Калибратор фазовых сдвигов

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при проведении проверочных работ в качестве источника колебаний с заданным сдвигом фаз. Калибратор содержит генератор опорной частоты, регуляторы амплитуды, однополосные смесители, синтезаторы частот, преобразователь электрического сигнала в оптический, оптический разветвитель, волоконные световоды, имеющие разную длину, фотопреобразователи, высокоизбирательные фильтры, усилители, аттенюаторы, выходные клеммы, фазоизмеритель, вычислительно-управляющий блок. Калибратор позволяет задавать фазовые сдвиги с высокой точностью и стабильностью за счет компенсации дрейфа разности фаз выходных сигналов. 6 ил.

Изобретение относится к технике фазометрии и может быть использовано в метрологической практике для проведения поверочных работ в качестве источника колебаний с заданным сдвигом фаз.

Известно устройство, содержащее преобразователь электрического сигнала в оптический, два светоделителя, оптический клин, две призмы, два фотопреобразователя, переменную оптическую линию задержки, фотоприемник, оптический переключатель, усилитель, фазоинвертор.

Недостатком устройства является его невысокая точность.

Известно также устройство, содержащее преобразователь электрического сигнала в оптический, светоделитель, устройства ввода оптического излучения в оптическое волокно, оптические переключатели, блок оптических волокон, фотопреобразователи, переменную линию задержки, переключатели, измеритель частоты, генератор исходных электрических гармонических колебаний, блок коммутируемых оптических задержек на основе калиброванных по оптической длине волоконных световодов, коммутируемых оптическими переключателями. В данном устройстве исходный сигнал от задающего генератора исходных электрических колебаний модулирует преобразователь электрического сигнала в оптический (излучатель), с которого после светоделителя (разветвителя оптических каналов) сигнал поступает в два оптических канала - оптические задержки на основе оптики и волоконно-оптической техники. На выходах оптических каналов в фотопреобразователях (фотоприемниках) производится обратное преобразование оптических сигналов в электрические. Требуемая задаваемая разность фаз выходных сигналов калибратора обеспечивается за счет коммутации дискретных оптических задержек и изменения положения подвижной призмы в регулируемой оптической задержке устройства.

Как показали исследования, устройство обеспечивает необходимую точность задания разностей фаз, но на сравнительно короткое время. Оказалось, что в данном устройстве и оптикоэлектронных устройствах подобного типа возникает необходимость в полной идентичности фотоприемников, обратно преобразующих оптические сигналы в электрические, и в высокой стабилизации выходной мощности излучателя. В результате даже очень небольших изменений выходной мощности излучателя (что может быть обусловлено, например, тепловыми эффектами и рядом других причин) из-за неодинакового затухания в оптических каналах на входы фотоприемников поступают неодинаковой интенсивности изменяющиеся со временем нестабильности выходной мощности излучателя сигналы, соответственно неодинаково изменяющие входные сопротивления фотоприемников. Указанные входные сопротивления фотоприемников образуют цепи, определяющие собственный дополнительный фазовый сдвиг в схеме фотоприемника, и, следовательно, и выходной фазовый сдвиг калибратора. Нестабильность указанного фазового сдвига приводит к дрейфу во времени задаваемой разности фаз калибратора. Kак показали исследования данной схемы, при предварительном установлении задаваемой разности фаз каналов калибратора с погрешностью порядка 0,01^о, затем наблюдается дрейф выходной разности фаз, определяемый значением порядка 0,3^о в час, что во многом сводит на нет полученные при предварительной настройке и калибровке устройства точности.

Целью изобретения является повышение точности и стабильности задаваемых разностей фаз в результате компенсации влияния дрейфа разности фаз выходных сигналов калибратора.

