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

 

Изобретение относится к фазометрии и позволяет измерять разность фаз во всех диапазонах частот электромагнитных 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 опорный импульс, фаза которого равна фазе первого импульса, а на второй образец - третий опорный импульс, фаза которого сдвинуна @ /2 относительно первого импульса. Затем измеряют максимальные амплитуды хановского эха от первого и второго образцов, а разность фаз вычисляют по формуле, приведенной в описании изобретения. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСИИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСН ИХ

РЕСПУБЛИН (IQI SU(Ill щ) 5 G 01 R 25/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И О 1ХРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

f (21) 4296114/24-21 (22) 1 2. 08. 87 (46) 23. 07. 90. Бюл. ¹ 27 (71) Институт физики им.Л.В.Киренского (7 2) В .М. Владимиров, В . А. Иг на тч е нк о, А.К.Савин и В,И.Цифринович (53) 621.317,77(088.8) (56) Цифринович В.И,, Владимиров В.М,, Игнатченко В.А., Савин А.К. Препринт

ИФ СО-194Ô. Красноярск, 1982.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1029096, кл. С 01 R 25/00, 1983. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗНОСТИ ФАЗ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИМПУЛЬСОВ, РАЗНЕСЕНHblX ВО ВРЕМЕНИ В ОДНОМ КАНАЛЕ (57) Изобретение относится к фазометрии и позволяет измерять разность фаз во всех диапазонах частот электромагИзобретение относится к импульсной фазометрии и может быть использовано при создании фазометров для измерения разности фаз между двумя импульсными сигналами, разнесенными во времени, для всех частот электромагнитных колебаний, где наблюдается хановское эхо, включая ВЧ-, СВЧ- и оптический диапазон, Целью .изобретения является расширение частотного диапазона.

На фиг.la,б схематично изображена последовательность импульсов и хановское эхо. от первого и второго образцов; на фиг.2 — последовательность импульсов и хановское эхо от второго образца при определении калибровочной амплитуды А„(); на фиг.3 — схема

2 нитных к о леб а ний, где на 6 люда е тс я хановское эхо, в том числе в оптическом диапазоне. Для этого измеряемые импульсы подают одновременно на два одинаковых образца, в которых возможно формирование хановск ого 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, фаза

/ которого сдвинута на i(/2 относительно первого импульса. Затем измеряют мак; симальные амплитуды хановского эха от первого и второго образцов, а разность фаз вычисляют по формуле, приведенной в описании изобретения. 3 ил.

С: ус тройс тва, реализующего предлагаемый способ.

На первый образец подают последо.—, вательность импульсов, причем сначала первый измеряемый импульс Х,, за- (Я тем через время — второй измеряемый импульс Х, затем через время Т первый опорный импульс P и через время о после этого — второй опорный импульс Р с нулевым сдвигом фаз относительно ? . Под действием импуль1 сов в образце возбуждаются колебательные процессы, которые проявляются в формировании всплесков излучения, называемых сигналами хановского эха, т.е. через время после импульса Р> в первом образце формируются одновременно два сигнала эха — двухимпульс1580277 ное эхо от импульсов Р, и Р и трехимпульсное. стимулированное эхо от импульсов Х, Хг и P . 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 выра1 жением

А,= (А) +А ) +2АА cosQ

А — амплитуда стимулированного эха, 5

1О

Результирующая фаза для первого образца получается

Q, ((Х,) - CP(X<)+ ((Р ) ((Р ), (2) где Ц(Х,) — фаза импульса Х

Ц1(Хг) — фаза импульса Х

Cg(P, ) — фаза импульса Р,;

Ч (Рг) — фаза импульса Рг.

11оскольку ((Х,) = у(Х,) + (p, О

Ч(Р,) = Ч(Р,), (З) то квадрат амплитуды составного эха

А является функцией от cos g г

А = (А ) + (А ) + 2А А сos СР, (4) 35

Аналогичные колебательные процессы происходят нри воздействии последовательности импульсов во втором образце с той лишь разницей, что вместо импульса Р подается третий опорный импульс Р, фаза которого отличается от фазы второго опорного импульса Рг на /2, а разность фаз (фг между двухимпульсными и стимулированным сигналал ми эха равна s

V = Ч(Х, ) — ((Х,) + cp (Р,) - q(P,) =

Аг (A) + (А) + 2АА сов(г (А) + (А) + 2ААsin0, (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 (фиг ° 2), В последовательности импульсов вместо импульса Х < на второй образец подают первый пробный импульс К, а вместо Х вЂ” второй пробный импульс Кг, фаза которого равна фазе импульса К, затем через время ..

Т подают первый опорный импульс Р, и а через время после P 1 — третий опорный импульс P . Через время <, после импульса Р формируется составное эхо амплитудой A„(), Разность фаз (1 к междУ двУхимпУльсным и стимУлированным эхом в этом случае равна

9, = (К, ) — Ч(Кг) + q(P,)— — (р(Р, ) = и /2, (б) поэтому квадрат амплитуды А (c) опрег п. деляется формулой

Ак() = (A ) + (А ) + 2А А cosg (А ) .+ (А ) (7)

Из формул (4), (5) и (7) находим искомое выражение

tgg

A z — А „(л„)

А — А (с) к" которое позволяет определить разность фаз + Амплитуда и длительность и И и 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, Нерав енс тв а ь ;(Тг/2 и Т Т необходимы для того, чтобы избежать подавления двухимпульсного сигнала с амплитудой А, пропорциональной ехр(-2 /Т ), и подавление стимулирог .и ванного сигнала с амплитудой А, пропорциональной ехр(-Т/Т ), соответст 1 венно. Условие ь ) Т должно быть выполнено, чтобы не допустить суперпозиции хановского эха и сигнала свободной индукции с характерным временем T „ eo H T> превосходит "мертвое" время Т,ч детектирующего устройства.

