Устройство для измерения времени задержки

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике. Цель изобретения - повьшение точности измерения задержки в цепях с большой неравномерностью амплитудно-частотной характеристики. Устройство содержит высокочастный кварцевый генератор 1, фазовый детектор 6, аттенюатор 7, фазовращатель 8, коммутаторы 9 и 15, низкочастотный избирательный усилитель 11, синхронный детектор 12, цифровой частотомер. 14 и коммутационный генератор 18. В устройство введены блоки 2 и 4 смещения частоты , блок 13 преобразования напряжение-частота , эквивалентная нагрузка 16, высокочастотный избирательный усилитель 5, усилитель-ограничитель 10 и блок 17 формирования смещающегося напряжения. Преимущество устройства достигается как за счет высокой стабильности частоты кварцевого генератора 1 и низкочастотного избирательного усилителя 11, что повышает стабильность работы фазового детектора 6, так и за счет работы фазовращателя 8 на фиксированной частоте, что исключает погрешность от дисперсии образцовой меры. 1 ил. с (Л IND 4; 05

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК!

;:с с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3956273/24-21 (22) 17.09.85 (46) 15.02.87. Бюл. № 6 (71) Винницкий политехнический институт (72) Ю.А.Скрипник, А.И.Гуцало, В.П.Савлюк и И.Ю.Скрипник (53) 621.317.77 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 481995, кл. Н 03 К 5/13, 1973.

Авторское свидетельство СССР № 1005289, кл. Н 03 К 5/13, 1983. (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ ЗАДЕРЖКИ (57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике. Цель изобретения — повышение точности измерения задержки в цепях с большой неравномерностью амплитудно-частотной характеристики. Устройство содержит высокочастный кварцевый генератор .1, „.SU„„1290246 А1 рц 4 с 4 3 10/06, Н 03 К 5/13 фазовый детектор 6, аттенюатор 7, фазовращатель 8, коммутаторы 9 и 15, низкочастотный избирательный усилитель 11, синхронный детектор 12, цифровой частотомер, 14 и коммутационный генератор 18. В устройство введены блоки 2 и 4 смещения частоты, блок 13 преобразования напряжение-частота, эквивалентная нагрузка

16, высокочастотный избирательный усилитель 5, усилитель-ограничитель

10 и блок 17 формирования смещающегося напряжения. Преимущество устройства достигается как за счет высокой стабильности частоты кварцевого генератора 1 и низкочастотного избирательного усилителя 11, что повышает стабильность работы фазового детектора 6, так и за счет работы фазовращателя 8 на фиксированной частоте, что исключает погрешность от дисперсии образцовой меры. 1 ил.

1 1290246 2

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения времени задержки в радиотехнических цепях, имеющих большую неравномерность амплитудно-частотной характеристики.

Целью изобретения является повышение точности измерения времени задержки в цепях с большой неравномерностью амплитудно-частотной ха- 10 рактеристики.

На чертеже представлена структурная схема устройства для измерения времени задержки.

Устройство для измерения времени задержки содержит высокочастотный кварцевый генератор 1, первый блок

2 смещения частоты, контролируемую цепь 3, второй блок 4 смещения частоты, высокочастотный избирательный усилитель 5, фазовый детектор 6, аттенюатор 7, фазовращатель 8, первый коммутатор 9, усилитель-ограничитель

10, низкочастотный избирательный усилитель 11, синхронный детектор 12, блок 13 преобразования напряжение-. частота, цифровой частотомер 14, второй коммутатор 15, эквивалентную нагрузку 16, блок 17 формирования смещающего напряжения и коммутационный генератор 18.

Выход высокочастотного кварцевого генератора 1 через блок 2 смещения частоты, контролируемую цепь 3, второй блок 4 смещения частоты и высоко- 35 частотный избирательный усилитель 5. соединен с входом фазового детектора

6. Одновременно высокочастотный кварцевый генератор 1 через аттенюатор 7 и фазовращатель 8 соединены со входа- 40 ми коммутатора 9, выход которого через усилитель-ограничитель 10 соединен с вторым входом фазового детектора 6. К выходу фазового детектора 6 подключены последовательно соединенные низкочастотный избирательный усилитель 11, синхронный детектор 12 и блок 13 преобразования напряжениечастота. Выход блока 13 соединен с цифровым частотомером 14 и входом второго коммутатора 15, один выход которого соединен с эквивалентной нагрузкой 16, а другой выход — с блоком 17 формирования смещающего напряжения, выходами соединенным с управляющими входами блоков 2 и 4 смещения частоты. Управляющие входы коммутаторов 9 и 15 и синхронного детектора 12 соединены с выходом коммутационного генератора 18.