Цель достигается тем, что в калибратор фазовых сдвигов, содержащий преобразователь электрическогоо сигнала в оптический, соединенный с оптическим разветвителем, который через первый и второй волоконные световоды разной длины соединен соответственно с первым и вторым фотопреобразователями, генератор опорной частоты, две выходные клеммы, введены первый и второй синтезаторы частот, два высокоизбирательных фильтра, пять однополосных смесителей, два регулятора амплитуды, фазоизмеритель, вычислительно-управляющий блок, два выходных канала, каждый из которых содержит последовательно соединенные усилитель, управляемый аттенюатор и выходной усилитель, причем выход генеpатора опорной частоты соединен с сигнальным входом первого регулятора амплитуды, выход первого регулятора амплитуды соединен с первым входом первого однополосного смесителя, выход которого соединен с объединенными первыми входами второго и третьего однополосных смесителей, к второму входу первого однополосного смесителя подключен выход первого синтезатора частот, соединенный с входом преобразователя электрического сигнала в оптический, при этом выходы первого и второго фотоприемников соединены с вторыми входами соответственно второго и третьего однополосных смесителей, выходы второго и третьего однополосных смесителей соединены с входами соответственно первого и второго избирательных фильтров, выходы первого и второго избирательных фильтров соединены с первыми входами соответственно четвертого и пятого однополосных смесителей, выход второго избирательного фильтра соединен с управляющим входом первого регулятора амплитуды, к объединенным вторым входам четвертого и пятого однополосных смесителей подключен выход второго регулятора амплитуды, сигнальный вход которого соединен с выходом второго синтезатора частот, выходы четвертого и пятого однополосных смесителей соединены с входами соответственно первого и второго выходных каналов, выход усилителя второго выходного канала соединен с управляющим входом второго регулятора амплитуды, выходы каналов подключены к выходным клеммам калибратора, соединенным раздельно с входами фазоизмерителя, выход которого подключен к входу вычислительно-управляющего блока, выходы которого подключены к управляющим входам соответственно первого, второго синтезаторов частот и управляемых аттенюаторов первого и второго выходных каналов калибратора.

Сущность предложения можно пояснить схемой на фиг. 1, где обозначено: 1 - генератор опорной частоты (кварцевый генератор гармонических колебаний стабильной частоты); 2 - первый регулятор амплитуды; 3,4,5 - соответственно первый, второй и третий однополосные смесители; 6 - первый синтезатор частот; 7 - преобразователь электрического сигнала в оптический (излучатель на основе полупроводникового лазера - линейный электрооптический преобразователь); 8 - оптический разветвитель (разветвитель оптической мощности волоконно-оптический); 9, 10 - отрезки соответственно первого и второго волоконных световодов с заданной разностью длин; 11, 12 - соответственно первый и второй фотоприемники - линейные преобразователи оптических сигналов в оптические (фотопреобразователи); 13, 14 - соответственно первый и второй высокоизбирательные фильтры опорной частоты; 15, 16 - соответственно четвертый и пятый однополосные смесители; 17 - второй регулятор амплитуды; 18 - второй синтезатор частот; 19 - усилитель первого выходного канала калибратора; 20 - управляемый аттенюатор первого выходного канала калибратора; 21 - выходной усилитель первого выходного канала калибратора; 22 - усилитель второго выходного канала калибратора; 23 - управляемый аттенюатор второго выходного канала калибратора; 24 - выходной усилитель второго выходного канала калибратора; 25, 26 - выходные клеммы калибратора фазовых сдвигов; 27 - фазоизмеритель (точный измеритель разности фаз); 28 - вычислительно-управляющий блок (может быть выполнен на базе микроЭВМ); 29 - двухфазный генератор опорной частоты; 30 - преобразователь частоты; 31 - первый выходной канал калибратора; 32 - второй выходной канал калибратора.

