Измеритель группового времени запаздывания

 

Изобретение может быть использовано в радиотехнике. Целью изобретения является повышение точности измерений. Измеритель ГВЗ содержит дискретно перестраиваемый генератор 1, двухфазный генератор 2, модулятор 3, объект 4 исследования, коммутатор 5, аттенюатор 6, усилитель 7, детектор 8, АЦП 9, формирователь 10 импульсов, генератор 11 импульсов, фазометр 12, регистры 13 - 16 управления соответственно дискретно перестраиваемым генератором 1, двухфазным генератором 2, коммутатором 5 и аттенюатором 6, системную магистраль 17, регистр 18 данных АЦП 9, регистр 19 данных фазометра 12, блок 20 отображения, регистр 21 панели управления и микропроцессорный блок 22. Цель достигается за счет одноканальной структуры, исключающей паразитные связи, а также введения дополнительного фазового сдвига, устанавливающего рабочую точку в области характеристики фазометра. 2 ил.

COIO3 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1

) S С 04 Р 10/

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4443602/24-21 (22) 17,06,88 (46) 07,04.90,-Бюл, Р 13 (71) Красноярский политехнический институт (72) А,С,Глинченко, В.В,Моисеенко и В.А,Пирогов (53) 621,317,39(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 798621, кл, С 01 R 25/00, 1979, Авторское свидетельство СССР

М 1226400, кл. G 04 F 10/06, 1984, -(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ГРУППОВОГО ВРЕМЕНИ

ЗАПАЗДЬ1ВАБИЯ (57) Изобретение может быть использовано в радиотехнике. Целью изобретения является повышение точности измерений. Измеритель ГВЗ содержит дискретно перестраиваемый генератор

1, двухфазный генератор 2, модулятор

3, объект 4 исследования, коммутатор

5, аттенюатор 6, усилитель 7, детектор 8, АЦП 9, формирователь 10 импульсов, генератор 11 импульсов, фазометр 12, регистры 13-16 управления соответственно дискретно перестраи» ваемым генератором 1, двухфазным генератором 2, коммутатором S и аттенюатором б, системную магистраль 17, регистр 18 данных АЦП 9, регистр 19 данных фазометра 12, блок 20 отображения, регистр 21 панели управления и микропроцессорный блок 22, Цель достигается за счет одноканальной структуры, исключающей паразитные 3 связи, а также введения дополнительного фазового сдвига, устанавливаюшего рабочую точку в области характеристики фазометра. 2 ил, 1555697

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения группового времени запаздывания радиоустройств.

Цель изобретения — повыщение точности измерений, На фиг,l приведена структурная схема измерителя; на фиг,2 - фазовая характеристика фазометра, иллюстрирующая работу измерителя.

Измеритель группового времени запаздывания (ГВЗ) содержит дискретно перестраиваемый генератор 1, двухфазный генератор 2, последовательно соединенные модулятор 3, объект 4 исследования, коммутатор 5, аттенюатор

6, усилитель 7, детектор 8, аналогоцифровой преобразователь (АЦП) 9, а также формирователь 10 импульсов, генератор ll импульсов, фазометр 12, регистр 13 управления дискретно перестраиваемым генератором, регистр

14 управления двухфазным генератором

2, регистр 15 управления коммутатором 5 и регистр 16 управления аттенюатором 6, При этом выходы регистров 13-16 управления подключены к уп° равляющим входам соответствующих им блоков, а их информационные входы и входы чтения соединены с общей системной магистралью 17,к:. которой подключены также информационными выходами и входами чтения регистр 18 данных АЦП 9, регистр 19 данных фазометра 12, блок 20 отображения, регистр

21 панели управления и микропроцессорный блок 22, входы запроса преры" вания которого соединены соответственно с управляющим выходом регистра

21 панели управления, выходом конца измерения фазометра 12, который соединен также с входом записи регбист" ра 19 данных фаэометра и выходом конца преобразования АЦП 9, соединенным также с входом записи регистра 18 управления АЦП 9, Выход детектора 8 соединен с первым сигнальным входом фазометра 12, информационный выход которого соединен с информационным входом регистра 19 данных фазометра, вход квантования соединен с выходом генератора 11 ипульсов, вход пуска - с общей системной магистралью 17, а второй сигнальный вход - с вторым выходом двухфазного генератора 2, который также. через формирователь 10 импульсов соединен

5 !

О

35 с входом запуска АЦП 9, информационный выход которого соединен с информационным входом регистра 18 АЦП, вы" ход дискретно перестраиваемого генератора I и первый выход двухфазного генератора 2 соединены с входами модулятора 3, выход которого соединен с вторым входом коммутатора 5.

