Способ определения фазового времени задержки и устройство для его осуществления

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Aa O e OVV Catn ETEJ1 Т У (21) 4921687/21 (22) 29,03.91 (46) 23.05,93. Бюл. hL 19 (71) Винницкии политехнический институт 2 (72) Ю.А,Скрипник и А.И,Гуцало (56) Авторское свидетельство СССР

N 1318987, kn. G 04 F 10/06, 1986. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФАЗОВОГО

ВРЕМЕНИ ЗАДЕРЖКИ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование; в измерительной технике. Цель изобретения — повышение точности измер:-:ия невзапмной части фазового времени задержки. Способ основан на однополосной модуляции высокочастотного сигнала, проходящего через электрическую цепь с задержкой, перемножении высокочастотных сигналов, выделении из спектра перемножаемых сигналов низкочастотной составляющей и изменении частоты моду-, лирующего сигнала до получения нулевого значения фиксируемого напряжения. Затем перемножают непосредственно высокочастотные сигналы с выхода и входа электрической цепи при рдном направлении ррспространения модулированного сигнала. Ы 1817036 А1 (я)э G 01 Я 25/00, G 04 F 10/06 и выделяют первую посточнную составляющую, Изменяют направление распространения модулированного сигнала и направление модуляции высокочастотного сигнала частоты на противоположное и выделяют вторую постоянную составляющую.

Сравнивают первую и вторую составляющие постоянного напряжения, изменяют частоту модуляции до получения равенства уравниваемых напряжений и измеряют частоту модулирующего напряжения, а невзаимную часть фазового времени задержки определяют из соотношения Лr = — rp, где

Q =

r линейная часть фазового времени задержки. Устройство, реализующее способ, (у) содержит высокочастотный генератор 1, однополосный модулятор 2 и автоматические переключатели3 и 4(13 и 14), электрическую цепь 5 с контролируемой задержкой, два перемножйтеля 6, 9, фильтр 7 нижних частот, усилитель 8 низкой частоты, мультивиб- ь ратор 10, интегратор 11, перестраиваемый ("ф по частоте двухфазный генератор 12 низкой частоты и цифровой частотомер 15. 1 ил.

1817036

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения невэаимной части фазового времени задержки электрических цепей гироскопических приборов, измерителей скорости и расхода жидких и газовых потоков, устройство для измерения индукции магнитных и электрических полей и других физических величин, вызывающих невэаимные эффекты в электрической цепи датчика, Целью изобретения является повышение точности измерения невзаимной части фазового времени задержки путем прямого измерения этой величины.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения фазового времени задержки, основанном на однополосной модуляции высокочастотного сигнала, проходящего через электрическую цепь с контролируемой задержкой. перемножении высокочастотных сигналов, выделении из спектра перемноженных сигналов низкочастотной составляющей напряжения, изменении частоты модулирующего сигнала до получения нулевого значения фиксируемого напряжения, дополнительно перемножают непосредственно высокочастотные сигналы с выхода и входа электрической цепи при одном направлении распространения модулированного сигнала и выделяют из спектра перемноженных сигналов первую постоянную составляющую напряжения. Затем изменяют направление распространения модулированного сигнала и направление модуляции высокочастотного сигнала о на противоположное и выделяют вторую постоянную составляющую напряжения.

Сравнивают первую и вторую составляющие постоянного напряжения, а затем изменяют частоту модуляции до получения равенства уравниваемых напряжений, Измеряют частоту Й модулирующего напряжения и определяют;невзаимную часть фазового времени задержки из соотношения

ЬГ = — го.

Поставленная цель достигается также тем. что в устройство для измерения фазового времени задержки, содержащее высокочастотный генератор фиксированной частоты, к выходу которого подключены последовательно соединенные однополосный . модулятор, управляющим входом соединенный с перестраиваемым генератором низкой частоты, электрическую цепь с контролируемой задержкой, первый перемножитель, фильтр нижних частот, усилитель низкой частоты, второй перемножитель и интегратор, цифровой ча35

40 ны к выходу мультивибратора, а выход интегратора соединен с управляющим входом перестраиваемого генератора низкой частоты.

Сущность способа измерения невзаимной части фазового времени задержки заключается в следующим.

