Электронный фазометр

 

ЭЛЕКТРОННЫЙ ФАЗОМЕТР по авт. св. К , отличающийся 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 перестраиваемь1м, а его управляющий вход соединен с выходом фильтра нижних частот, вход которого соединен с выходом фазового детектора и одним входом дополнитель- . ного 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 одi нополосных модуляторов соединены (Л с выходами первого коммутатора, входы которого соединены соответственно с выходами блоков согласования, а управляющий вход - с вторым, выходом генератора низкой частоты . ю QD СО СО

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1029099

3(5)) G 01 R 25/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ -, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 864) 8) (2)) 3374836/18-21 (22) 04.01.82 (46) 15.07.83. Бюл. Ю 26 (72) В.И Луценко, В.Г.Сергеев, S.È.Têà÷åíêî и И.Е.Залогин (71) Харьковский ордена Ленина авиационный институт им. Н.E.Æóêîâñêîãî (53) 621 317. 373 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N 864181, кл. G 01 R 25/04, 1951. (54)(57) ЭЛЕКТРОННЫЙ ФАЗОМЕТР по авт. св. Р 86418), о.т л и ч аю шийся 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 перестраиваемым, а его управляющий вход соединен с выходом фильтра нижних частот, вход котороv го соединен с выходом фазового де.т ек тора и одни м входом до пол ни тел ь-, ного 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 частоты..

30

4 10

Изобретение относится к фазоизмерительной технике и может быть использовано при создании устройств и систем измерения разности фаз.

По основному авт. св. N 864181, известен электронный фазометр, содер жащий первый и второй блоки согласования, последовательно соединенные первый и второй однополосные модуляторы, блок подавления амплитудной модуляции, третий однополосный модулятор, резонансный усилитель.и четвертый однополосный модулятор, выход которого соединен с вторым вхо дом первого бднополосного модулятора а второй вход - с выходом пинии задержки, вход которой соединен с одним выходом перестраиваемого генератора, второй выход которого соединен со вторым входом третьего однопо- лосного модулятора, а вход - с выходом фазового детектора, первый вход которого соединен с выходом резонансного усилителя, а второйс выходом опорного генератора 1 g.

Недостатком данного устройства является низкая точность измерений, обусловленная нестабильностью фазовых характеристик элементов преобразовательного тракта.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в электронный фазометр, содержащий первый и второй блоки согласования, последовательно соединенные первый и второй однополосный модуляторы, блок подавления амплитудной модуляции, третий однополосный модулятор, резонансный усилитель и четвертый однополосный модулятор„ выход которого соединен со вторым входом первого однополосного модулятора, а второй вход - с выходом линии задержки, вход которой соединен с одним из выходов перестраиваемого генератора, второй выход которого соединен со вторым входом третьего однополосного модулятора, а вход - 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 управляю29099 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 в одом 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, I а выходы соответственно со входами " третьего и четвертого однополосных модуляторов, входы первого и второго

I однополосных модуляторов соединены с выходами первого коммутатора, вхо-. ды которого соединены соответственно с" выходвми блоков согласования, а управляющий вход - со вторым выходом генератора низкой частоты.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства

Электронный фазометр содержит блоки 1 и.2 согласования в каналах опорного и информационного сигналов.

Выходы блоков 1 и 2 согласования через первый коммутатор 3 соединены с первыми входами однополосных модуляторов 4 и 5. Выход однополос- ,ю ного модулятора 4 соединен со вторым входом однополосного модулятора

5, выход которого через блок о подавления амплитудной модуляции, однополосный модулятор, резонансный усилитель 8 и однополосный модулятор 9 соединен со вторым входом однополосного модулятора 4. С выхода резонансного усилителя 8 сигнал подается на вход фазового детектора

10, второй вход которого соединен с выходом опорного генератора ll, и выход которого черев .фильтр 12 нижних частот соединен с управляющим входом однополосного модулятора

4. С выхода резонансного усилителя

8 сигнал подается на вход фазового детектора 10, второй вход которого соединен с выходом опорного генератора 11, и выход которого через фильтр 12 нижних частот соединен с управляющим входом резонансного усилителя 8 и непосредственно с входом

55 фазового детектора 13. На второй ,вход фазового детектора 13, а также на управляющие входы коммутаторов

3 и 14 подается сигнал с аенвратора

1029099 4

10

S0

15 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 14 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

ы „=ю0,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 Ч3

= Сз жг1 = 2КЛ, 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. =О.

