SU1677670A1 - Устройство дл измерени задержки четырехполюсников - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано при измерении фазового времени задержки четырехполюсников с ограниченной полосой пропускани  и заданным полным сдвигом фаз между его входным и выходным напр жени ми , например ультразвуковых линий задержки. Цель изобретени  - повышение точности - достигаетс  путем принудительного задани  частоты измерительного сигнала , при котором обеспечиваетс  заданный полный сдвиг фаз между входными и выходным напр жени ми четырехполюсника . При этом используют измер емый четы- рехполюснмк 3 в качестве элемента обратной св зи одновременно двух функционально организованных генераторов гармонических колебаний. В устройство дополнительно введены коммутатор 13, первый 8 и второй 9 избирательные усилители , первый 10 и второй 11 делители частоты , первый 17 и второй 18 фазовые детекторы, второй 20 и третий 21 фильтры нижних частот, селектор 19 сигнала синхронизации , блок 15 управлени , перестраиваемый генератор 16 низкой частоты, сумматор 12, блок 14 запоминани  напр жени , счетчик 7 полупериодов и измеритель 6 временных интервалов. 1 з.п.ф-лы, 5 ил. сл с

Description

о VJ VJ

о VI

о

Изобретение относитс  к радиотехническим измерени м и может быть использовано при измерении фазового времени задержки четырехполюсников с ограниченной полосой пропускани  и заданным пол- ным сдвигом фаз между его входным и выходным напр жени ми, например, ультразвуковых линий задержки дл  цветного телевидени  и видеомагнитофонов.

Цель изобретени - повышение точно- сти измерений путем принудительного задани  частоты измерительного сигнала, при которой обеспечиваетс  заданный полный сдвиг фаз между входным и выходным напр жени ми четырехполюсника, что дости- гаетс  за счет использовани  измер емого четырехполюсника в качестве элемента обратной св зи одновременно двух функцио- нально организованных генераторов гармонических колебаний. При этом за счет выбора двух определенным образом расположенных генерируемых частот обеспечиваетс  однозначное задание рабочей частоты, на которой провод тс  измерени .

На фиг.1 представлена структурна  схе- ма устройства; на фиг,2 - структурна  схема селектора сигнала синхронизации; на фиг.З - структурна  схема блока управлени ; на фиг.4- временные диаграммы работы блока управлени ; на фиг,5 - расположение воз- можных частот колебаний, генерируемых & устройстве.

Устройство дл  измерени  задержки четырехполюсника содержит исполнительный блок 1, фазовый дискриминатор 2, первый вход которого соединен со входом измер емого четырехполюсника 3, фильтр 4 нижних частот, входом подключенный к выходу фазового дискриминатора 2, а выходом - ко входу исполнительного блока 1, ключ 5. Кроме того, в состав устройства вход т измеритель 6 временных интервалов, счетчик 7 полупериодов, выходом соединенный с первым входом измерител  6 временных интервалов, первый перестраиваемый избирательный усилитель 8, второй перестраиваемый избирательный усилитель 9, первый делитель 10 частоты, второй делитель 11 частоты, сумматор 12, первый вход которого подключен к соединенным вместе входом счетчика 7 полупериодов, первого делител  10 частоты и выходу первого перестраиваемого избирательного усилител  8, второй вход соединен со входом второго делител  11 частоты и выходом второго перестраиваемого избирательного усилител  9, коммутатор 13, первый вход которого соединен с выходом измер емого четырехполюсника 3 и первым входом первого перестраиваемого избирательного усилител  8

