Прецизионный стробоскопический преобразователь

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения уровней напряжения и фазовых сдвигов. Цель изобретения - повышение точности преобразования напряжения и угла фазового сдвига. С помощью ключа 1 и строб-импульсов, поступающих с сумматоров 6,7, стробируется входной сигнал и через запоминающий блок 2 и усилитель 3 обратной связи преобразованный в низкую частоту сигнал поступает на выход. Строб-импульсы с амплитудой 1-2 В формируются предварительным формирователем 8, формирователями 9, 11 перепада, блоком 10 регулируемой временной задержки, третьим сумматором 12, фазоинвертором 13. За счет формирования строб-импульсов с малой амплитудой и без отсечки вершины импульсов уменьшается мощность широкополосной помехи, воздействующей на выходной сигнал. При низких частотах входного сигнала форму строб-импульсов можно делать более прямоугольной с помощью блока 10 регулируемой временной задержки, что улучшает линейность амплитудно-частотной характеристики преобразователя. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСГЮ6ЛИН (19) (И) А1 рц G О1 R 13/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО И306РЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР. (21} 4441924124-21 (22) 15.06.88 (46) 30.09.90. Бюл. Р 36 (?1) Омский политехнический институт (72) А-.В. Никонов и Л.С. Субботин (53) 621.317.75(088.8) (56) Жилин Н.С., Майстренко В.А., Никонов А.В. Радиотехника и электроника, 1985, N 11, с. 2254.

Майстренко В.А., Никонов А.В., Крутов С.Н., изд. ВУЗов СССР. сер; . Радиоэлектроника, 1986, У 1, с. 80.

Измеритель разности фаз ФК2-12, Техническое описание и инструкция по эксплуатации. (54) ПРЕЦИЗИОННЫЙ СТРОБОСКОПИЧЕСКИЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения уровней напряжений и фазовых сдвигов. Цель изобретения - повышение точности преобра2 зования напряжения и угла фазового сдвига. С помбщью ключа 1 и строб-импульсов, поступающих с сумматоров 6, 7, стробируется входной сигнал и через запоминающий блок 2 и усилитель 3 обратной связи преобразованный в низкую частоту сигнал поступает на выход, Строб-импульсы с амплитудой 1-2 В формируются предварительным формирователем 8, формирователями 9, 11 перепада, блоком 10 регулируемой временной задержки, третьим сумматором

12, фазоинвертором 13. За счет формирования строб-импульсов с малой амплитудой и без отсечки вершины импульсов уменьшается мощность широкополосной помехи, воздействующей на выходной сигнал. Прн низких частотах входного сигнала форму строб-импульсов можно делать более прямоугольной с помощью блока 10 регулируемой временной задержки, что улучшает линейность амплитудно-частотной характеристики преобразователя. 3 ил.

1596260

Изобретение относится к злектроизмерительной технике и может быть использовано для измерения уровней напряжения сигналов, фазовых соотношений, формы и преобразования с заранее заданными точностными параметрами временных масштабов входных сигналов нано- и пикосекундной длительности в промежуточный сигнал, в осцилогра- 1р фии, метрологии, системах контроля, а также в качестве преобразователя в информационно-измерительных систе" мах.

Целью изобретения является повы- 15 шение точности преобразования напряжения и угла фазового сдвига исследуемого сигнала путем устранения влияния йелинейности амплитудной характеристики ключа 1 и неравномерности его амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), уменьшения мощ" ности широкополосной помехи за счет формирования строб-импульсов с регулируемыми параметрами. 25

На фиг.1 представлена структурная схема преобразователя; на фиг.2— строб-импульс при различных коэффициентах формы e(; на фиг.3 — метод формирования строб-импульса U>(t) из двух разнесенных на время dt разнополярных параметров.

Устройство содержит ключ 1, запоминающий блок 2, усилитепь 3 обратной связи, аттенюатор 4 обратной свя- 3 зи, согласующий усилитель 5, первый и второй сумматоры 6 и 7, предварительный формирователь 8, первый формирователь 9 перепада, блок 10 регулируемой временной задержки, второй 40 формирователь 11 перепада, третий сумматор 12, фазоинвертор 13.