Принцип работы измерителя ГВЗ (фиг.1) основывается на измерении вносимого исследуемым объектом фазового сдвига огибающей AN-сигнала и определении ГВЗ в соответствии с выражением

tV = Pa/gгде g - ч ас то та модуля ции, Испытательный АИ-сигнал с выхода модулятора 3, управляемого сигнальным дискретно перестраиваемым генератором 1 и модулирующим двухфазным генератором 2 (подключенным к модулятору 3 первым фазонерегулируемым выходом), проходит через последовательно соединенные исследуемый объект

4, коммутатор 5, аттенюатор 6, усилитель 7 и детектор 8, на выходе которого выделяется огибающая АМ-сигнала, поступающая на первый сигнальный вход цифрового фазометра 12 с времяимпульсным преобразованием. На второй сигнальный вход фазометра

12 поступает опорный сигнал той же частоты с второго (фаэорегулируемого) выхода двухфазного генератора 2, При нулевом фазовом сдвиге опорного сигнала двухфазного генератора

2 измеренное фазометром 12 значение фазового сдвига(„, пропорционально групповому времени запаздывания исследуемого объекта 4 на частоте f задаваемой дискретно перестраиваемым генератором 1, Это значение по сигналу конца измерения фазометра 12, подаваемому на входы записи регистра .19 данных фазометра и запроса прерывания микропроцессорного блока 22, записывается в указанный регистр и с некоторой задержкой считывается через общую системную магистраль 17 в микропроцессорный блок 22 ° По значению с о щ и известному значению частоты модуляции g в микропроцессорном блоке 22 вычисляется измеренное значение ГВЗ с и на частоте fs которое записывается в память микропроцессорного блока 22 и выводится на блок 20 отображения, Изменяя частоту

5 155 сигнала с определенным шагом, можно снять частотную характеристику ГВЗ исследуемого объекта 4 в заданном диапазоне частот.

Погрешность измерения ГВЗ методом

Найквиста существенно зависит от значения частоты модуляции, возрастая при ее уменьшении. Сверху частота модуляции ограничивается допустимой методической погрешностью и для ис= следуемых объектов со сложными многоэкстремальными характеристиками ГВЗ, например, высокочастотных полосовых фильтров на ПАВ с интервалом между экстремумами до 50 кГц не может быть выбрана свыше 20-30 кГц, В этом случае допустимой погрешности измерения

ГВЗ порядка десятых долей наносекунды соответствует требуемая точность измерения фазового сдвига огибающей— около 0,005-0,007 . Для получения столь высокой точности измерения необходимо минимизировать все составляющие погрешности измерения, Малая случайная погрешность в устройстве обеспечивается цифровым фазометром 12 с времяимпульсным преобразованием и с усреднением эа время измерения порядка I с при частоте кван тования, задаваемой генератором 11 импульсов, свыше 10-20 МГц.

Для получения эффективного усреднения необходимо предусмотреть отсутствие кратности частот квантования и модуляции, что наиболее просто достигается при задании их от отдельных независимых источников, В течение достаточно большого времени измерения фазометра 12 частота сигнала на входе исследуемого объекта 4 должна быть постоянна с целью исключения эффекта сглаживания измеренной час, тотной характеристики ГВЗ, Это дости гается использованием в качестве

5697

45

55 сигнального генератора дискретно перестраиваемого генератора 1 вместо традиционно используемых генераторов качающейся частоты. При этом легко автоматизируется процесс измерения и обеспечивается точное соответствие между частотой сигнала и измеренным значением ГВЗ, Использование модулируюцего двухфазного генератора 2 с дискретной перестройкой частоты позволяет выбрать частоту модуляции, наиболее соответствующую исследуемому объек15

40 ту, что обеспечивает снятие частотных характеристик ГВЗ при различных значениях частоты модуляции с уменьшенной методической погрешностью, Инструментальная систематическая погрешность измерителя складывается из частотной составляющей, определяемой линейными узлами (усилителем

7 и соединительными элементами), а также модулятором 3, работающим при неизменных уровнях несущего и модулирующего сигналов; амплитудной (динамической) составляющей, зависящей от амплит ы и частоты сигнала и определяемой нелинейными узлами (детектором 8 и формирующими усилителями фазометра 12); основной погрешности, зависящей от измеряемого значения

ГВЗ (фазового сдвига огибающей) и значений амплитуды и частоты сигнала, эта составляющая определяется цепями паразитной межканальной связи в высокочастотной и низкочастотной части измерителя. В высокочастотной части эта связь преимущественно осуществляется через коммутатор 5, коммути рующий исследуемый объект в режимах измерения и калибровки, Кроме того, все указанные составляющие погрешности зависят от времени за счет временной нестабильности параметров элементов измерителя (временная погрешностью °

