Фазометр

 

ФАЗОМЕТР по авт. св. № J 83573, отличающий тем, что, с целью повышения точности измерений, между выходом резонансного усилителя и первым входом третьего смесителя введен пьезоэлектрический резонатор, мехпу выходом второго перестраиваемого гетеродина и входами вторых смесителей дополнительно введен делитель частоты, а входы фазового детектора подсоединены к входу пьезоэлектрического резонатора .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

И ЪМ

РЕСПУБЛИК

I (19) б (1!) 4< 1 G 01 R 25/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H AB l 0PCH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 983573 (21) 3680550/24-21 (22) 26. 12. 83 (46) 30.03.85. Бюл. В 12 (72) Е.С.Колесник и Б.М.Реутов (71) Харьковский ордена Ленина авиа- ционйый институт им. Н.Е.Жуковского (53) 621.317.77(088.8) (Se) 1. Авторское свидетельство СССР

В 983573, кл. G 01 К 25/00, 1980. (54) (57) ФАЗОИЕТР по авт. св.

983573, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, мехду выходом резонансного усипителя и первым входом третьего смесителя введен пьезоэлектрический резонатор, между выходом второго перестраиваемого гетеродина и входами вторых смесителей дополнительно введен делитель частоты, а входы фазового детектора подсоединены к входу пьезоэлектрического резонатора..

1148000

Изобретение относится к измерительной технике, связанной с измерением фазовых сдвигов электрических колебаний, и может быть использовано при разработке фазометрических устройств, предназначенных для различных радиотехнических систем, систем автоматического контроля и управления, основанных на применении информации, заложенной в разности фаз 1О электрических колебаний.

По основному авт. св. ¹ 983573 известен фазометр, содержащий в опорном и информационном каналах по два смесителя с общими для каждого смесителя двумя гетеродинами, последовательно соединенные фазовый детектор, фильтр. нижних частот и блок перестройки второго гетеродина, а также регистрирующий блок, последо- 2О вательно соединенные в кольцо третий смеситель, широкополосный усилитель, четвертый смеситель и резонансный усилйтель, причем вторые, входы третьего и четвертого смееителей соответ- 25 ственно соединены с выходами вторых смесителей в обоих каналах, входы фазового детектора соединены соответственно с выходами резонансного усилителя, а регистрирующий блок подключен к второму гетеродину. Зтб устройство основано на преобразовании измеряемой разности фаз в частоту колебаний второго гетеродина за .счет возбуждения автоколебаний в кольцевом соединении, состоящем из последовательно соединенных третьего смесителя, широкополосного усили1 теля, четвертого смесителя и резонансного усилителя (1) .

Погрешность измерения разности

4О фаз с помощью данного фазометра определяется нестабильностью частоты колебаний второго. гетеродина. В то же время нестабильность частоты второго гетеродина зависит также от не45 . стабильности частоты автоколебаний в кольцевом соединении. Кроме того, данное устройство обладает сравнительно низкой крутизной зависимости частоты колебаний второго гетеродина

5О от величины измеряемого фазового сдвига. Все это в конечном итоге приводит к снижению точности измерений.

Целью изооретения является повышение точности измерений, Поставленная цель достигается тем, что в фазометр между выходом резонансного усилителя и первым входом третьего смесителя введен пьезоэлектрический резонатор, между выходом второго перестраиваемого гетеродина и входами вторых смесителей дополнительно введен делитель частоты, а входы фазового детектора подсоединелы к входу пьезоэлектрического резонатора.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит первые смесители 1 и 2 соответственно в опорном и информационном каналах и общий для этих смесителей гетеродин 3, вторые смесители 4 и 5 со связанными вторыми входами этих смесителей через делитель частоты 6 с общим перестраиваемым по частоте гетеродином 7. Кроме того, устройство содержит последовательно соединенные в кольцо третий смеситель 8, широкополосный усилитель 9, четвертый смеситель 10, узкополосный резонансный усилитель 11 и пьезоэлектрический, например кварцевый, резонатор 12. При этом выход второго смесителя 4 соединен с вторым входом третьего смесителя 8, выход второго смесителя 5 соединен с вторым входом четвертого смесителя 10, выход резонансного усилителя 11 подключен к второму входу фазового детектора 13, к первому. входу которого подключен фазовращатель 14, вход которого соединен с первым входом третьего смесителя 8.. Выход фазового детектора 13 через фильтр 15 нижних частот соединен с входом управления блока 16 перестройки

ВтОрОГО гетерОдина, с помОщью кОтОрого осуществляется перестройка гетеродина 7. Выход перестраиваемого гетеродина 7 подключен к входу частотомера (регистрирующего блока) 17.

