Способ измерения среднего значения фазового сдвига

 

Союз Советскик

Социалистические

Республик

OllHCAHHK изовеитиния

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (iii930157 (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22)Заявлено 05.08.80 (21) 2969239/18-21 с присоединением заявки М (23) Приоритет (51) М. Кл.

G O1 R 25/Oo

Ркумретеанинй квинтет

СССР ав делает кзабретений. н открытки (53) УДК 621.317. . 77 (088.8) .

Опубликовано 23.05.82. Бюллетень М 19

Дата опубликования описания 23.05.82 (72) Авторы изобретения

В.Я,Баржин, А.А.Зеленский, Е.С.Колесник и А,В т (71) Заявитель

Харьковский ордена Ленина авиационный инсЧвтту им. Н.Е.Жуковского (54) СПОСОБ ИЗИЕРЕНИЯ СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ

ФАЗОВОГО СДВИГА

Изобретение относится к измерительной технике, связанной с изме.рением разности фаз двух электрических колебаний, и может быть использовано при разработке фазометрических устройств, предназначенных для различных радиотехнических систем.

Известен способ измерения разности Фаз двух колебаний, содержащий формирование опорного и измеряемого сигналов и сравнение фаэ этих сигналов с помощью фазового детектора, на выходе которого выделяют напряжение и по величине этого напряжения судят о значении измеряемого фазового угла (1 .

Недостатком этого способа является низкая точность измерений вследствие малой разрешающей способности современных фазовых детекторов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ измерения разности фаэ двух колебаний, включающий формирование на промежуточной частоте опорного сигнала и сигнала, несущего измеряемый фазовый сдвиг, путем фильтрации и преобразования частоты, формирование временного интервала, пропорционального Фазовому сдвигу меж- ° ду опорным и измеряемым сигналом, и определение величины сформированного временного интервала (2 1. то

Однако известный способ измерений имеет недостаточно высокую точность получения конечного результата: погрешность измерения фазы в устройстве, работающем по данному

15 способу, составляет +(0,7 -2,0 ) .

+ о о)

Цель изобретения — повышение точности измерения фазового сдвига между двумя электрическими калебани20 я ми °

Эта цель -достигается тем, что в известном способе, включающем формирование опорного и информационно-, r0 сигналов путем преобразования

3 93015 частоты H фильтрации р информацион ный сигнал гетеродинируют с первым дополнительным колебанием, выделяют колебание с суммарной (или разностной) частотой, выделенное колебание вторично гетеродинируют с вторым дополнительным колебанием, полученным от автономного источника, в результате второго гетеродинирования выделяют колебание с суммарной 1п (или раэностной) частотой, усиливают это колебание и гетеродинируют его с вторым дополнительным колебанием, задержанным предварительно во времени, выделяют в результате последнего гетеродинирования колебание с разностной (или суммарной) частотой и гетеродинируют его с.опорным колебаниям, в результате этого гетеродинирования выделяют колебание с разностной (или суммарной) частотой, усиливают его до уровня, необходимого для существования устойчивых. автоколебаний, представляющих собой первое дополнительное колебание, 2S изменяют частоту второго дополнительного колебания при изменениях величины измеряемого фазового сдвига, поддерживая постоянным значение

) частоты первого дополнительного коле- З бания, и по значению частоты второго дополнительного колебания определяют величину измеряемого фазового сдвига, На чертеже представлена схема уст35 роистра, реализующего предлагаемыи способ.

Устройство содержит два входных смесителя 1 и 2, на входы которых поступают опорный и информационный

40 сигналы соответственно. Ко вторым входам этих смесителей подключен гетеродин 3. Выход смесителя 2 в информационном канале подсоединен ко входу первого смесителя 4, выход ко43 торого соединен со входом второго смесителя 5. Выход этого смесителя 5 подключен ко входу первого усилителя 6, выход которого соединен со входом третьего смесителя 7. Выход третьего смесителя 7 соединен со входом четвертого смесителя 8. Выход четвертого смесителя 8 через второй усилитель 9 соединен со вторым входом первого смесителя 4. В устройстве имеется также перестраиваемый по частоте генератор 10, выход которого соединен со вторим входом второго смесителИ 5 и одновременно через линию

7 4

11 задержки соединен со вторым входом третьего смесителя 7.

Устройство работает следующим образомм.

С помощью двух входных смесителей

1 и 2 с общим гетеродином 3 частота входных опорного и информационного сигналов преобразуется в промежуточную частоту W . Информационное колебание, в котором заключен измеряelm фазовый сдвиг, поступает на вход первого однополосного смесителя

4. Режим работы этого смесителя выбран таким образом, что на его выходе выделяется колебание с суммарной частотой Wg+W<, где W< — частота колебания, поступающего на второй вход смесителя 4 с выхода второго усилителя 9. Колебание с суммарной частотой поступает на вход второго однополосного смесителя 5, при этом на его вйходе выделяется колебание с суммарной частотой Но+И +14, где

W " частота колебания,. поступающего на второй вход смесителя 5 с выхода перестраиваемого генератора 10.