первый выход - с первым входом второго перестраиваемого избирательного усилител  9, а второй выход - со вторым входом фазового дискриминатора 2, блок 14 запоминани  напр жени , выходом подключенный ко второму входу первого перестраиваемого избирательного усилител  8, третий вход которого соединен со вторым входом измерител  6 временных интервалов и выходом ключа 5, первый вход которого подключен к выходу исполнительного блока 1,блок 15 управлени , перестраиваемый низкочастотный генератор 16, первый фазовый детектор 17, второй фазовый детектор 18, первые входы которых подключены к выходам, соответственно, первого 10 и второго 11 делителей частоты, соединенные вместе вторые входы - к выходу перестраиваемого низкочастотного генератора 16, входом соединенного с выходом блока 15 управлени , селектор 19 сигнала синхронизации, выход которого подключен к первому входу блока 15 управлени  и к соединенным вместе второму входу коммутатора 13, второму входу ключа 5 и первому входу блока 14 запоминани  напр жени . В состав устройства вход т также второй фильтр 20 нижних частот, третий фильтр 21 нижних частот, входы которых соединены с выходами, соответственно, первого фазового детектора 17 и второго фазового детектора 18. При этом выход второго фильтра 20 нижних частот соединен со вторым входом блока 14 запоминани  напр жени  и первым входом селектора 19 сигнала синхронизации, выход третьего фильтра 21 нижних частот соединен со вторым входом селектора 19 сигнала синхронизации и вторым входом второго перестраиваемого избирательного усилител  9, а второй вход блока 15 управлени  соединен с выходом измер емого четырехполюсника 3, селектор 19 сигнала синхронизации содержит два канала, первый из которых образован последовательно соединенными амплитудным детектором 22 и пороговым блоком 23, второй - последовательно соединенными амплитудным детектором 24 и пороговым блоком 25 и блок 26 совпадени , первый вход которой соединен с выходом порогового блока 23, а второй вход - с выходом порогового блока 25. Вход амплитудного детектора 22  вл етс  первым входом селектора 19, вход амплитудного детектора 24 - его вторым входом, а выход блока 26 совпадени  - выходом селектора 19.

Блок 15 управлени  содержит последовательно соединенные амплитудный детектор 27, пороговый блок 28 и формирователь 29 коротких импульсов, RS-триггер 30, счетчик 31 импульсов, генератор 32 импульсов, блок 33 совпадени  и цифро-аналоговый преобразователь 34. Выход формировател  29 соединен с S-входом триггера 30 и входом установки в начальное состо ние счет- чика 31. Выход триггера 30 соединен с первым входом блока 33 совпадени , а выход генератора 32 импульсов соединен с ее вторым входом. Вход счетчика 31 соединен с выходом блока 33 совпадени .

Выходы разр дов счетчика 31 соединены с соответствующими входами цифро- аналогового преобразовател  34, выход которого  вл етс  выходом блока 15, при этом R-вход триггера 30  вл етс  первым входом блока 15, а вход амплитудного детектора 27 - его вторым входом.

Блок 15 управлени  предназначен дл  управлени  частотой перестраиваемого НЧ генератора 16.

Устройство работает следующим образом .

Узкополосные резонансные усилители

8и 9 могут перестраиватьс  по частоте при изменении управл ющих напр жений на управл ющих входах. Управл ющими входами усилител  8  вл ютс  его второй и третий входы, причем крутизна характеристики управлени  по второму входу выше, чем по третьему, Управл ющим входом уси- лител  9  вл етс  его второй вход, и крутизна характеристики управлени  по нему така  же, как по второму входу усилител  8.

Коэффициенты усилени  усилителей 8 и

9выбираютс  заведомо большими, чем за- тухание измер емого четырехполюсника.

Если усилитель 8 выполнен неинвертирующим , то усилитель 9 - инвертирующим, или наоборот, в зависимости от того, какой полный фазовый сдвиг между входным и выходным напр жени ми четырехполюсника 3 нужно задать. Дл  обеспечени  фазового сдвига, равного нечетному числу Д усилитель 8 должен быть инвертирующим, а четному числу П-неинвертирующим.

Селектор 19 сигнала синхронизации представл ет собой блок, на выходе которого формируетс  сигнал логического нул  в случае наличи  переменного напр жени  на любом из его входов или на обоих входах одновременно и сигнал логической единицы при отсутствии переменного напр жени  одновременно на обоих входах,

В исходном состо нии на выходе селектора 19 присутствует сигнал логического ну- л , подаваемый на вторые (управл ющие) входы ключа 5 и коммутатора 13.

При этом ключ 5 разомкнут, т.е. его первый вход отключен от выхода.

Измер емый четырехполюсник 3 через сумматор 12 включен между входом и выходом усилител  8, образу  первую систему с запаздывающей обратной св зью.