При положительной полувопне напряжения с выхода генератора 15 низкой частоты выходные сигналы блоков 1 и 2 согласования подаются соответственно на входы однополосных моду- . ляторов 4 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 4 и 7 выделяют разностную частоту сигналов, действующих на их,входах, а однополосные модуляторы 5 и 9суммарную. Тогда можно утверждать, что частоты сигналов на выходе однополосного модулятора 5 и втором входе однополосного модулятора 4 одинаковы, но выходной сигнал блока

5 имеет .фазовый сдвиг, равный измеряемому + из-м(нулю ecole Ъиз „= — 0) .

Выходной сигнал однополосного модулятора 9 сдвинут по фазе.относительно входного сигнала однополосного модулятора 7 на угол -93(paaК Т eeJ1 оП вЂ” фг г

В предлагаемом устройстве при достаточно большом коэффициенте уси-. ления резонансного усилителя 8 в коль це, образованном блоками 4-9, 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 т 27Ж, Ч О,.tip" =lAly) частота устаэ . новившихся колебании (на выходе резонансного усилителя) равна 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 4, выходной сигнал перестраиваемого генератора 17 подается на вход-:однополосного модулятора 9, а сигнал с линии

i8 задержки - на вход однополосного модулятора 7. Таким образом, разность фаз сигналов на выходе блока 5 и входе блока 4 — Ризм, а на выходе блока I

9 и входе- 7 - +т3- о ггг 3

Поскольку при сделанных предполо иЗм:мутаторов 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 10. Заметим, что положение не изменяется и при замыкании связи между блоками 8 и I2. 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 17и =ш„

I Г.

Предположим теперь, что из-за

|нестабильности фазовых характеристик аппаратуры в кольце автогенератора, образованного блоками 4, 5, 6, 7, 8 и 9, фазовый сдвиг стал отличен от нуля. В этом случае условия баланса фаз выполняются уже на новой частоте и на выходе резонансного усилителя 8 частота автоколебаний будет уже<ив+я, где 2 — откяонение частоты сигнала относительно частоты настройки резонансного усилителя

029099

5 1

8, при которой фазовый сдвиг в уси- лителе 8 скомпенсирует отличный от нуля аппаратурный фазовый сдвиг Р

Однако при уходе частоты на выходе резонансного усилителя 8 от значения и „, 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 соо. 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 йгЬ нулевому измеряемому фазовому сдвигу.

Предположим теперь, что измеряемый фазовый сдвиг Г, стал отуииЗм чен от нуля, а настроика перестраиваемого генератора 17 не изменилась. В этом случае на выходе однополосного модулятора 5 появляется манипулированный по фазе сигнал (то +Ч ), то -Ч„ относительно сигизм нала 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 l3 появляется постоянная составляющая; знак которой определяется знаком из меряемого фазового сдвига 4„ на входах блоков l и 2, а величйна ко5

50 торой определяется величиной Ч„з„.

Под действием данной постоянной составляющей на выходе блока 16 управления (используются интегратор) напряжение .начинает изменяться (скорость изменения определяется величиной постоянной составляющей, а направление изменения - знаком постоянной составляющей),что вызывает изменение частоты перестраиваемого генератора 17 и нарушение равенства ч" =2КХ . Фазовый сдвиг в ли3 нии 18 задержки уже равен V =(м +

3 пГО

+A)F>-2K7i+9 где 4 = Г

Переходный процесс заканчивается, когда У стает равным V „„, Следовательно, изменение частоты перестраиваемого генератора относительно среднего эначенияоэп служит мерой фазового: сдвига Чизм

Таким образом, в устройстве производится автоматическая компенсация флуктуаций 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 сузить полосу пропускания резонансного уси.1 лителя 8 и обеспечить работу с сильно зашумленным информационным сиг-! налом. В прототипе этот путь непреемлем, так как сужение полосы пропускания ведет к возрастанию крутизны фазовой

/ характеристики усилителя в области рабочих частот и появлению значительных неучтенных фазовых сдвигов в кольце автогенератора даже при небольших уходах частоты настройки усилителя или опорного генератора от заданной.

В предлагаемом устройстве могут быть значительно снижены требования к. качеству изготовления однополосных модуляторов (создание фазовых сдвигов сигналов точно на У/2, необходимых амплитудных соотношений и т.д.), поскольку погрешности .в изготовлении однополосных модуляторов приводят к появлению аппаратурных фазовых сдвигов, компенсируемых в устройстве.

1029099

Составитель И.Катаноаа

Редактор Л.Повхан Техред M.Êîøòóðà: Корректор А.Ференц

Заказ 4970/43 Тираж. 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

И3035, Иосква, 3-35; Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектнаэ, 4