Прецизионный стробоскопический преобразователь содержит ключ 1, который первым входом соединен со входом 45 исследуемого сигнала, а выходом подключен к первому входу запоминающего блока 2, выход которого через усилитель 3 обратной связи подключен к выходу устройства, ко входу согласующего усилителя 5, ко входу аттенюатора 4 обратной связи, выход которого соединен со вторым входом запоминающего блока 2, а выход согласующего усилителя 5 соединен со вторыми 5 входами первого сумматора 6 и второ-, го сумматора 7, выход первого сумматора 6 подключен ко второму входу ключа 1, а выход второго сумматора 7 подключен к третьему входу ключа 1, и первый вход первого сумматора 6 соединен с первым выходом фазоинвертора 13, а первый вход второго сумматора 7 соединен со вторым входом фазоинвертора 13, вход сигнала синхронизации через предварительнцй формирователь 8 подключен ко входу первого формирователя 9 перепада и входу блока 10 регулируемой временной задержки, выход которого через второй формирователь 11 перепада соединен со вторым входом третьего сумматора 12, первый вход которого соединен с выходом первого формирователя 9 перепада, выход третьего сумматора 12 подключен ко входу фазоинвертора 13.

Устройство работает следующим образом.

В отсутствии строб-импульсов на втором и третьем входах ключа 1 этот ключ заперт за счет напряжения на запоминающем блоке 2, возникшем при . предыдущем стробировании и за счет напряжения отсечки нелинейных элементов ключа 1. В момент прихода строб-импульсов на ключ 1 он открывается и запоминающий блок 2 заряжается мгновенным значением исследуемого сигнала до величины 20-30 от его значения. Запомненное напряжение усиливается усилителем 3 обратной связи и дозаряжает запоминающий блок

2 до значения исследуемого сигнала в точке считывания, что обеспечивается соответствующей установкой ослабления аттенюатора обратной связи 4.

Такая обратная связь также поддерживает неизменным напряжение на запоминающем блоке 2 между моментами стробирования. Это же напряжение через согласующий усилитель 5 подается на первый сумматор 6 и второй сумматор 7, где образует подставку напряжения для положительного и отрицательного строб-мпульсов соответственно. Это позволяет устранить асимметрию ключа 1 в следующий момент стробирования, возникающую из-за хранящегося в запоминающем блоке 2 напряжения. Сигнал синхронизации, предварительно усиленный и сформированный в предварительном формирователе 8, поступает на первый формирователь 9 перепада на диоде с накоплением заряда, который формирует положительный перепад с крутым фронтом.

Кроме этого, сигнал после предвари5

10 !

20

30

40

50

5

159 тельного формирователя 8 подается через блок 10 регулируемой временной задержки на второй формирователь 11 перепада, который формирует отрицательный перепад с крутым фронтом.

Временное положение передних фронтов положительного и отрицательного перепадов разнесено на время задержки d t с помощью блока регулируемой временной задержки, которое может выполняться как вручную, так и программным путем. На выходе третьего сумматора

12 образуется короткий импульс с крутыми передним и задним фронтом, длитепьность которого, как и коэффициент формы, может регулироваться временной задержкой в блоке 10. Из этого импульса с помощью фазоинвертора 13 получены короткие разнополярные импульсы с крутыми фронтами, параметры которых могут регулироваться путем изменения задержки d t.. Поступая на сумматоры 6 и 7, эти импульсы производят стробирование исследуемого сигнала.

В устройстве уменьшена или может заранее корректироваться амплитудная погрешность строб-преобразователя в динамическом диапазоне из-за нелинейности АХ, что достигается путем изменения коэффициента формы с строб-импульса на выходе третьего сумматора путем изменения задержки на dt в блоке временной, задержки. Форма стробимпульса приведена на фиг.2. На фиг,3, показана форма строб-импульса на выходе третьего сумматора.

Известно, что эта погрешность становится пренебрежительно малой (менее 0,1 при П .=1 В) уже при o(=2, Уменьшена или может заранее кор-ректироваться фазовая погрешность в динамическом диапазоне строб-преобразователя из-за нелинейности АХ, что достигается путем изменения коэффициента формы ц строб-импульса В диапазоне входных сигналов U - =(1о, 500) мВ увеличение о(от 1 до 3 снижает фазовую погрешность с 2 до

0,04, т.е. в 50 раз.

Может быть скорректирована амплитудно-частотная погрешность из-за резонансных явлений на паразитных реактивностях ключа. Это достигается путем регулировки коэффициента передачи смесителя К строб-преобразователя с помощью изменения длительности строб-импульсов э, Данная

6260 6 погрешность может быть умейьшена на

70 от своего значения.