Одновременно сигнал логического нул  с выхода селектора 19 устанавливает коммутатор 13 в положение, когда его первые вход и выход соединены между собой. При этом измер емый четырехполюсник 3 через сумматор 12 и коммутатор 13 включен также между входом и выходом усилител  9, образу  вторую систему с запаздывающей обратной св зью.

При высоком коэффициенте усилени  усилител  8, в первой системе возникнут гармонические колебани .

Аналогично, при высоком коэффициенте усилени  усилител  9 колебани  возникнут во второй системе. Таким образом, перва  система с запаздывающей обратной св зью, образованна  усилителем 8, между первым входом и выходом которого через сумматор 12 включен измер емый четырехполюсник 3, функционально образует первый генератор гармонических колебаний,

Втора  система с запаздывающей обратной св зью, образованной усилителем 9, между первым входом и выходом которого через сумматор 12 и коммутатор 13 включен измер емый четырехполюсник 3, функционально образует второй генератор гармонических колебаний.

Рассмотрим работу устройства, когда усилитель 8 - неинвертирующий, а усилитель 9 - инвертирующий. В этом случае в первом генераторе возникают колебани  вблизи одной из. частот, определ емой соотношением

ft

(2k-1)n;k 1,2,3....

О)

где г-задержка четырехполюсника.

Во втором генераторе возникают колебани  на одной из частот, определ емой соотношением

Шп

2пП

п 1,2,3

(2)

В числител х выражений (1) и (2) сто т полные фазовые сдвиги в цеп х запаздывающей обратной св зи, при которых выполн ютс  услови  баланса фаз в первом и втором генераторах.

Измен   частоты настройки усилителей 8 и 9, путем изменени  напр жений на их вторых (управл ющих входах) можно выбрать любые возможные частоты генерации, лежащие в пределах полосы перестройки этих усилителей, а следовательно, и любые полные фазовые сдвиги в цепи запаздывающей обратной св зи, соответствующие этим частотам. Дл  установки заданного полного фазового сдвига коэффициент делени  первого делител  10 частоты выбираетс  равным (2к-1), а второго делител  11 частоты равным (2к-1)(к-1).

В этом случае частота колебаний после делител  10 равна

а

(Ok

2k -1

(3)

а после делител  11

Qi

(On

2(k-1)

(4)

Выбор значени  К определ етс  необходимым полным фазовым сдвигом между напр жени ми на входе и выходе измер емого четерехполюсника 3, т.е. в цепи запаз- дывающей обратной св зи первого генератора. Например, дл  ультразвуковых линий задержки цветного телевидени  должно выполн тьс  соотношение р 283,5 2П. Откуда (2к-1)567 и .

Дл  автоматической настройки первосо генератора на частоту, соответствующую заданному полному фазовому сдвигу между напр жени ми на входе и выходе измер емого четырехполюсника 3, служат две системы автоподстройки частоты (ФАПЧ).

Перва  из них образована перестраиваемым генератором 16, первым фазовым детектором 17, делителем 10 частоты и вторым фильтром 20 нижних частот, выходное напр жение которого через блок 14 запомина- ни  напр жени  управл ет частотой настройки усилител  8.

Втора  система ФАПЧ образована перестраиваемым генератором 16, вторым фазовым детектором 18, делителем 11 частоты и третьим фильтром 21 нижних частот.

Настройка первого генератора на рабочую частоту происходит следующим образом . После подключени  четырехполюсника 3 в первом и втором генераторах возникают колебани . На выходе измер емого четырехполюсника 3 по вл етс  высокочастотное напр жение (фиг.4а), которое подаетс  на второй вход блока 15. На выходе амплитудного детектора 27, вход щего в состав блока 15 управлени , выдел етс  посто нное напр жение (фиг.4в), вызывающее срабатывание порогового блока 28 (фиг.4г). В момент его срабатывани  формирователь

29 выдает короткий импульс (фиг.4д), устанавливающий триггер 30 в единичное состо ние (фиг.4е), а счетчик 31 в начальное состо ние. При этом сигналом с выхода триггера 30 открываетс  блок 33 совпадени  и импульсы с выхода генератора 32 (фиг.4ж) поступают на вход счетчика 31 (фиг.4и). Ступенчатое пилообразное напр жение с выхода цифро-аналогового преобразовател  34

(фиг.4к), пропорциональное состо нию счетчика 31, осуществл ет перестройку частоты генератора 16.