Выход генератора 1 опорной частоты соединен с сигнальным входом первого регулятора 2 амплитуды, имеющего два входа - сигнальный и управляющий. Выход первого регулятора 2 амплитуды соединен с первым входом первого однополосного смесителя 3. Выход смесителя 3 соединен с объединенными первыми входами второго и третьего однополосных смесителей 4 и 5 соответственно. К второму входу первого однополосного смесителя 3 подключен выход первого синтезатора 6 частот. Выход первого синтезатора 6 частот соединен также с входом преобразователя 7 электрического сигнала в оптический. Выход преобразователя 7 оптически сопряжен с входом волоконно-оптического разветвителя 8 оптической мощности, имеющего два выхода, сопрягаемых с волоконными световодами. К одному из выходов разветвителя 8 подсоединен первый отрезок волоконного световода 9, к другому выходу разветвителя 8 подсоединен второй отрезок волоконного световода 10. Световод 9 другим своим концом соединен с первым фотоприемником 11, а световод 10 другим своим концом соединен с вторым фотоприемником 12. Выход первого фотоприемника 11 соединен с вторым входом второго однополосного смесителя 4, а выход второго фотоприемника 12 соединен с вторым входом третьего однополосного смесителя 5. Выход второго смесителя 4 соединен с входом первого высокоизбирательного фильтра 13, а выход третьего смесителя 5 соединен с входом второго высокоизбирательного фильтра 14. Выход первого избирательного фильтра 13 соединен с первым входом четвертого однополосного смесителя 15, а выход второго избирательного фильтра 14 соединен с первым входом пятого однополосного смесителя 16. Выход второго избирательного фильтра 14 соединен также с управляющим входом первого регулятора 2 амплитуды. Вторые входы однополосных смесителей 15 и 16 объединены и подключены к выходу второго регулятора 17 амплитуды, сигнальный вход которого соединен с выходом второго синтезатора 18 частот. Выход четвертого однополосного смесителя 15 соединен с входом первого выходного канала калибратора, который содержит последовательно соединенные усилитель 19, управляемый аттенюатор 20 и выходной усилитель 21. Выход пятого однополосного смесителя 16 соединен с входом второго выходного канала калибратора, который содержит последовательно соединенные усилитель 22, управляемый аттенюатор 23 и выходной усилитель 24. При этом выход усилителя 22 второго выходного канала соединен также с управляющим входом второго регулятора 17 амплитуды. Выходы первого и второго каналов калибратора (выходы усилителей 21 и 24) подключены соответственно к выходным клеммам 25 и 26 калибратора, служащим для соединения калибратора с поверяемым устройством. Выходные клеммы первого и второго выходных каналов калибратора (соответственно клеммы 25 и 26) соединены раздельно с входами фазоизмерителя 27. Выход фазоизмерителя 27 подключен к входу вычислительно-управляющего блока 28, выходы которого подключены к управляющим входам соответственно первого и второго синтезаторов 6 и 18 частот для установки по командам вычислительно-управляющего блока 28 требуемых задаваемых частот, а также подключены к управляющим входам управляемых аттенюаторов первого и второго выходных каналов калибратора (соответственно аттенюаторов 20 и 25) для установки требуемых ослаблений сигналов в каждом из выходных каналов калибратора. Для обеспечения когерентности сигналов в калибраторе первый и второй синтезаторы частот (соответственно синтезаторы 6 и 18) синхронизуются от задающего опорного кварцевого генератора 1, что указано на фиг. 1 связями, показанными пунктирными линиями, исходящими от выхода опорного генератора 1.

Работу устройства можно пояснить следующим образом.

В калибраторе использован частотный метод задания фазовых сдвигов между двумя гармоническими сигналами на выходе высокостабильной широкополосной задержки и до нее, с последующим преобразованием частоты. Поясним смысл этого метода подробнее.

Если от генератора Г_f (см. фиг. 2) гармонические сигналы с частотой f одновременно подавать в опорный канал (без задержки сигнала в канале) и в канал, в который включена высокостабильная широкополосная задержка (ВШЗ) с постоянным стабильным временем задержки , то на выходах указанных каналов (соответственно I и II) будут наблюдаться два гармонических сигнала, разность фаз между которыми можно определить из следующего выражения: = 360^о f, (1) определяющего линейную зависимость от частоты генерируемых колебаний f.

При постоянном значении схема, приведенная на фиг. 2, обеспечивает изменение сигналов на выходах I и II каналов только с изменением частоты f входных сигналов соответствует лишь одна определяемая выражением (1) разность фаз выходных сигналов .

Для получения на одной фиксированной частоте f_o входных сигналов разных значений схему на фиг. 2 можно преобразовать, как это показано на фиг. 3, где дополнительно включены генератор Г_fo (генератор стабильных по частоте f_o гармонических колебаний) и два однополосных смесителя ОСМ₁ и ОСМ₂. При этом смеситель ОСМ₁ обеспечивает линейное перемножение двух гармонических сигналов от генераторов Г_f и Г_foс соответственно частотами выходных сигналов f и f_o, а на выходе смесителя ОСМ₁ (в точке А на фиг. 3) выделяется гармонический сигнал разностной частоты f₁= f-f_o. Смеситель ОСМ₂ обеспечивает линейное перемножение двух гармонических сигналов с частотами f₁ (выходной сигнал смесителя ОСМ₁) и f (от генератора Г_f). На выходе смесителя ОСМ₂ (выход II) выделяется гармонический сигнал разностной частоты f₂= f-f₁= f-f+f_o= f_o Т. е. на выходах I и II устройства, показанного на фиг. 3, наблюдаются два гармонических сигнала с частотой f_o.