Устройство работает следующим образом.

Входные опорный и информационный сигналы с помощью смесителей 1 и 2 с общим гетеродином 3 преобразуются в колебания с промежуточной частотой M0 . При этом измеряемый фазовый сдвиг 5g, содержащийся в информационном входном сигнале, без изменения переносится на колебание, выделяемое на выходе смесителя 2 в информационном канале. Колебание с выхода смесителя 1 в опорном канале поступает на вход второго смесителя 4, на выхо» а8000 де которого выделяется колебание с суммарной частотой

Q=c. +пу, 2 где и2 — частота;

11 — коэффициент деления частбты делителем 6 колебаний гетеродина 8.

Колебание с частотой ц поступает на вход третьего смесителя 8, на выхо1Î де которого выделяется колебание с суммарной Я, =Ы+ И или разностНоН Я» =((я) Q } частотой Где я частота колебания, поступающего на второй вход смесителя.8 с выхода усилителя 11 (резон-нсная частота)

15 через резонатор 12. Колебание .с выхода смесителя 8 поступает на вход широкополосного усилителя 9, усиливается и затем подается на вход четвертого смесителя 10, на второй вход которого поступает колебание с частотой 4) с выхода второго, смесителя 5 в информационном канале. На выходе смесителя 10 выделяется колебание с разностной или суммарной частотой

25 и.поступает на вход резонансного усилителя 11. Последовательно соединенные пьезоэлектрический резонатор 12, гретий смеситель 8, широкополосный усилитель 9 и четвертый смеситель 10 образуют цепь обратной связи резонансного усилителя 11, и .при достаточно высоком коэффициенте усиления усилителя 11 в этой системе возникают автоколебания. В начальный момент 35 времени автоколебания могут не существовать, в этом случае блок 16 перестройки работает в режиме поиска и перестраивает частоту гетеродина 7 от минимального значения в сто- @ рону увеличения. При некотором значении частоты гетеродина 7 возникают автоколебания на выходе усилителя 11 с частотой, несколько отличной от резонансной частоты. Резонансная час- 45 тота я в устройстве совпадает с часто4 той последовательного резонанса ц резонатора 12. При этом колебание на выходе усилителя 11.по отношению к колебанию на первом входе третьего 50 смесителя 8 сдвинуто по фазе относительно его входного колебания на величину Я, и на выходе фазового детектора 13 присутствует напряжение, отличное от нуля. Под действием 55 напряжения, снимаемого с выхода фазового детектора 13 и подаваемого через фильтр t5 нижних частот на вход управления блока 16 перестройки, последний переходит в режим сопровождения и в установившемся режиме подстраивает частоту гетеродина 7 таким образом, чтобы частота колебаний на выходе усилителя 11 точно равнялась номинальному значению ее резонансной частоты (йо . В стационарном установившемся режиме частота колебаний Я, на выходе усилителя 9 и частота Q< гетеродина 7 определяются условием баланса фаз для замкнутой автоколебательной системы, состоящей из усилителя 11 с цепью обратной связи, образованной последовательно соединенными пьезоэлектрическим резонатором 12, третьим смесителем 8, широкополосным усилителем 9 и четвертым смесителем 10. Условие баланса фаз можно представить в следующем виде л

3<"Зз Ь Чр=g где ь — время запаздывания сигнала

3> в широкополосном усилигеле 9;.

b9 — измеряемый фазовый сдвиг;

q — фазовый набег в пьезоэлектР рическом резонаторе 12; — при инвертировании сигнала в одном из усилителей 9 или 11;

2 n — при неинвертировании сиг" нала в усилителях 9 и 11.