Устройство работает следующим образом.

Высокочастотные колебания генератора 1 стабильной частоты d U,—

=U,„ cos(M t+ P ) проходят через блок

2 смещения частоты и воздействуют через входную клемму на цепь 3 с контролируемой задержкой . Задержанные колебания через выходную клемму проходят блок 4 смещения частоты, усиливаются высокочастотным избирательным усилителем 5, настроенным на частоту 1 генератора 1, и воздействуют на вход фазового детектора 6.

Одновременно высокочастотные колебания генератора 1 через аттенюатор

7 или фазовращатель 8 в зависимости от положения коммутатора 9 и усилитель †ограничите 10 поступают на управляющий вход фазового детектора 6.

При автоматической работе коммутатора 9, уп1.авляемого напряжением генератора 18, на управляющий вход фазового детектора 6 поочередно поступают пакеты высокочастотных колебаний генератора 1, проходящих через коммутатор 9. При этом колебания, прошедшие аттенюатор 7, имеют начальную фазу <, а колебания, прошедшие фазовращатель 8, дополнительно сдвигаются на вводимый угол Ч

Аттенюатором 7 уравниваются амплитуды пакетов высокочастотных колебаний, поочередно воздействующих на управляющий вход фазового детектора в качестве опорных колебаний. Оста точная амплитудная модуляция в па— кетном напряжении подавляется усилителем-ограничителем 10.

Так как периодическое введение дополнительного фазового сдвига Ч, вызывает фазовую модуляцию опорных колебаний фазового детектора 6 с частотой переключения коммутатора

9, то на выходе фазового детектора выделяется модуллирующее напряжение с частотой коммутации, которое усиливается низкочастотным избирательным усилителем 11. Усилиненное напряжение выпрямляется синхронным детектором 12, управляемым коммутационным генератором 18.

Выпрямленное напряжение преобразуется в частоту электрических колебаний Я блоком 13 преобразования напряжение-частота, которая измеря3 12 ется цифровым частотомером 14, и через второй коммутатор 15 поочередно поступает на эквивалентную нагрузку

16 или на блок 17 формирования смещающего напряжения в зависимости от положения коммутатора 15.

В качестве блоков 2 и 4 смещения частоты могут быть использованы однополосные модуляторы, вращающиеся электромеханические фазовращатели, параметрические фазовращатели с периодически переключаемой фазой, регенеративные делители частоты в режиме периодического переключения устойчивых фазовых состояний и т.п.

При использовании в качестве блоков

2 и 4 однополосных модуляторов, выполненных по фазокомпенсацйоннай схеме,,блок 17 формирования смещающего напряжения представляет собой многофазный фазорасщепитель (на чертеже условно показан двухфазный).

Тогда при подаче низкочастотного многофазового напряжения с прямой последовательностью чередования фаз на блок 2 на его выходе формируются смещенные по частоте колебания с суммарной частотой > + . При подаче на блок 4 многофазного напряжения с обратной последовательностью фаэ на его выходе формируются смещенные по частоте колебания с разностной частотой и1 — .

В положении коммутаторов 9 и 15, укаэанном на чертеже, на входы блоков 2 и 4 смещающие колебания не поступают, и на вход избирательного усилителя 5 поступают задержанные колебания исходной частоты д

U =U cos(u3 (t-c)+ g,), ъ 2

4 сдвинутые по фазе на угол Ч =< +Ч .

Эти колебания сравниваются по фазе с опорными колебаниями фазового детектора б с начальной фазой Ч, . Выходное напряжение фазового детектора с линейной преобразовательной характеритикой пропорционально разности фаэ сравниваемых колебаний

Пз где S — крутизна преобразования детектора (В/град).