Рассмотрим вопрос о разности фаз сигналов на выходах I и II. Для этого предварительно рассмотрим фазу сигнала в точке А на выходе смесителя ОСМ₁ на фиг. 3. Известно, что при линейном перемножении гармонических сигналов с частотами f_o и f в смесителе происходит вычитание начальных фаз сигналов, если выделяется сигнал разностной частоты. Т. е. в точке А на фиг. 3 наблюдается сигнал с частотой f₁= f-f_o и начальной фазой сигнала _A = - _o . Можно показать, что на выходе в точке II будет наблюдаться гармонический сигнал с частотой f_o и начальной фазой сигнала ₂ = - _A = - + _o (где - начальная фаза сигнала, прошедшего ВШЗ).

Тогда можно убедиться, что на выходах I и II устройства, представленного на фиг. 3, наблюдаются гармонические сигналы U₁ и U₂ с частотой f_o и разностью фаз , равной: = ₂ - _o = - + _o - _o = - (2) Учитывая, что выражение (2) соответствует разности фаз , определяемой выражением (1), описывающим разность фаз сигналов на выходах устройства, представленного на фиг. 2, можем написать, что = 360^о f. Таким образом, на выходах I и II устройства на фиг. 3 наблюдаются соответственно гармонические сигналы U₁ и U₂ фиксированной частоты f_o, разность фаз между которыми определяется выражением (1), и при постоянном значении времени задержки может регулироваться или задаваться изменением частоты f генератора Г_f. Однако в схеме, представленной на фиг. 3, двойное преобразование частоты производится лишь в одном из каналов. Для обеспечения одинакового двойного преобразования сигналов одновременно в обоих каналах эту схему можно несколько преобразовать (фиг. 4) в схему, которая представляет собой фазовращатель на опорной частоте f_o (выделенный на фиг. 4 пунктиром) и переносчик частоты сигналов фазовращателя с частоты f_o на заданную частоту выходных сигналов f_k. В схему включены два генератора гармонических колебаний, которые условно обозначим Г и Г_f и которые для обеспечения когерентности выходных сигналов синхронизируются от одного внешнего задающего стабильного по частоте генератора Г_fо с частотой f_o. Генератор Г обеспечивает регулировку разности фаз фазовращателя, указанного на фиг. 4, в который по сравнению с фиг. 3 введен дополнительный однополосный смеситель. Идентичное преобразование сигналов одновременно в двух каналах позволяет существенно уменьшить систематические погрешности, связанные с неидентичностью преобразования сигналов в каналах фазовращателя. На выходах фазовращателя наблюдаются два когерентных гармонических сигнала U₁ и U₂ частоты f_o с разностью фаз , определяемой выражением (1), регулируемой изменением частоты генератора Г .

Сигналы U₁ и U₂, пройдя одинаковые высокоизбирательные фильтры Ф₁ и Ф₂, поступают далее на два идентичных однополосных смесителя ОСМ₄ и ОСМ₅. На вторые входы указанных смесителей поступают сигналы от генератора Г_f с частотой f= f_o+f_k, где f_k - частота сигналов, которую требуется задать на выходе калибратора.

Поскольку ОСМ₄ и ОСМ₅ выделяют сигналы разностной частоты, то на выходах I и II устройства на фиг. 4 будут наблюдаться два когерентных гармонических сигнала с частотой f_k и разностью фаз , определяемой выражением (1), обеспечиваемой частотой f выходных сигналов генератора Г и стабильностью задержки сигналов генератора Г , поступающих на смесители ОСМ₂ и ОСМ₃. Далее эти сигналы частоты f_k могут быть введены в выходные каналы калибартора для соответствующего усиления по мощности и обеспечения необходимого выходного сопротивления каналов калибратора.

Для обеспечения высокой стабильности времени задержки и обеспечения широкополосности задержки в устройстве применена оптическая задержка на основе волоконно-оптической техники. Схема такой задержки приведена на фиг. 5, где обозначено: ИМОИ - источник модулированного оптического излучения - линейный преобразователь электрического напряжения в его оптический эквивалент (модулированный по интенсивности световой поток);
ОР - разветвитель оптической мощности, делящий исходный световой поток на два равных по мощности потока и направляющий эти световые потоки в оптические задержки ОЗ₁ и ОЗ₂;
ОЗ₁ и ОЗ₂ - оптические задержки на основе волоконных световодов с разностью оптических длин, обеспечивающих при прохождении через них модулированного по интенсивности оптического сигнала задержку сигналов на выходах задержек на заданную величину ;
ФП₁ и ФП₂ - идентичные фотоприемники - фотоэлектрические преобразователи, линейно преобразующие оптические сигналы в электрические эквиваленты.

