SU1223162A1

SU1223162A1 - Phase measuring device

Info

Publication number: SU1223162A1
Application number: SU843769350A
Authority: SU
Inventors: Юрий Юрьевич Михалевич; Татьяна Ивановна Близнюк
Original assignee: Центральное Конструкторское Бюро Уникального Приборостроения Научно-Технического Объединения Ан Ссср
Priority date: 1984-07-10
Filing date: 1984-07-10
Publication date: 1986-04-07

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано , например, в метрологии. Цель изобретени - повышение чувствительности устройства и расширение области его использовани . Устройство содержит входной усилитель 1, синхронные интеграторы 2, 12 и 13, апериодический усилитель 3, син- хронный детектор 4, генератор 5 опорной частоты, фазовращатель 6, формирователи 7,10 и 11 опорного напр жени , фазовращатели 8 и 9 с фиксированньими фазовыми сдвигами, операционный усилитель 14, интегратор 15, широтно-импульсньй модул тор 16 и управл емый фазовращатель 17. Операционный ус1шитель собран по схеме вычит ани сигналов. В описании представлены блок-схемы широт- но-импульсного модул тора и управл емого фазовращател . 3 ил. § (О с 7f N3 o со The invention relates to a measurement technique and can be used, for example, in metrology. The purpose of the invention is to increase the sensitivity of the device and expand its use. The device contains an input amplifier 1, synchronous integrators 2, 12 and 13, aperiodic amplifier 3, synchronous detector 4, reference frequency generator 5, phase shifter 6, drivers 7.10 and 11 of the reference voltage, phase shifters 8 and 9 with fixed phase shifts , an operational amplifier 14, an integrator 15, a pulse-width modulator 16, and a controlled phase shifter 17. The operational auger is assembled according to the scheme of subtracting the signals. The description presents block diagrams of a pulse width modulator and a controlled phase shifter. 3 il. § (Oh with 7f N3 o with

Description

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано в метрологии, спектроскопии малых концентраций газов, а также в системах контрол различных технологических процессов.The invention relates to a measuring technique and can be used in metrology, low gas concentration spectroscopy, as well as in control systems of various technological processes.

Цель изобретени - повьшение чувствительности устройства и расширение области его применени , заключающеес в возможности производить измерени более малых концентраций газов, более широкого набора газов, а также производить исследование частоты поверхности материалов и тонких пленок.The purpose of the invention is to increase the sensitivity of the device and expand its field of application, consisting in the ability to measure lower concentrations of gases, a wider set of gases, as well as to study the frequency of the surface of materials and thin films.

На фиг.1 представлено фазоизмери тельное устройствоi на фиг.2 и 3 изображены соответственно широтно- импульсный модул тор и управл емый фазовращатель фазоизмерительного устройства.Figure 1 shows the phase-measuring device, and figures 2 and 3 show, respectively, a pulse-width modulator and a controlled phase shifter of the phase-measuring device.

Фазоизмерительное устройство (фиг.1) содержит входной усилитель . 1, синхронный интегратор 2, апериодический усилитель 3, синхрон ный детектор 4, последовательно соед,иненные друг с другом генератор 5 опорной частоты, подключенный через фазовращатель 6 к входу первого формировател 7 опорного напр жени , выход которого подключен к соответствуюа им входам синхронного интегратора 2 и синхронного детектора 4, а также содержит два фазовращател 8 и 9 с фиксированными фазо .-jjвыми сдвигами на + -у- радиан и наPhase measuring device (figure 1) contains an input amplifier. 1, a synchronous integrator 2, an aperiodic amplifier 3, a synchronous detector 4, the frequency generator 5 connected in series with each other, connected through the phase shifter 6 to the input of the first reference voltage driver 7, the output of which is connected to the corresponding inputs of the synchronous integrator 2 and synchronous detector 4, and also contains two phase shifters 8 and 9 with fixed phase. -jj shifts by + - - radians and

-и - -г радиан соответственно, входы-and -g radian respectively, inputs

которых подключены к выходу первого формировател 7, а выходы через формирователи 10 и 11 опорного напр жени подключены к соответствующим входам синхронных интеграторов 12 и 13, сигнальные входы которых объединены и подключены к выходу входного усилител 1, а выходы подключены;у синхронного интегратора 1 2 к инвертирующему входу операционного усилител 14, собранного по схеме вычитани сигналов, у синхронного интегратора 13 - к неинвертирующему входу операционного усилител 14, выход которого подключен через последовательно соединенные интегратор 15 и широтно-импульсный модул тор 16 к управл ющему входу управл емого фазовращател 17, сигнальный вход которого соединен сwhich are connected to the output of the first driver 7, and the outputs through the drivers 10 and 11 of the reference voltage are connected to the corresponding inputs of the synchronous integrators 12 and 13, the signal inputs of which are combined and connected to the output of the input amplifier 1, and the outputs are connected; the inverting input of the operational amplifier 14 assembled according to the signal subtraction scheme, to the synchronous integrator 13 to the non-inverting input of the operational amplifier 14, the output of which is connected via serially connected Tegrator 15 and pulse-width modulator 16 to the control input of the controlled phase shifter 17, the signal input of which is connected to

20 20

22316222231622

входом устройства, на который поступает исследуемый сигнал, а выход подключен к входу входного усилител 1.input device, which receives the signal under study, and the output is connected to the input of the input amplifier 1.