Перестройка осуществл етс  до наступлени  захвата одновременно в обоих системах ФАПЧ. Момент наступлени  захвата фиксирует селектор 19 сигнала синхронизации . При отсутствии захвата в любой из систем ФАПЧ или в обоих системах на одном или обоих входах селектора 19 присутствует

переменное напр жение.

При этом срабатывает пороговый блок 23 и 25 того же канала, на входе которого присутствует переменное напр жение, или оба пороговых устройства, Уровни логического нул  закрывают блок 26 совпадени , и на ее выходе присутствует уровень логического нул .

При отсутствии переменного напр жени  одновременно на обоих входах селектора 19 на выходах пороговых блоков 23 и 25 устанавливаетс  уровень логической единицы . При этом на выходе блока 26 совпадени , а следовательно, и на выходе селектора 19 установитс  уровень логической единицы . Этот уровень подаетс  на первый вход блока 15 управлени  (фиг.4б), вызыва  установку триггера 30 в нулевое состо ние и прекращени  счета импульсов генератора 32 счетчиком 31. При этом на выходе блока

управление фиксируетс  посто нное напр жение , обеспечивающее настройку генератора 16 на частоту Q , при которой одновременно выполн ютс  равенства.

а а

Qi Of а, следовательно,и

QC Q,

из которого, в свою очередь, вытекает (5)

Шаг перестройки генератора 16 выбираетс  меньшим половины ширины захвата систем ФАПЧ,

Расположение возможных частот генерации в первом генераторе показано на фиг.ба, а во втором генераторе - на фиг,56.

На фиг.Бв и 5г показано расположение возможных частот генерации в первом и втором генераторах соответственно, дл  случа , когда величина измер емой задержки в три раза больше, чем дл  случа , изображенного на фиг,5а,б. При этом

возможные частоты tti , ah, генерации во втором случае совпадают с возможными частотами генерации Ok , (Up и в первом случае . Аналогична  картина наблюдаетс  дл 

всех значений задержки т , удовлетвор ющих соотношению.

Т1 3(2m -1)r, m 1,2,3. . .

Следовательно, не обеспечиваетс  возможность различени  фазовых сдвигов, определ емых соотношением.

р 3(2т- 1)П, гл 1.2. 3. . .

при различных значени х т.

Дл  устранени  этой неоднозначности начальна  частота генератора 16 выбираетс  из услови .

Q

2П

мин

(6)

где Тмин - минимальна  возможна  задержка измер емого четырехполюсника, и его перестройка осуществл етс  от этого значени  в сторону низких частот.

Выполнение равенства (6) обеспечиваетс  выбором начального состо ни  счетчика 31, вход щего в состав блока 15 управлени .

Таким образом, по сигналу логической единицы с выхода селектора 19 блок 15 прекращает перестройку частоты генератора 16. Этот же сигнал переключает коммутатор 13 в положение, когда второй вход фазового дискриминатора 2 соединен с выходом измер емого четерехполюсника 3. При этом цепь второго генератора разрываетс  и колебани  в нем прекращаютс . Этот же сигнал обеспечивает запоминание выходного напр жени  фильтра 20 в блоке 14. При сигнале логического нул  на управл ющем входе блока 14 происходит трансл ци  сигнала с его входа на выход. При по влении сигнала логической единицы на первом входе блока 14 он осуществл ет запоминание мгновенного значени  входного сигнала и

0

5

0

подачу этого напр жени  на второй вход усилител  8, обеспечива  фиксацию его настройки на нужной частоте.