Если на вход ИМОИ подавать сигнал, то на выходах задержки 1 и 2 (см. фиг. 5) наблюдаются два сигнала U₁ и U₂, сдвинутые друг относительно друга по времени на значение , определяемое выражением
= , где L_опm - разность оптических длин для световодов задержки;
с - скорость распространения электромагнитных волн.

Экспериментальные исследования такой волоконно-оптической задержки показали высокую линейность зависимости разности фаз выходных сигналов U₁ и U₂ задержки от частоты входного сигнала, определяемую выражением (1). Экспериментально измеренные зависимости разности фаз выходных сигналов волоконно-оптической задержки от частоты для разных длин задержек, построенных на кварцевых световодах с градиентным профилем преломления, представлены на фиг. 6.

В схеме калибратора фазовых сдвигов в узлах преобразования частоты для выделения требуемой суммарной или разностной частоты преобразования очень нежелательно применять избирательные частотные фильтры, поскольку последние могут внести существенную фазовую погрешность из-за своей частотно-фазовой характеристики, особенно резкой вблизи резонансной частоты. И, кроме того, при изменении частоты преобразования эти фильтры должны быть перестраиваемыми, что может привести к заметным техническим трудностям.

Избирательные фильтры в калибраторе возможно применить лишь в узлах схемы, которые работают на стабильной опорной частоте. Поэтому для использования преобразования частот в схеме рассматриваемого калибратора предложено применить так называемые однополосные смесители, использующие метод фазового подавления зеркального канала.

В указанных смесителях сигнал требуемой частоты выделяется без применения частотных фильтров после суммирования или вычитания преобразованных сигналов (полезного и зеркального каналов с соответствующими фазами). Исследование указанных однополосных смесителей (а точнее их сумматоров) выявило один из их существенных недостатков : зависимость амплитуды выходных сигналов смесителя от частоты выходных сигналов. Чем ниже частота преобразованного сигнала (чем ближе друг к другу смешиваемые частоты), тем амплитуда выше.

Поэтому в схему предлагаемого калибратора фазовых сдвигов введены два так называемых регулятора амплитуды, первый из которых следит и стабилизирует амплитуды выходных сигналов двухфазного генератора 29 и опорной частоты (по схеме на фиг. 1), а второй стабилизирует амплитуду уже выходных сигналов калибратора фазовых сдвигов.

В качестве такого регулятора амплитуды может применен усилитель с регулируемым (управляемым от напряжения из заданной точки схемы) коэффициентом усиления.

После приведенных выше пояснений и рассуждений обратимся к схеме на фиг. 1. Как видно из фиг. 1, в устройстве выделены следующие блоки : двухфазный генератор опорной частоты, преобразователь частоты, I и II выходные каналы калибратора, фазоизмеритель и вычислительно-управляющий блок.

Элементы схемы 1-14 образуют двухфазный генератор 29 опорной частоты f_o. Работа этого генератора практически уже описана выше при рассмотрении схемы на фиг. 4. Здесь в качестве высокостабильной широкополосной задержки применена волоконно-оптическая задержка, описанная выше (фиг. 5), а в качестве генератора Г используется синтезатор 6 частот, например типа Г3-119 или Ч6-31. В данном блоке для стабилизации уровней выходных сигналов двухфазного генератора между задающим опорным кварцевым генератором 1 и первым однополосным смесителем 3 включен первый регулятор 2 амплитуды, на управляющий вход которого поступает сигнал с выхода одного из выходных фильтров двухфазного генератора (в схеме на фиг. 1 с выхода фильтра 14). Работа этого регулятора амплитуды аналогична работе второго регулятора амплитуды, включенного в блок преобразования частоты и описанного ниже.

Элементы 15-18 образуют преобразователь (переносчик) частоты 30 сигналов с частоты f_o на частоту f_k, и эта часть также описана при рассмотрении схемы на фиг. 4. Здесь в качестве генератора Г_f применен второй синтезатор 18 частот, аналогичный синтезатору 6. И здесь для стабилизации уровней выходных сигналов калибратора на выходе синтезатора 18 частот установлен второй регулятор 17 амплитуды, с выхода которого сигналы поступают на входы смесителей 15 и 16 (ОСМ₄ и ОСМ₅). На управляющий вход регулятора 17 амплитуды поступает сигнал с выхода усилителя одного из выходных каналов калибратора. На схеме на фиг. 1 этот сигнал поступает после усилителя 22, установленного во втором выходном канале калибратора. При увеличении амплитуды сигнала в данном канале (причиной этого в первую очередь является указанная выше частотная зависимость амплитуды выходного напряжения смесителя ОСМ₄ и ОСМ₅) сигнал с выхода усилителя 22 поступает на управляющий вход регулятора 17 амплитуды, вызывая уменьшение коэффициента усиления его усилителя. При этом на входы смесителей ОСМ₄ и ОСМ₅ от синтезатора 18 частот через регулятор 17 амплитуды поступает сигнал уже более низкого уровня, в результате чего уменьшается амплитуда выходных напряжений в каналах до достижения необходимого заданного предварительно уровня.