Из условия баланса фаз следует, что частота колебаний И, и,частота гетеродина 7 я - „tQ< -(No+Ra)) при

1 заданньгх значениях и (определяЪэ ется величиной измеряемого фазового сдвига Ьц . Измеряя с. помощью частотомера 17 частоту колебаний гетеродина 7 или частоту колебаний на выходе усилителя 9, определяют значение Ь(.

При измерении величины Ьс иэмеия ется вносимый фазовый набег в цепи обратной связи резонансного усилителя 1 1 и условие баланса фаз выполняется на некоторой другой частоте.

При этом изменяется частота колебаний на выходе резонансного усилителя 11 и вследствие этого появляется напряжение на выходе фазового детектора 13. Это приводит в свою очередь. к перестройке частоты гетеродина 7., По изменению частоты гетеродина 7, регистрируемому частотомером 12.

1148ООО

Щ 12 42 lR дь (2). где d

2 — среднеквадратическое отклонение частоты перестраивае-40 мого гетеродина от ее номинального значения, обусловленное нестабильностью частоты; и 45

5 — — крутизна зависимости часто2 Д6(ф ты перестраиваемого гетеродина от величины приращения

Е измеряемого фазового сдвига.

Для известного фазометра крутизна зависимости частоты перестраиваемого гетеродина от измеряемого фазового сдвига равна

3 l (3 (1 /ъ 1 где С вЂ” время запаздывания сигнала в широкополосном усилителе. можно судить о величине изменения измеряемого фазового сдвига Д(.

Использование изобретения позволяет повысить точность измерения фазовых сдвигов. В этом случае примене- . 5 ние пьезоэлектрического, например кварцевого, резонатора 12 в цепи обратной связи автоколебательного кольцевого соединения, состоящего из последовательно соединенных блоков 8-12, позволяет повысить стабильность частоты автоколебаний в этом кольцевом соединении на выходе усилителя 11 и тем самым увеличить ста-.. бильность частоты выходных информационных колебаний генератора 7, Кроме того, использование делителя частоты 6, установленного между выходом гетеродина 7 и входом вторых смесителей 4 и 5, приводит к повьппению крутизны зависимости приращений частоты перестраиваемого гетеродина 7 от приращений измеряемого фазового сдвига. Все это в конечном итоге приводит к .уменьшению погрешностей измерений фазовых сдвигов двух колебаний. .Сравнительный анализ предлагаемого устройства и базового, в качестве которого принят известный фазо- ЗО метр (1) .

Среднеквадратическая погрешность измерений в обоих устройствах может быть определена соотношением

Тогда (4) В предлагаемом устройстве крутизна зависимости частоты перестраивае" мого гетеродина от измеряемого фазового сдвига равна

6 Е2 q ь q где 0 — коэффициент деления делителя 6; — время запаздывания сигнала. в широкополосном усилителе 9.

Среднеквадратичная погрешность измерений для предлагаемого устройства

Д .и 2 а(У 2 (5) (Ь) б ур

Из этого соотношения следует, что применение делителя частоты с коэффициентом деления алых. b,åë

П2 7

2 где 8„„ е„ вЂ” частота колебаний на выходе делителя;

+Z — частота перестраиваемого гетеродина, позволяет уменьшить среднеквадрати-, ческую погрешность в 1/п раз.

Кроме того, применение пьезоэлектрического резонатора в кольцевом соединении, состоящем из блоков 8-12, приводит к уменьшению среднеквадратического отклонения частоты перестраиваемого гетеродина dz 42 по сравнению с 6 f< в известном устройстве. Это также уменьшает среднеквад ратическую погрешность измерения разности фаз двух колебаний.

Таким образом, предлагаемое уст-. ройство обладает меньшей погрешностью измерения фазовых сдвигов.

При использовании одинаковых широкополосных усилителей как в предлагаемом, так и в известном устройствах (о имеет одинаковое значение в обоих устройствах) соотношение среднеквадратических погрешностей измерения определяется зависимостью

I 148000

Составитель А.Старостина

Редактор Л.Веселовская Техред, Л.Иикеш Корректор Н.Король

Закаэ 1571/38 Тнраа 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного коиитета СССР по делам изобретений и открытий

ff3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4