Нерав енс тв о Т у Т г необходимо . для по" давления комбинационных сигналов, амплитуда которых пропорциональна

0277 б

5 158 е(-2Т/Tz) и которые могли бы наблюдаться после воздействия импульсов !

Р и P 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 фазовращатель 7, резонаторы 8 и 9 с образцами, стробируемые квадратичные детекторы 10 и

ll, арифметический блок 12.

При этом вход устройства через последовательно соединенные первый селектор 2 длительности, амплитудный ограничитель 5, резонатор 8 с образ — 20 цом и стробируемый квадратичный детектор 10 соединен с первым входом арифметического блока 12, второй вход которого соединен через последовательно соединенные управляемый фазовраща— тель 7, резонатор 9 с образцом и второй с троб ируемый кв адратич ный де тек— тор 11 с выходом амплитудного ограничителя 5, вход которого 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 блоl ка 12.

Устройство работает следующим образом.

По переднему фронту первого иэмеря— емого импульса X 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

55 время, и управляющее напряжение с выхода блока 1 подается н формирователь

4 и блок 12. По сигналам переднего фронта входных импульсов Х и Х на первом выходе формирователя 4 формируются дна импульса с фиксированной длительностью, которые поступают на селектор 2 и стробируют импульсы

X „и 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 — через л время Т + после импульса Х . Импульсы второго выхода формирователя 4 поступают в селектор 3, в котором иэ опорного колебания, поступающего от генератора 6, формируются опорные импульсы P „ и Р . На третьем выходе формирователя 4 формируется стробирующий импульс, который подается на управляющий вход фазонращателя 7, на время, соответствующее формированию импульса P ° При подаче этого импульса фаза сигнала, прошедшего через фа/1 зовращатель 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 стробирующий импульс, открывающий детекторы 10 и

11 после формирования опорного импульса Р или Р !

Первая последовательность импульгсов Х,, Х, Р,, Р поступает через амплитудный ограничитель 5 на резонатор 8 образца, а вторая последова

1 тельность импульсов Х 1 Х, Р1 Р— через фазовращатель 7 на резонатор 9 образца, возбуждая сигналы ханонского эха н образцах (фиг. I а,б), которые поступают на нходы стробируемых квадратичных детекторов 10 и 11 ° Квадрат амплитуды хановского эха в момент максимума измеряется. детекторами 1 0 и 1 1 в виде напряжений, равных А и W соответственно. При поступлении на вход блока 12 этих сигналов в калибровочном режиме в арифметическом блоке 12 вычисляется значение А „(Я), а затем

2 в соответствии с (8) вычисляется значение С, которое поступает на выход ус тройс тва.

В качестве примера могут применяться образцы с использованием ферромаг1580277

Формула изобретения

Способ определения разности фаз электромагнитных импульсов, разнесенных во времени в одном канале, вклю" чающий формирование колебаний, часто-. та которых равна частоте заполнения первого и второго измеряемых импуль.сов, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного нитных пленок кобальта, В этих образцах при комнатной температуре наблюдается хановское эхо (ядерное спиновое эхо) с частотой резонанса f = 216 мГц.

ll tt

Мертвое время квадратичных детекторов Т„= 0,1 мкс, что превышает время неоднородной расфазировки Т, поэтому л условие ) Т заменяется условием

/ ) Т,„. Время поперечной релаксации

Т = 25 мкс, время продольной релак. сации Т< = 120 мкс. Длительность им1 б пульсов ь, формируемых в формирователе 4, составляет 0,2 мкс. Амплитудный ограничитель имеет пороговый уро- 15 вень 20 мВ. Временной интервал Т =

30 мкс.

В калибровочном режиме на вход устройства вместо измеряемых импульсов .

Х < и Х подаются пробные импульсы К 20 и К одинаковой фазы (фиг.2) и детектором 11 измеряется зависимость

А (i) при Т (с Т /2, Поскольку завйсимость А () описывается экспог ненциальной функцией АK(. )

= А .ехр(-2с./Т ), где А определяется параметрами резонатора с образцом, в арифметическое устройство вводится программа вычисления этой функции.

После этого устройство, схема которо" 30

ro изображена на фиг,З, позволяет измерять разность фаз радиоимпульсов с частотой заполнения 216 мГц. Амплитуда и длительность измеряемых импульсов Х < и 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

О, 1 мкс < о с 12 мкс.

Использование предлагаемого способа измерения разности фаз импульсов, разнесенных во времени, по сравнению с известным обеспечивает расширение .частотного диапазона, поскольку хановское эхо наблюдается на частотах от 10 до 15 Гц.

11t диапазона, измеряют временной интер.» . вал ñ. 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 времени и 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/2, 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 инЛ терв ал в ремени с формируются первый и второй отклики хановского эха, .от" клики селектируют, а затем измеряют их максимальные амплитуды А, и А для первого и второго образцов соответственно, разность фаз (определяют в соответствии с формулой К(ю где А () — калибровочная амплитуда хановского 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 постоянной амплитудой, временной интервал, между которыми ивменяется в пределах Т Э (6(Т2/2.t где

Т вЂ” время спада свободной индукции в образцах, Т вЂ” время поперечной релаксации, а временной интервал Т удовлетворяет неравенствам Т <Т Т, где T — время продольной релаксации в образцах, 1580277

6 2 _#_2

1580277

Составитель Ю.Макаревич Редактор С.Пекарь Техред М.Дидык Корректор A,Îáðó÷àð

Подписное

Тираж 552

Заказ 2009

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101