Высокочастотный сигнал 01=-(т)=О; тк

icos(Q) t+p>) фиксированной частоты в =

=const подвергают однополосной модуляции сигналом низкой частоты U2(t)=Umz соз(Qt + <щ ),В результате однополосноймодуляции частота высокочастотного сигнала увеличивается или уменьшается на значение модулирующей частоты Q,Ïðè использовании фазокомпенсацион ного однополосного модулятора колебания суммарной частоты в+ 0 или разностной частоты ж- Й формируются в зависимости от направления чередования фаэ низкочастотных квадратурных модулирующих сигналов, При изменении направления чередования фаэ квадратурных модулирующих сигналов знак приращения частоты в+ Й меняется

55 стотомер, подключенный к выходу генератора низкой частоты, дополнительно введены мультивибратор и четыре автоматических переключателя. Первый ав5 томатический переключатель включен между однополосным модулятором и электрической цепью, второй автоматический переключатель — между электрической цепью и первым перемножителем, третий и

10 четвертый автоматические переключатели— между двумя фазами генератора низкой ча стоты и управляющими входами однополосного модулятора, при этом вход первого автоматического переключателя соединен с

15 выходом однополосного модулятора, первый выход соединен с выходом электрической цепи и вторым входом второго автоматического переключателя, второй выход первого автоматического переключате20 ля соединен с выходом электрической цепи и первым входом второго автоматического переключателя, выходом соединенного с первым входом первого премножителя. второй вход которого соединен с выходом од 5 нополосного модулятора. Входы третьего и четвертого автоматического переключателей соединены с квадратурными выходами генератора низкой частоты, противоположные выходы соединены между собой и под30 ключены соответственно к управляющим входам днополосного модулятора, Управляющие входы автоматических переключателей соединены между собой и вторым входом второго перемножителя и подключе1817036 без изменения амплитуды смещенных по частоте высокочастотных колебаний.

В случае распространения модулированного сигнала в электрической цепи в направлении, при котором невзаимная задержка Лт суммируется с линейной за- . держкой to, т.е. г1 =то +Ьк направление модуляции выбирают отрицательным а -Я и высокочастотный сигнал принимает вид

U9 - Кз (UG-Оэ), Q

Ьт= г;,, 20 (9) где го — линейная часть задержки.электрической цепи.

Линейная часть задержки то измеряется одним иэ известных способов, например способом-прототипом как среднее арифметическое значение фазового времени задержки при двух направлениях распространения модулированного сигнала

30 через электрическую цепь

71+73 то 2 (10) Из полученного соотношения (9) следует, что невзаимная часть фазового времени задержки Ьт измеряется не косвенно через разность суммарных задержек г1 и тг а

Р непосредственно по отношению частот

40 Я/в в котором частота высокочастотных колебаний со фиксирована, а частота модуляции И регулируется и прямо измеряется в процессе сравнения постоянных напряжений.

45 На чертеже приведена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ измерения невэаимной части фазового времени задержки.

Устройство состоит из высокочастотно50 го генератора 1 фиксированной (кварцованной) частоты, который через однополосный модулятор 2 и автоматическис переключатели 3 и 4 соединен с входом и выходом электрической цепи 5 с контролируемой

55 задержкой. Выход автоматического переключателя 4 соединен с одним входом первого перемножителя 6, другой вход которого соединен с выходом однополосного модулятора 2. К выходу перемножителя 6 подключены последовательно соединенные

Оз(1)-О,зсоз((в-Q)t -д ). (1)

Высокочастотный модулированный сигнал (1) проходит через электрическую цепь с фазовой задержкой r1 и ослабляется до значения

U (t)

-K1UmqCOS({tO — Q)(t -г1)+р1 - ) (2) где К1 — коэффициент передачи электрической цепи.

Перемножают непосредственно высокочастотные сигналы с выхода и. входа электрической цепи при выбранном направлении распространения модулированного сигнала

ОГ ") = ОЭ() О4(1) К1Впз х х соз „:, и — Q ) t +f1 - p2 ) хcos((в — Q) (t — T 1 ) +p1 — +). (3)

Выделя1от иэ спектра перемноженных сигчалов (3) первую постоянную составляющую напряжения

К1 К2 АпЗ

Ue= cos (и-Я) г1 =

К1 K2 umm, соз (в — И) (то + Лт),(4) где Кг — коэффициент передачи фильтра, Изменяют направление распространения модулированного сигнала через электрическую цепь на противоположное (t2 =г, — Лг}, а направление модуляции высокочастотного сигнала на положительное (в + Q) изменением направления чередования фаз модулирующих сигналов.

