатора соединены с входами .высокостабильного генератора, первый дополнительный электрод кварцевого 29 резонатора соединен с общей шиной через первый резистор, входом второго детектора и первым основным электродом через первый двухполюсник, управляющий вход которого соединен с выхо- 2$ дом первого фазового детектора, введены фазовращатель на К, второй резистор и второй двухполюсник, управляющий вход которого соединен с выходом первого фазового детектора, при рр этом второй дополнительный электрод кварцевого резонатора соединен с общей шиной через второй резистор, с опорным входом второго фазового детектора через фазовращатель на Ф и с

35 вторым двухполюсником непосредствен" ,но, который также соединен с BTapblM основным электродом кварцевого резо натора.

На чертеже изображена функциональ" .4Ý ная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит высокостабильный кварцевый генератор 1, четырехэлектродный кварцевый резонатор 2 с двумя основными 3 и 4 и двумя дополнительными 5 и 6 электродами, выполненный в виде кварцевой линзы 7. на которую нанесены электроды. Кварцевый резонатор 2 с помощью основных электродов 3 и 4 соединен с генератором 1 @ и выполняет роль стабилизирующего элемента. Устройство также включает два двухполюсника 8 и 9 с управляемым импедансом, два резистора 10 и 11 нагрузки, исследуемый четырехполюсник

12, фазовые детекторы I3 и 14 и фазовращатель 15 íà li . Двухполюсник 8 включен между основным 3 и дополнительным 5 электродами, а двухполюсник

9 - -между основным 4 и дополнительным

6 электродами кварцевого резонатора

2, при этом их входы управления сое" динены с выходом фазового детектора

13. Резистор 10 подключен между дополнительным электродом 5 и общей шиной, а резистор 11 - между дополнительным электродом 6 и общей шиной. Выход генератора 1 соединен через четырехполюсник 12, фазовый сдвиг сигнала в котором необходимо определить, с информационным входом первого фазового детектора 13 и непосредственно с его опорным входом. Входы второго фазового детектора 14 подключены к дополнительным электродам резонатора 2, при этом дополнительный электрод 6 подключен через фазовращатель 15 на, а дополнительный электрод 5 - непосредственно.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 с помощью основных электродов 3 и 4 кварцевого резонатора 2 генерирует высокостабильные колебания, поступающие на вход исследуемого четырехполюсника 12 и одновреI менно на опорный вход первого фазового детектора 13. Колебания, проходящие через исследуемый четырехполюсник

12, претерпевают сдвиг по фазе и затем поступают на информационный вход фазового детектора 13. На выходе последнего выделяется постоянное напряжение, величина которого пропорциональна фазовому сдвигу высокочастотного колебания в исследуемом четырехполюснике 12. Постоянное напряжение с выхода фазового детектора поступает одновременно на входы управления двухполюсников 8 и 9 с управляемым импедансом и изменяет его величину.

Изменение величины импеданса двухполюсников 8 и 9 приводит к изменению фазы колебаний, снимаемых с дополнительных электродов 5 и 6 кварцевого резонатора 2 и выделяемых, на резисторах 10 и 11. Колебания на основных электродах 3 и 4 резонатора 2 противофазны. Изменения фаз колебаний на дополнительных электродах 5 и 6 противоположны по знаку, поэтому при сдвиге фазовращателем 15 колебания, снимаемого с дополнительного электрол да 6, на величину и разность фаз колебаний на входах фазового детектора

14 равна удвоенному значению разности

5 1 000 фаз колебаний между основным 3 и дополнительным электродами и пропорциональна величине напряжения на выходе первого фазового детектора 13.

Вследствие этого на выходе второго фазового детектора 14 выделяется напряжение, величина которого пропорциональна измеряемой разности фаз.

В динамическом режиме при изменении величины измеряемого фазового сдвига сигнала на выходе четырехполюсника 12 происходит изменение величины напряжения на выходе первого фазового детектора 13, что приводит к изменению величины импедансов управляемых двухполюсников 8 и 9. Это в свою очередь вызывает пропорциональное изменение фазы сигналов на дополнительных электродах 5 и 6 кварцевого резонатора 2, поэтому величина на- 26 пряжения на выходе фазового детектора 14 также изменяется. Ilo величине изменения напряжения на выходе второго фазового детектора 14 можно судить о величине изменения фазового сдвига И сигнала в исследуемом четырехполюснике 12.

В предлагаемом устройстве при иден- тичности параметров двухполюсников 8 и 9 разность фаз колебаний на входах 3в второго фазового детектора 14 в два раза больше, чем в известном, что свидетельствует о повышении чувствительности примерно в два раза. Кроме того, подключение входов второго фазо- 3$ вого детектора 14 к дополнительным электродам 5 и 6 резонатора приводит к развязке выхода генератора и в результате — к снижению уровня шумов и, следовательно, величины среднеква- в дратического значения флуктуационного колебания на выходе второго фазового детектора 14. Поэтому точность измерений фазовых сдвигов с помощью предлагаемого устройства также повышается. формула изобретения

Устройство для измерения сдвига фаз, содержащее исследуемый четырех1

932 4 полюсник, высокостабильный генератор, первый двухполюсник, первый резистор, кварцевый резонатор, выполненный в виде кварцевой линзы, на которую нанесены два основных и два дополнительных электрода, первый фазовый детектор, опорный вход которого соединен непосредственно, а информационныйчерез исследуемый четырехполюсник с выходом высокостабильного генератора, и второй фазовый детектор, причем первый и второй ссновные электроды кварцевого резонатора соединены с входами высокостабильного генератора, первый дополнительный электрод кварцевого резонатора соединен с общей шиной через первый резистор, входом второго фазового детектора и первым основным электродом через первый двухполюсник, управляющий вход которого соединен с выходом первого Фазового детектора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений, оно снабжено Фазовращателем на в, вторым резистором и вторым двухполюсником управляющий вход которого соединен с выходом первого фазового детектора, при этом второй дополнительный электрод кварцевого резонатора соединен с общей шиной через второй резистор, с опорным входом второго фазового детектора через фазовращатель на л и с вторым двухполюсником непосредственно, который также соединен с вторым основным электродом кварцевого резонатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Сиробаба Я.Я. и др. Основы теории радиотехнических измерений параметров движения. ИО СССР, 1971, с. 131135.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Н 2834224/18-21, кл. G 01 R 25/00, 29.10.79.

1000932

Составитель Н. Агеева

Техред А, Бабинец Корректор Е. Рошко

Редактор А. Лежнина

Тираж 708 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 1378/48 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4