5 Широтно-импульсный модул тор 16 фазоизмерительного устройства (фиг.2) содержит генератор 18 пилообразного напр жени , выполненной по любой схеме, операционный усили10 тель 19, собранный по схеме вычитани сигналов, первый вход которого соединен с входом широтно-импульсно- го модул тора, а второй вход подключен к движку потенциометра 20,5 A pulse width modulator 16 of a phase-measuring device (FIG. 2) contains a sawtooth voltage generator 18 made according to any scheme, an operational amplifier 19 assembled according to a signal subtraction circuit, the first input of which is connected to the input of a pulse-width modulator , and the second input is connected to the potentiometer slider 20,

15 выход усилител 19 подключен к первому входу компаратора 21, второй . вход которого подключен к выходу генератора 18 пилообразного напр жени , а выход компаратора 21 соединен15 output of the amplifier 19 is connected to the first input of the comparator 21, the second. the input of which is connected to the output of the saw-tooth generator 18, and the output of the comparator 21 is connected

с выходом широтно-импульсного модул тора 1 6.with the output of the pulse-width modulator 1 6.

На фиг.З представлена схема управл емого фазовращател 17, в качестве которого использована схема известного ШИМ-ДАУ RC -фазовращател . Он содержит операционный усилитель 22, совместно с RC образующий схему фазовращател , и полевой транзистор 23, вл ющийс фазорегулирующим элементом.FIG. 3 is a diagram of a controlled phase shifter 17, for which the scheme of the known PWM-DAE RC phase shifter is used. It contains an operational amplifier 22, together with an RC forming a phase shifter circuit, and a field-effect transistor 23, which is a phase-regulating element.

Вход и выход усилител 22 соединены с входом и выходом управл емого фазовращател , а затвор полевого транзистора 23 соединен с управл ющим входом управл емого фазовращател 17.The input and output of the amplifier 22 is connected to the input and output of the controlled phase shifter, and the gate of the field-effect transistor 23 is connected to the control input of the controlled phase shifter 17.

Фазоизмерительное устройство работает следующим образом.Phase measuring device operates as follows.

Генератор 5, фазовращатели 6, 8 и 9 совместно с формировател ми опорного напр жени 7,10 и 11 формируют три сигнала опорного напр жени , из которых сигнал, формируемый формирователем 7, вл етс основным, а сигналы, формируемые формировател ми 10 и 11, - вспомогательными, причем эти сигналы по фазе сдвинуты относительно основного опорногоGenerator 5, phase shifters 6, 8 and 9 together with the driver of the reference voltage 7, 10 and 11 form three signals of the reference voltage, of which the signal formed by the driver 7 is the main one, and the signals formed by the driver 10 and 11, - auxiliary, and these signals are shifted in phase relative to the main reference

сигнала на i -т- радиан.signal on the i -t- radians.

Пусть на вход управл емого фазовращател 17 поступает смесь сигнала и шума, и пусть фазовращатель 6 в исходном состо нии вьщает фазу сигнала такой, что она совпадает с фазой опорного напр жени , формируемого формирователем 7.Let the mixture of the signal and noise enter the input of the controlled phase shifter 17, and let the phase shifter 6 in its initial state phase the signal phase such that it coincides with the phase of the reference voltage generated by the driver 7.

Через входной усилитель 1 смесь шума и сигнала поступает на синхрон3Through the input amplifier 1, the mixture of noise and signal goes to synchron3

ные интеграторы 2, 12 и 13, на выходах которых вьщел тс сигналы: на выходе синхронного интегратора 2 - пропорциональный амплитуде входного сигнала, на выходах синхронных интеграторов 12 и 13 - пропорциональный амплитуде входного сигнала и обратно пропорциональный сдвигу фаз опорных сигналов синхронных интег- раторов 12 и 13 от фазы опорного сигнала синхронного интегратора 2.Integrators 2, 12, and 13, the outputs of which have signals: at the output of synchronous integrator 2 is proportional to the amplitude of the input signal, at the outputs of synchronous integrators 12 and 13 is proportional to the amplitude of the input signal and inversely proportional to the phase shift of the reference signals of synchronous integrators 12 and 13 from the phase of the reference signal of the synchronous integrator 2.