Это колебание с частотой Уо+Й. +И усиливается в первом усилителе и поступает на вход третьего однополосного смесителя 7, на выходе которого выделяется колебание с разностной частотой W, +W +W,--W =W +W Прйчем

1 в фазе этого коле байия содержится фазовый сдвиг И 7, обусловленный задержкой подаваемого на второй вход смесителя 7 сигнала генера-. тора 10 в линии ll задержки. Колебание с выхода третьего смесителя

7 поступает на вход четвертого смесителя 8, на второй вход которого поступает опорное колебание с час тотой Wо с выхода входного смесителя 1. На выходе смесителя 8 выделяется колебание с разностной частотой 14 +W Ä "НО=И„, которое затем усиливается во втором усилителе 9. Последовательно включенные первый смеситель 4, второй смеситель S первый усилитель 6, третий смеситель

7 и четвертый смеситель 8 образуют цепь обратной связи второго усилителя 9. При достаточно высоком коэффициенте усиления усилителей 6 и 9 в этой кольцевой системе, состоящей из последовательно соединенных первого смесителя 4, второго смесителя 5, первого усилителя 6, третьего смесителя 7, четвертого смесителя 8 и второго усилителя

93015 7

5

9, возникают автоколебания на выходе усилителя 9 с частотой WI. В установившемся режиме- значение частоты.автоколебаний определяется условием фаз, которое можно представить в виде

В 1з +(Ю +а+ )(+ ф 1 где - время задержки сигнала во

"Ч. втором усилителе 9; — время задержки сигнала в

1 первом усилителе 6;

Tl при инвертировании сигнала или в усилителе 6, или в усилителе 9;

23) при неинвертировании сигнала в усилителях 6 и 9.

Частота перестраиваемого генератора 10 с помощью блока перестройки устанавливается такой, при которой частота колебаний равна постоянному заданному значению 1 Изменяя частоту И перестраиваемого генератора 10, определяют величину фазово го сдвига ь, так как д1 однозначно определяет зависимость частоты.

При изменении величины измеряемой разности фаз дЧ происходит изменение вносимого фазового сдвига в цепь обратной связи усилителя 9. При этом произойдет изменение частоты колебаний W на выходе второго усилителя 9. Изменяя с помощью блока перестройки частоту перестраиваемого ге- З нератора 10, устанавливают частоту

М 1, равной постоянному значению W <„ и по величине gW< изменения частоты генератора 10 судят о величине изменения измеряемой разности фаз b .

В стационарном режиме погрешность измерения фазового сдвига с помощью такого устройства, реализующего предложенный способ измерения, определяется нестабильностью частоты ко- лебаыий, При выборе параметров czeмы устройства таким образом, чтобы выполнялось условие

1м )ье +ш yQ ) э„Ър, среднеквадратическое значение погрешности измерений равно теч @(a)

kw (& 1 и, гдее"6

При значении ф 10 и AWq/Wg 1 погрешность измерения фазового сдвига составляет 2-10 град. при дЧ=4.

Таким образом, реапиэуя устройство измерений фазового сдвига, осуществляющее предлагаемый способ, можно получить выигрыш в точности из" мерений по сравнению с известным способом.

Формула изобретения

Способ измерения среднего значения фаз ового сдвига, включающий формирование опорного и информационного сиг» налов путем преобразования частоты и фильтрации, о т л и ч а ю щ и й: с я тем, что, с целью повышения точности измерений, информационный сигнал гетеродинируют с первым дополнительным колебанием, вьщеляют колебание с суммарной (или разностной) частотой, выделенное колебание вторично гетеродинируют с вторым дополнительным колебанием,.получениым от автономного источника, в результате вторичного гетеродинирования выделяют колебания с суммарной (или разностной) частотой, усиливают это колебание и гетеродинируют его с вторым дополнительным колебанием, задержанным предварительно во времени, выделяют в результате последнего гетеродинирования .колебание с разностной (или суммарной) частотой и гетеродинируют его с опорным колебанием, в результате этого гетеродинирования выделяют колебание с разностной (или суммарной) частотой, усиливают его до уровня, необходимого для существования устойчивых автоколебаний, представляющих собой первое дополнительное колебание, изменяют частоту второго дополнительного колебания при изменениях величины измеряемого фазового сдвига, поддерживая постоянным значение частоты первого дополнительного колебания, и по значению частоты второго дополнительного колебания определяют величину измеряемого фазового сдвига.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР и 429372, кл. G 01 R 25/00, 1970.

2. Соловьев ВеЯ. Фазовые измерения. M. "Энергия", 1973, с. 29"33.

93015 7

Составитель Л. Подорольский

Редактор В.Лазаренко Техред Л.Пекарь

Корректор В. Синицкая

Подписное

Филиал ППП Патент, r. Уигород, ул. Проектная, 4

Заказ 3459 57 Тирал 719

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, М(-35, Раушская наб., д. 4/5