Может быть скорректирована амплитудно-частотная погрешность, связанная с конечной длительностью стробимпульсов, что достигается путем уменьшения длительности строб-импульса 7 при увеличении частоты сигнала

f по известному закону. Она может быть уменьшена с 1,5 до 0,4% в диапазоне частот 1-1,5 ГГц.

Уменьшена, примерно на порядок, мощность широкополосной помехи, возникающей в строб-преобразователе-прототипе из-за наличия в нем формирователя, создающего импульс с крутым фронтом и амплитудой 10-12 В, что необходимо для обеспечения широкого частотного диапазона смесителя. В . предлагаемом устройстве амплитуда формируемых импульсов лежит в пределах 1-2 В и отсутствуют запирающие напряжения, подаваемые на ключ. Высокие частотные параметры строб"преобразователя, зависящие от минимальной длительности строб-импульса, в предл ага емо м у стр ой ст в е о б есп еч ены новым техническим решением формирования строб-импульса.

Таким образом, положительный эффект состоит в уменьшении погрешности при переносе на промежуточный сигнал как амплитудной, так и фазовой информации в динамическом и частотном диапазонах входного сигнала.

Погрешность устройства определяется следующими факторами.

Амплитудная и фазовая погрешность в динамическом диапазоне входного сигнала из-за нелинейности амплитудной характеристики смесителя: увеличение коэффициента формы строб-импульса в устройстве от 1 до 3 делает эту погрешность менее 0,05 . по амплитуде и 0,04 по фазе.

Амплитудно-частотная погрешность из-за конечной,цлительности стробимпульса: путем коррекции с помощью

1 изменения длительности строб-импульса сводится к значению не более

0,4% в диапазоне до 1,5-3 ГГц.

Амплитудно-частотная погрешность из-за резонанса на паразитных реактивностях элементов смесителя: путем коррекции с помощью изменения длительности строб-импульса Сз сводится к значению не более 0;5% в диапазоне до 3 ГГц.

1596260

Погрешность из-за нестабильности временного положения переднего и заднего фронтов строб-импульса, обусловленной устройством регулируемой вре5 менной задержки и формирователями перепадов. При величине нестабильности до 1,4 пс погрешность переноса амплитудной информации на сигнал промежуточной частоты достигает 0,6Х> 10

Амплитудная погрешность за счет паразитной широкополосной помехи: при величине входного сигнала 10 мВ она уменьшена от значения .0,4Ж у прототипа до 0,017 у предлагаемого устройства.

Таким образом, систематическая погрешность преобразования, устройства не превышает 1Ж по амплитуде и 0,6 по фазе при доверительной вероятности 0,99 и случайная погрешность не более 0,6Ж по амплитуде и 0,3 по фазе в динамическом диапазоне до

3 ГГц.

Систематическая погрешность преоб- 25 разования у прототипа в тех же динамическом и частотном диапазонах достигает величины: по амплитуде 6-10, по фазе до 5 .

Формула изобретения

Прецизионный стробоскопический преобразователь, содержащий ключ, первый вход которого соединен с вхо- 5 дом преобразователя, а выход соединен с первым входом запоминающего блока, выход которого через усилитель обратной связи соединен с выходом преобразователя, входом согласующего усилителя, входом аттенюатора обратной связи, выход которого соединен с вторым входом запоминающего блока, а выход согласующего усилителя соединен с вторым входом первого сумматора и вторым входом второго сумматора и выход первого сумматора соединен с вторым входом ключа, а выход второго сумматора соединен с третьим входом ключа, вход сигнала синхронизации через предварительный формирователь соединен с входом первого формирователя перепада, а первый выход фазоинвертора соединен с первым входом первого сумматора, второй выход фазоинвертора соединен с первым входом. второго сумматора, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности преобразования напряжения и угла фазового сдвига входного сигнала, в него дополнительно введены блок регулируемой временной задержки, второй формирователь перепада и третий сумматор, вход блока регулируемой временной задержки соединен с выходом предварительного формирователя, а выход через второй формирователь перепада соединен с вторым входом третьего сумматора, первый вход которого соединен с выходом первого формирователя перепада, а выход третьего сумматора соединен с входом фазоинвертора.

Составитель . Григорьевский

Редактор Н,Горват Техред Л.Олийнык Корректор О, Кравцова

Заказ 290 1 Тираж 549 Подпи сно е

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СЧСР

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

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