В противоположном положении коммутаторов 9 и 15 в блоке 2 частота высокочастотных колебаний и увеличивается на частоту смещающих колебаний St . Через цепь 3 с контролируемой задержкой 1 . проходят смещенные колебания

U =U cos((d +а ) (t-1.)+Ч,), 90246

4 которые сдвигаются по фазе на угол

4 =(<А+Я )1+ g . В блоке 4 высокочастотные колебания M +a. уменьшаются на частоту смещающих колебаний и

5 что приводит к восстановлению первоначального значения частоты высокочастотных колебаний д, но с фазовым углом М . Эти колебания усиливаются избирательным усилителем 5

fp и сравниваются по фазе в детекторе

6 с опорными колебаниями, сдвинутыми по фазе фазовращателем 8 на угол

y . .При этом на выходе фазового део тектора б создается напряжение

f5 U =St (d + 2 )Т вЂ” ч,1.

Автоматическая работа коммутатора 9 и 15 вызывает появление в выходном напряжении фазового детектора 6 переменной составляющей напря20 жения с частотой коммутации

1 S

U = (U -U )= (1 — Я ). Выходное на2 з пряжение синхронного детектора 12 пропорционально усиленному перемен25 ному напряжению частоты коммутации

7 2 а

1 где К вЂ” коэффициент усиления усили1 теля 11.

Напряжение U, преобразуется блоком 13 в частоту электрических колебаний

1 2 о где S †. крутизна преобразования

2 напряжения в частоту Гц/В1. Напряжение частоты Я используется в дальнейшем для смещения частоты высокочастотных колеба40

В установившемся режиме частота смещающих колебаний принимает значение

К 8 82. о т

1+К, Б„Б где при выборе К, =10 -10 единицей в знаменателе можно пренебречь. Тогда значение контролируемой задержки

50 -„. 1 о 1 о

Т, где Т=2л/Я вЂ” период смещающих колебаний.

Таким образом, по периоду смещаю55 щих колебаний, который измеряется цифровым частотомерам 14, работающим в режиме периодомера, регистрируют значение контролируемой задержки.

1290246

Составитель II.Катанова

Техред у Ходанич Корректор А.Ильин

Редактор Н.Горват

Заказ 7898/43

Тираж 392 Подпи ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие,:.-.Ужгород, ул.Проектная,4

Таким образом, устройство позволяет существенно повысить точность измерения задержки редиотехнических цепей с большим затуханием и неравномерностью амплитудно-частотной характеристики, Это преимущество достигается как эа счет высокой стабильности частоты кварцевого генератора и узкополосного усиления, что повышает стабильность работы фазового детектора, так и за счет работы фаэовращателя на фиксированной частоте, что исключает погрешность от дисперсии образцовой меры.!

Кроме того, измерение задержки по периоду смещающих колебаний позволяет снизить относительную погрешность измерения больших задержек (< » 2F/d ) до (+0,2)-(+0,5)X при затухании задерживающей цепи до 80 дБ на фиксированных частотах 1-50 МГц.

При этом нестабильность преобразовательных характеристик фазового детектора ($, ), а также вновь введенных блоков (К,Б ) и других не влияету на результат измерения.

Формула и з о б р е т е н и я

Устройство для измерения времени задержки, содержащее высокочастотный генератор, аттенюатор и фазовращатель, выходы которых соединены с входами первого коммутатора, фазовый детектор, выход которого через низкочастотный избирательный усилитель соединен с синхронным детектором, второй коммутатор,, коммутационный генератор, выход которого соединен с управляющими входами коммутаторов и синхронного детектора, входная и

5 выходная клеммы контролируемой цепи и цифровой, частотомер, о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности измерения, в него введены высокочастотный избирательный усилитель, усилитель-ограничитель, блок преобразования напряжение-частота, эквивалентная нагрузка, блок формирования смещающего напряжения и два блока смещения частоты, вход первого из которых соединен с выходом высокочастотного генератора и входами фазовращателя и аттенюатора, а.выход — с входной клеммой контролируемой цепи, вход второго блока смещения частоты соединен с выходной клеммой .контролируемой цепи, а выход — с входом высокочастотного избирательного усилителя, выход которого соединен с первым входом фазового детектора, второй вход которого через усилитель-ограничитепь соединен с выходом первого коммутатора, вход блока преобразования

30 напряжение-частота соединен с выходом синхронного детектора, а выходс цифро зым частотомером и входом второго коммутатора, один выход которого соединен с эквивалентной нагрузкой, а другой выход — с блоком

35 формиро>зания смещающего напряжения, выходы которого соединены с управляющими входами первого и второго блоков смещения частоты.