Существенное уменьшение частотной и временной погрешностей достигается путем калибровки измерителя; с точки зрения временной погрешности калибровку желательно проводить непосредственно перед измерением ГВЗ в каждой точке частотной характеристики с помощью программно управляемого коммутатора 5, Амплитудная (динамическая) погрешность измерения связана с изменением амплитуды сигнала на выходе исследуемого объекта 4 за счет неравномерности его АЧХ; она не ком» пенсируется при калибровке, так как уровни сигнала в режимах измерения и калибровки различны, В известном измерителе достигается уменьшение амплитудной погрешности фазометра 12, однако сохраняется погрешность, вносимая детекторами и смесителями, В предлагаемом изме» рителе амплитудная погрешность уменьшается путем введения на выходе исследуемого объекта 4 аттенюато7 1555697 8 ра 6 и усилителя 7, С помощью аттенюатора 6 и усилителя 7 устанавливается оптимальный уровень сигнала на входах детектора 8 и фазометра

12, соответствующий минимальной крутизне фазоамплитудной характеристики измерителя, При большой неравномерности АЧХ исследуемого объекта 4 этот уровень с помощью аттенюатора 6 можно поддерживать неизменным с точностью до дискретности аттенюатора, В результате минимизируется перемещенная составляющая амплитудной погрешности, 15

Необходимый коэффициент передачи аттенюатора 6 на каждой частоте сигнала в режимах измерения и калибровки определяется путем цифрового измерения амплитуды огибающей на выходе 2О детектора 8 с помощью AIIJI 9, Запуск

АЦП 9 осуществляется в моменты максимума огибающей сформированным с помощью формирователя 10 импульсов сигналом с фазорегулируемого выхода двухфазного генератора 2 путем установки фазувого сдвига этого сигнала относительно огибающей, равным

90, Полученный код амплитуды огибающей сигналом конца преобразования 30

АЦП 9 записывается в регистр 18 данных АЦП и по запросу прерывания АЦП

9 считывается затем через общую системную магистраль 17 в микропроцессорный блок 22, Для повышения точнос- З5 ти в микропроцессорном блоке. 22 возможно накопление измеренных значений амплитуды сигнала. Считывание кода амплитуды может производиться не в каждом периоде измеряемой огибающей 4(1 сигнала.

Далее по измеренному значению амплитуды микропроцессорным блоком 22 определяется необходимый код управления аттенюатора 6, который записыва- 45 ется в регистр 16 кода управления аттенюатором и осуществляет его требуемое переключение, Для обеспечения эффективной компенсации.амплитудной погрешности при большой неравномерности АЧХ исследуемого объекта 4 собственная погрешность аттенюатора 6 должна быть намного меньше амплитудной погрешности детектора 8 и фазометра 12.

Аттенюатор можно выполнить на р-i-n- I диодах или пассивных элементах (ре зисторах). Такие аттенюаторы отличаются высокой долговременной стабильностью параметров, что позволяет корректировать вносимые ими погрешности с помощью поправок, хранимых в постоянном запоминающем устройстве микропроцессорного блока 22, Уменьшению основной погрешности в предлагаемом измерителе по сравнению с известным способствует одноканальная структура высокочастотной части измерителя, исключающая цепи паразиткой межканальной связи по высокой частоте (кроме неизбежной связи через коммутатор 5). Такая структура не обеспечивает возможности одновременного снятия разностной частотной характеристики ГВЗ рабочего и эталонного четырехполюсников, однако практически в этом нет необходимости, так как частотная характеристика ГВЗ эталона может быть заранее записана в запоминающее устройство микропроцессорного блока 22.

Основная погрешность уменьшается также за счет отсутствия двухканального смесителя, работающего на частоте модуляции и создающего дополнительные цепи межканальной связи, Этот смеситель путем двукратного измерения фазового сдвига при преобразовании частоты снизу и сверху (f „(f u f „о f ) компенсирует частотную и амплитудную погрешности фазометра, а основная погрешность при этом может даже возрасти, так как она сложным образом зависит от фазо-.вого сдвига, Так, для триггерного фазометра фазовая характеристика с учетом межканальной паразитной связи может иметь вид, представленный на фиг.2. При значениях ц „ = + (г„ основная погрешность также меняет свой знак и результирующее значение погрешности равно

Щ,= (ЬЦ, + ЬЦ,)/2 °

Эта погрешность не компенсируется и при калибровке,так как фазовые сдвиги в режимах измерения и калибровки различны, Уменьшение основной погрешности в измерителе достигается за счет двухфазного генератора 2 ° С его помощью вводится дополнительный фазовый сдвиг, который устанавливает ра- . бочую точку в области фазовой характеристики фазометра 12, где имеет место наименьшее изменение его основ"

9 15 ной погрешности при изменении фазового сдвига огибающей, которое при малых значениях частоты модуляции, как правило, невелико, При этом минимизируется переменная составляющая основной погрешности, что важно с точки зрения точности измерения неравномерности частотной характеристики ГВЗ, которая не зависит от постоянных составляющих погрешностей.