В этом случае произведение сигналов с выхода и входа электрической цепи приобретает вид

О7() =

=K1Umz cos((co+Q)» t+p1+фз)x .. . х соз ((c0 + и ) (t — тг) + р1 + рз ) . (5)

Выделяют из спектра (5) вторую постоянную составляющую напряжения

К1 К2 Оп э г

Оз = cos (юг) х2—

К1 К2 Оаз

cos (в + И) (т, - Л г ) .(6)

Сравнивают первую Us и вторую Ов составляющие постоянного напряжения где Кз — коэффициент пропорциональности, Изменяют частоту модуляции И до получения равенства сравниваемых напряжений (Ug -О)

cos (в -Я) (гь + Лг) =

cos (и+ И) (т о — ЬГ). (8)

Из полученного равенства (8) следует, что невэаимная часть фазового времени задержки

1817038 фильтр 7 нижних частот, усилитель 8 низкой частоты, второй перемножитель 9, второй вход которого соединен с мультивибратором 10, а выход подключен к входу интегратора 11. Выход интегратора 11 соединен с управляющим входом перестраиввемого по частоте двухфазного генератора 12 низкой частоты, к квадратурным выходам которого через автоматические переключатели 13 и

14 подключены управляющие входы однополосного модулятора 2. К одному из выходов генератора 12 низкой частоты подключен также цифровой частотомер 15.

Устройство для измерения невзаимной части фазового времени задержки работает следующим образом, Высокочастотный сигнал кварцевого генератора 1 в фазокампенсацианном модуляторе 2 подвергается аднополосной модуляции квадратурными сигналами низкой частоты перестраиваемого генератора

12. При первом положении автоматических переключений 13 и 14 в однополосном модуляторе 2 фармируетсл высокочастотный сигнал с уменьшением значении частоты на значение частоты генератора 12, Последнял выбирается минимальной исходя из условий работы аднопалосного модулятора 2, Модулированный высокочастотный сигнал через первые положения автоматических переключателей 3 и 4 проходит через электрическую цепь 5 в направлении, при котором его суммарнал задержка наибольшая. Задержанный модулированный сигнал с выхода автоматического переключателя 4 поступает на один вход первого перемнажителя 6, на другой вход которого поступает модулированный сигнал непосредственно с выхода однопалоснога модулятора 2, Из перемноженных высокочастотных сигналов фильтра 7 нижних частот выделяется первое значение постоянной составляющей напряжения, При втором положении переключателей

13 и 14 на выходе аднапаласного модулятора 2 формируется высокочастотный сигнал с увеличенным значением частоты на значение частоты генератора 12. Соответственно второе положение автоматических переключателей 3 и 4, которые работают синхронно с переключателями 13 и 14, обеспечивает прохождение модулированного сигнала через электрическую цепь 5 в .противоположном направлении, когда суммарнал задержка цепи становится минимальной. На выходе фильтра 7 нижних частот выделяется второе значение постоянной составляющей напрлженил, При непрерывной работе автоматических переключателей 3,4 и 13,14, которые упрввллютсл прямоугольными импульсами мультивибратора 10, нв выходе фильтра 7 нижних частот образуется временная составляющая напряжения частоты коммута5 ции автоматических переключателей.

Амплитуда этого напряжения пропорциональна разности постоянных напряжений, формируемых при двух положениях автоматических переключателей, 10 Переменное напряжение частоты коммутации усиливается усилителем 8 низкой частоты и перемножаютсл во втором перемнажителе 9 с упрввлвощим напрлжением мультивибратара 10, Из перемноженных

15 сигналов интегратором 11 выделлется постоянная составляющая напряжения, которал эапоминаетсл интегратором. Выходное напряжение интегратора 11 воздействуют на управляющий вход перестраиваемого re20 нератора 12, увеличивал частоту. Процесс автоматического регулированил частоты генератора 12, при котором изменяется частоты выходных нвпрлжений. сдвинутых на о

90, длится $0 TGx пор, rloK8 HQ равняютсл

25 постолнные составляющие напрлжения на выходе первого перемнажителя 6, При этом исчезает переменнал саставлиощая напряжения частоты коммутации, а выходное напряжение второго перемнажителя 9

30 обращаетсл в нуль, Выходное напряжение заряженного интегратора 11 поддерживает значение частоты генератора 12, которое соатветг вует выполнению соотношения (9)..