Сигналом логической единицы с селектора 19 замыкаетс  также ключ 5, обеспечива  подключение выхода исполнительного блока 1 к третьему входу усилител  8 и второму входу измерител  6. На этом заканчиваетс  первый этап работы устройства , результатом которого  вл етс  настройка первого генератора на частоту, при которой обеспечиваетс  заданное коэффициентом делени  делител  10 частоты число полных полупериодов, равное (2к-1), колебаний измерительной частоты в результирующем сдвиге фаз между входным и выходным напр жени ми четырехполюсника . При этом, из-за наличи  паразитного фа- зового сдвига в тракте первого генератора и конечной ширины зоны генерации , частота колебаний в нем определ етс  выражением

и

(2k -1)П + Ду т

(7)

Дл  точного выполнени  соотношени  (1) необходимо обеспечить Дуэ 0. Дл  этого служит фазовый дискриманатор 2, второй

вход которого через коммутатор 13 подключен к выходу измер емого четырехполюсника 3. Фазовый дискриминатор 2 совместно включенным параллельно ему измер емым четырехполюсником 3 функционально образуют частотный дискриминатор, а вс  система компенсации остаточного фазового сдвигз представл ет собой систему частотной автоподстройки частоты. Выходное напр жение фазового дискриминатора 2

через фильтр 4, исполнительный блок 1 и замкнутый ключ 5 осуществл ет подстройку по частоте усилител  8, привод  частоту генерируемых в первом генераторе колебаний к значению, при котором Лу 0.

Свойственна  такой системе статистическа  ошибка устран етс  при выполнении исполнительного блока 1 в виде интегратора . После вхождени  системы автоподстройки в захват осуществл етс  запуск по

второму входу измерител  6 временных интервалов . На его первый вход поступает последовательность импульсов с выхода счетчика 7 полупериодов. Определенный измерителем 6 период следовани  этих импульсов

T (2k-1)-|,

(8)

где t - период высокочастотных колебаний первого генератора равен искомому времени задержки т.

Claims (2)

1. Устройство дл  измерени  задержки четырехполюсников, содержащее исполнительный блок, фазовый дискриминатор, первый вход которого соединен с входом измер емого четырехпоюсника, фильтр нижних частот, вход которого подключен к выходу фазового дискриминатора, а выход - к входу исполнительного блока, и ключ, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерений путем задани  частоты измерительного сигнала, при которой обеспечиваетс  заданный полный сдвиг фаз между входным и выходным на- пр жени ми четехполюсника, в него введены последовательно соединенные первый избирательный усилитель, первый делитель частоты, первый фазовый детектор, первый фильтр низких частот и селектор сигнала синхронизации, последовательно соединенные коммутатор, второй избирательный усилитель, второй делитель частоты, второй фазовый детектор и второй фильтр нижних частот, счетчик полупериодов, измеритель временных интервалов, сумматор, блок запоминани  напр жени , блок управлени  и перестраиваемый низкочастотный генератор , выход которого подключен к вторым входам соответственно первого и второго фазовых детекторов, а вход- к выходу блока управлени , первый вход которого подключен к выходу селектора сигнала синхронизации и управл ющим входам коммутатора, ключа и блока запоминани  напр жени , а второй вход - к выходу измер емого четырехполюсника и входам коммутатора и первого избирательного усилител , второй вход которого подключен к выходу ключа и первому входу измерител  временных интервалов , а третий вход - к выходу блока запоминани  напр жени , второй вход которого подключен к выходу первого фильтра нижних частот, причем выход первого избирательного усилител  подключен к входу счетчика полупериодов и первому входу сумматора, выход которого подключен к входу фазового дискриминатора, а второй вход - к выходу первого избирательного усилител , второй вход которого соединен с выходом второго фильтра нижних частот и вторым входом селектора сигнала синхронизации , при этом выход счетчика полупериодов подключен к второму входу измерител  временных интервалов.

2. Устройство поп.1,отличающее- с   тем, что селектор сигнала синхронизации содержит последовательно соединенные первый амплитудный детектор, первый пороговый блок и блок совпадени , к второму входу которого подключены последовательно соединенные второй амплитудный детектор и второй пороговый блок, причем входами селектора сигнала синхронизации  вл ютс  входы амплитудных детекторов, а выходом - выход блока совпадени .

/

фиг. 2

, -5

«)

-ft1

шл

41

J

Uoy

a«

S