Так, для фазовой характеристики (фиг.2) условию минимальной крутизны о соответствует область вблизи 90 о

В области 180 абсолютное значение основной погрешности минимально, однако крутизна фазовой характеристики здесь максимальна.

В общем случае фазовая характеристика фазометра носит более сложный характер. Для определения рабочей точки с помощью двухфазного генератора 2 можно снять эту характеристику для данного конкретного измерителя

При этом погрешности фазометра 12 и цвухфазного генератора 2 могут быть разделены, Этот процесс легко автоматизируется с помощью микропроцессорного блока 22, Задание или изменение исходных параметров или режимов работы измерите ля осуществляется через регистр 21 панели управления, формирующий сигнал запроса прерывания микропроцессорного блока 22, При этом модифицируется содержимое регистра 13 управления дискретно перестраиваемым генератором 1, регистра 14 управления двухфазным генератором 2, регистра 15 управления коммутатором 5 и регистра 16 управления аттенюатором 6, Начало из мерительного цикла задается сигналом запуска фазометра 12 от микропроцессорного блока 22 по сигналу пуска с регистра 21 панели управления, При автоматическом снятии частотной характеристики ГВЗ измеритель управляется программно, Передача кодов управления и данных производится через

;общую системную магистраль 17, Микропроцессорный блок 22 может быть выполнен по типовой структуре на основе микропроцессорных комплектов БИС серий К580, К1810, К1804 и др. В качестве этого блока могут быть, использованы также одноплатные микроЭВМ (например, типа МС-1201) или уни55697 10

35

55 версальные микроконтроллеры (К1-20) и микроЭВМ (типа "Электроника-60").

Блок 20 отображения может предl ставлять собой как простейший цифровой индикатор, так и алфавитно-цифровой или графический дисплей.

Таким образом, благодаря введению новых элементов и связей обеспечены возможности структурной минимизации инструментальных систематических погрешностей измерения группового времени запаздывания исследуемых объектов со сложными многоэкстремальными характери.тиками зависимости группового времени запаздывания от частоты.

Так, погрешность, вносимая только детектором при изменении амплитуды сигнала в 2 раза, составляет десятые доли градуса, Такого же порядка амплитудная погрешность смесителей и основная погрешность измерителя. Введение программно управляемого калиброванного аттенюатора 6, усилителя 7, АЦП 9 и двухфазного генератора

2 позволяет уменьшить погрешности до сотой доли градуса, Кроме того, измерение амплитуды огибающей в измерителе расширяет его функциональные возможности, позволяя одновременно с измерением ГВЗ измерять АЧХ исследуемого объекта, Формула изобретения

Измеритель группового времени saпаздывания, содержащий модулятор, соединенный с входной клеммой для подключения исследуемого объекта, детектор, коммутатор, регистр управления коммутатором, соединенный выходом с управляющим входом коммутатора фазометр и регистр данных фазометра, который информационным входом и входом записи соединен соответственно с информационным выходом и выходом конца измерения фазометра, а информационным выходом и входом чтения — с общей системной магистралью, к которой подключены информационными и управляющими шинами микропроцессорный блок, блок отображения, регистр управления коммутатором и регистр панели управления, соединенный с первым входом запроса прерывания микропроцессорного блока, о тл и-ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения точности измерения, в

1555697 1? (Рог.2

Составитель М,Катанова

Техред А.Кравчук Корректор С,Шекмар

Редактор Н,Тупица

Заказ 555 Тираж 351 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 него введены аттенюатор, дискретно ,,перестраиваемый генератор и двухфазный генератор, к управляющим входам каждого из которых подключены выходы соответствующих им регистров управле5 ния, которые информационными входами и входами записи соединены с общей системной магистралью,а также генератор импульсов, соединенный с входом квантования фазометра, который пер. вым сигнальным входом подключен к выходу детектора, усилитель, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и регистр данных АЦП, который информационным выходом и входом чтения соединен с общей системной магистралью, а информационным входом и входом записи - соответственно с информационным выходом и выходом конца преобра- gg зования АЦП, соединенного также с вторым входом запроса прерывания микропроцессорного блока, сигнальный вход

АЦП соединен с выходом детектора, а вход запуска через формирователь импульсов - с вторым выходом двухфазного генератора, к которому подключен также второй сигнальный вход фазометра, вход пуска фазометра подключен к общей системной магистрали, а выход конца измерения — к третьему входу запроса прерывания микропроцессорного блока, первый выход двухфазного генератора подключен к первому входу модулятора„ второй вход которого соединен с выходом дискретно перестраиваемого генератора, выход аттенюатора через усилитель соединен с входом детектора, а сигнальный вход - с выходом коммутатора, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходной и входной клеммами для подключения исследуемого объекта,