Таким образом, на выходе синхронного интегратора 2 имеетс максимальный выходной сигнал, а на выходах синхронных интеграторов 12 и 13 - сигналы по амплитуде меньше, но равные друг другу, в св зи с чем на выходе усилител 14 и интегратора 15 выходной сигнал равен нулю, соответственно широтно-им- пульсный модул тор 16 сигнала на своем выходе не измен ет и фаза сигнала на выходе управл емого фазовращател 17 остаетс прежней.Thus, at the output of the synchronous integrator 2 there is a maximum output signal, and at the outputs of the synchronous integrators 12 and 13 - the amplitude signals are less but equal to each other, therefore the output signal of the amplifier 14 and the integrator 15 is zero, respectively the pulse width modulator 16 of the signal at its output does not change and the phase of the signal at the output of the controlled phase shifter 17 remains the same.

Если в смеси шум-сигнал фаза сигнала не измен етс , а амплитуда начинает мен тьс , то начинают мен тьс выходные сигналы на выходах синхронных интеграторов 2, 12 и 13, но так как равенство сигналов синхронных интеграторов 12 и 13 не нарушаетс , на выходе усилител 14 и интегратора 15 сигнал остаетс равным нулю, в результате чего фаза сигнала на выходе управл емого фазовращател 17 не измен етс .If in the noise-signal mixture the phase of the signal does not change, and the amplitude begins to change, then the output signals at the outputs of synchronous integrators 2, 12 and 13 begin to change, but since the equality of signals from synchronous integrators 12 and 13 is not disturbed, the output of the amplifier 14 and the integrator 15, the signal remains zero, with the result that the phase of the signal at the output of the controlled phase shifter 17 does not change.

Если же в смеси шум-сигнал начинает измен тьс фаза сигнала, то начинают измен тьс сигналы на выходах синхронных интеграторов 12 и 13, причем, в зависимости от знак ухода фазы сигнала, сигнал на одном синхронном интеграторе начинает уменьшатьс , а на другом - возрастать . Возникает неравенство амплиту сигналов на входах усилител 14, на выходе которого по вл етс сигнал, пропорциональный уходу фазы сигнала Этот сигнал, проинтегрированный интегратором 15, воздействует на ши- ротно-импульсный модул тор 16 и приводит к образованию на выходе широтно-импульсного модул тора 16 сигнала, по которому управл емый фазовращатель 17 возвращает уход щую фазу входного сигнала к согла231624If in the noise-signal mixture the phase of the signal begins to change, then the signals at the outputs of synchronous integrators 12 and 13 begin to change, and, depending on the decay mark of the signal phase, the signal at one synchronous integrator starts decreasing and at the other increases. Inequality of the amplitude of the signals at the inputs of the amplifier 14 occurs, the output of which is a signal proportional to the phase loss of the signal. This signal, integrated by the integrator 15, acts on the pulse-width modulator 16 and leads to the formation of the output pulse-width modulator 16 the signal by which the controlled phase shifter 17 returns the escaping phase of the input signal to 232324

сованному с фазой опорного напр же-. ни , формируемого формирователем 7, положению.coupled with the phase reference for example. nor, formed by shaper 7, position.

Claims

Invention Formula

five .

Phase measuring device

containing a serially connected input amplifier, a first synchronous integrator, an aperiodic amplifier and a synchronous detector, a reference generator, connected through a phase shifter to the input of the first reference voltage driver, the output of which is connected

15 to the corresponding inputs of the first synchronous integrator and the synchronous detector, characterized in that, in order to increase the sensitivity and expansion of the application, it additionally contains two phase shifters with fixed phase shifts, the second and third reference voltage drivers, two synchronous integrators, amplifier , integrator, pulse-width modulator, controlled phase shifter, with phase shifters with fixed phase shifts connected by inputs to the output of the first

, The reference voltage driver, the inputs of the second and third reference voltage drivers are connected to the outputs of the corresponding phase-voltage; fixed phase shifts, the control inputs of the second and third synchronous integrators are connected to the outputs of the third and second reference voltage drivers, respectively, the signal inputs of the second and third integrators are combined and connected to the output of the input amplifier, the signal output of the second synchronous integrator is connected to the inverter the amplifier input, and the signal output of the third synchronous integrator is connected to the non-inverting input of the amplifier, the output of which is connected to the integrato input and connected to the output of the pulse-entry impulsno50 th modulator, whose output is connected to the control input of the controllable phase shifter, a signal input coupled to the input device and an output connected to the input of amplifier vho55 row.

35

40

45

2

Fig.Z