35 . Установившееся значение частоты генератора 12 измеряется цифровым частотомером 15, табло которого в соответствии с выражением (9) может быть отградуиравано непосредственно в значениях контролируе40 мой невзаимной задержки. При изменениях контролируемой задержки происходит заряд или разряд интегратора 11, что приводит к изменению частоты квадратурных напрлжений на выходе генератора 12, Саат4а ветствующие изменения частоты измеряютсл па табло цифрового частотомера 15.

Экспериментальные исследования предлагаемого устройства для измерения невэаимнай задержки в составе измерителя

50 фазового времени задержки показали, чта па сравнению с устройством-прототипом предлагаемое устройство обеспечивает измерение невэаимной частоты фазового времени задержки в диапазоне значений

55 10 " — 10 с при линейной части задержки

10 — 10 с с относительной пагрешностыа

-7 -9 не более (0,5 — 1оь) при частоте испытательного сигнала 5 МГц.

Использование предлагаемого способа измерения фазового времени задержки и

1817036

2, Устройство для определения фазового времени задержки, содержащее высокочастотный генератор фиксированной частоты, к выходу которого подключены последовательно соединенные однополосный модулятор, управляющим входом соединенный с перестраиваемым генератором низкой частоты, электрическую цепь с контролируемой задержкой, первый перемножитель, фильтр нижних частот, усилиреализующего его устройства позволяет по сравнению с существующим повысить точность иЗмерения невзаимной задержки, так как случайные погрешности при определениит, поформуле(10) взначительноймере усредняются, а погрешность автоматического измерения низкой частоты модуляции, значение которой пропорционально величине невзаимной задержки не превышает 10 -10 . Благодаря этому возможно обнаружение и измерение малых значений невзаимной задержки. которая в большинстве практических случаев, например, в гироскопических приборах, многим меньше линейной задержки, Формула изобретения

1. Способ определения фазового времени задержки, основанный на однополосной модуляции высокочастотного сигнала, перемножении высокочастотных сигналов с выхода и входа электрической цепи с контролируемой задержкой, выделении из спектра перемноженных сигналов низкочастотной составляющей напряжения, изменении частоты модулирующего Сигнала до получения нулевого значения фиксируемого напр: ".ения, отл и ча ю щий ся тем,что, с целью повышения точности определения невэаимной частоты фазового времени задержки, перемножают непосредственно высокочастотные сигналы с выхода и входа контролируемой электрической цепи при одном направлении распространения модулированного сигнала, выделяют из спектра перемноженных сигналов первую постоян ную составллющу о напряжения, изменяют направление распространения модулированного сигнала и направление модуляции высокочастотного сигнала си на противоположное, выделяют вторую постоянную составллющую напряжения, сравнивают первую и вторую составляющие постоянного напряжения, изменяют частоту модуляции до полученил равенства уравниваемых напряжений, измеряют частоту И модулирующего напрлженил, а невзаимную часть фазового времени задержки Лt определяют из соотношения

Лг= — ro

Щ 7. где ro — линейная часть фазового времени задержки, 5 10 тель низкой частоты, второй перемножитель и интегратор, цифровой частотомер, подключенный к выходу генератора низкой частоты ;отличающееся тем,что,с целью

15 повышения точности определения, в него введены мультивибратор и четыре автоматических переключателя, иэ которых первый автоматический переключатель включен между однополосным модулятором и электрической цепью, второй автоматический переключатель — между электрической цепью и первым перемножителем, третий и четвер20 тый автоматические переключатели — между двумя фазами генератора низкой частоты и управляющими входами однополосного модулятора, при этом вход первого автоматического переключателя соединен с выходом однополосного модулятора, первый выход соединен с входом электрической цепи и вторым входом второго автоматического переключателя, второй выход первого автоматического переключателя соединен с выходом электрической цепи и первым входом второго автоматического переключате30

50 ля, выходом соединенного с первым входом первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом однополосного модулятора, входы третьего и четвертого автоматических переключателей соединены с квадратурными выходами генератора низкой частоты, противоположные выходы соединены между собой и подключены соответственно к управляющим входам однополосного модулятора, управляющие входы автоматических переключателей соединены между собой и вторым входом второго перемножителя и подключены к выходу мультивибратора, а выход интегратора соединен с управляющим входом перестраиваемого генератора низкой частоты.

Составитель Ю.Скрипник

Техред М.Моргентал Корректор В.Петраш

Редактор

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

Заказ 1902 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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