Занятие 1.4 (Все занятия с презентациями), страница 2

Интерференционный измеритель работает на основе известной зависимости сдвига фаз колебаний от их частоты и пройденного пути. Для получения сдвига фаз в интерференционном измерителе используется волновод специальной конструкции, пример которого показан в структурной схеме измерителя на рис. 8.

Рис. 8

В сечении А-А волновода сигнал может быть записан как . В сечении Б-Б из-за разных путей прохождения будет иметь место сумма двух колебаний

+ ,

e_ББ (t) = Е₀ cos_C (Dl/2V) cos(_Ct -Y₁),

где Y₁ =w_С Dl/2V + w_С l/V; V – скорость распространения электромагнитной энергии в волноводном тракте.

Из этих выражений следует, что амплитуда результирующих колебаний в сечении Б-Б зависит от частоты сигнала. Тогда напряжение на нагрузке детектора , пропорциональное амплитуде результирующего поля в сечении волновода Б-Б, будет равно

u_{Д вых} = к_Д U_m cos (_С Dl / 2V).

Так как u_{Д вых} представляет многозначную функцию частоты, то при выборе ширины полосы пропускания и частоты настройки входного фильтра интерференционного измерителя стремятся не только перекрыть определенный диапазон частот, но и исключить неоднозначность в отсчете при измерении. При этом ширина диапазона разведываемых частот определяется соотношением Df_Р =V/4Dl.

Изменяя величину разности длин прямого и ответвленного участка волновода, можно изменять ширину Df_Р. Для исключения зависимости значения напряжения u_{Д вых} от амплитуды U_m, которая пропорциональна Е₀, его нормируют u_вых = u_{Д вых(Б-Б)} / u_{Д вых(А-А)}.

Достоинство: возможность практически мгновенного измерения частоты сигнала во всем диапазоне разведки.

Основные недостатки: отсутствие разрешения по частоте в диапазоне разведки (невозможность измерения при одновременном приходе двух и более сигналов), ухудшение точности измерений с расширением Df_Р. Высокой точности измерений в широком диапазоне частот добиваются применением нескольких измерителей с различными значениями Dl.

Корреляционный измеритель работает на основе зависимости значения автокорреляционной функции сигнала от его частоты:

К(t, t-t) = φ(f_С).

Структурная схема приемника с корреляционным измерителем показана на рис. 9. Можно показать, что после прохождения низкочастотного фильтра сигнал будет описываться выражением

u₄ = K₃ K₄ U²_m cos(w_С t_зад)/2,

где K₃, K₄ – коэффициенты передачи умножителя и НЧ фильтра соответственно; U_т, w_C, j₀ = w_С t_зад – амплитуда, частота и начальная фаза принятого сигнала; t_зад – время задержки сигнала в линии задержки.

Из выражения следует, что значение автокорреляционной функции периодического процесса при фиксированном t_зад зависит от амплитуды и

частоты исходного процесса. Для исключения зависимости напряжения u₄

Рис. 9

от амплитуды U_т сигнала в схему вводится дополнительный канал с квадратичным детектором, выходное напряжение которого равно u₅ = K₅U²_m , где K₅ – коэффициент передачи квадратичного детектора.

В индикаторе вычисляется отношение напряжений u₄ и u₅, представляющее функцию только измеряемой частоты u₄ /u₅ = K cos(w_С t_зад), где K= K₃ K₄ /K₅.

Для исключения дополнительного канала можно применять регулируемую линию задержки и, изменяя t_зад, добиваться u₄ =0.

При корреляционном способе, как и при интерференционном, однозначное измерение частоты возможно в пределах октавы. Недостатки корреляционного способа такие же, как у интерференционного.

Частотные дискриминаторы измеряют несущую частоту путем преобразования ее отклонения от заданного значения в напряжение, пропорциональное величине и знаку этого отклонения. Приемники с частотными дискриминаторами позволяют определять частоту в широком диапазоне с относительно высокой точностью.