Аналогично регулятор амплитуды стабилизирует уровень сигнала в канале и при уменьшении амплитуды сигнала. При этом в регуляторе амплитуды увеличивается коэффициент усиления.

Элементы 19 - 21 образуют первый выходной канал калибратора 31 и служат для усиления по уровню и мощности выходных сигналов в данном канале калибратора, а также для установки требуемого калиброванного ослабления сигнала при помощи управляемого аттенюатора 20.

Аналогично назначение элементов 22-24, которые образуют второй выходной канал калибратора 32.

Между выходами усилителей 21 и 24 включен фазоизмеритель 27.

В настоящей схеме точный фазоизмеритель 27 имеет выход, выдающий информацию в вычислительно-управляющий блок 28 о результате измеренной указанным фазоизмерителем 27 разности фаз сигналов, поступающих на его входы (т. е. сигналов на выходных клеммах калибраторов 25 и 26).

Вычислительно-управляющий блок 28 служит для задания требуемой разности фаз выходных сигналов калибратора путем автоматической установки требуемой частоты сигналов f первого синтезатора 6 частот, обеспечивающего согласно выражению (1) и фиг. 6 разность фаз на выходах двухфазного генератора 29 опорной частоты. Требуемое изменение разностей фаз выходных сигналов калибратора во времени можно осуществить по введенной в вычислительно-управляющий блок соответствующей программе, определяющей требуемое во времени изменение частоты сигналов синтезатора 6 частот.

Аналогично от вычислительно-управляющего блока 28 задается управляющий сигнал на второй синтезатор 18 частот, устанавливающий на выходе второго синтезатора 18 частот сигнал с частотой f= f_o+f_k, определяющий частоту f_k выходных сигналов калибратора.

Как уже указывалось, с фазоизмерителя 27 в вычислительно-управляющий блок 28 поступает информация о разности фаз выходных сигналов калибратора. В современных точных фазоизмерителях, например типа Ф2-34 или ФК2-35, это осуществляется посредством соответствующих кодовых посылок. В вычислительно-управляющем блоке 28 производится сравнение задаваемого значения разности фаз с реальным значением на выходах калибратора, измеренным фазоизмерителем 27. Если наблюдается какое-то отклонение от задаваемого значения разности фаз, вычислительно-управляющий блок 28 вырабатывает команды соответствующего изменения частоты выходных сигналов первого синтезатора 6 частот до изменения (выравнивания) разности фаз на выходах калибратора до заданного в программе значения. Если отклонения разностей фаз сигналов на выходах калибратора вызваны нестабильностью любого из элементов схемы калибратора, вычислительно-управляющий блок 28 будет компенсировать эти нестабильности, "удерживая" разность фаз выходных сигналов калибратора с точностью фазоизмерителя 27.

В данном устройстве отсутствуют подвижные элементы, которые имеются в других оптико-электронных калибраторах разности фаз (подвижные призмы, прецизионные механические узлы и т. д. ). Регулировка изменений задаваемых разностей фаз осуществляется частотным методом. Экспериментальные исследования разработанного по данной схеме калибратора показали, что при включении в схему фазовращателя калибратора волоконно-оптической задержки с разностью геометрических длин световодов порядка 150 м, изменения разности фаз выходных сигналов калибратора на 1^о осуществлятюся изменением частоты сигналов синтезатора 6 на величину порядка 40 Гц.

Выпускаемые в настоящее время синтезаторы частот имеют шаг изменения сетки частот выходных сигналов порядка 0,1 Гц (а у синтезатора частот Ч6-31 и 0,01 Гц). Поэтому при включении в схему предлагаемого калибратора фазоизмерителя 27 с соответствующей точностью погрешность и стабильность задания разностей фаз выходных сигналов калибратора в диапазоне частот до 10 МГц может быть снижена до 0,0001^о и ниже.

Применение вычислительно-управляющего блока 28 в рассматриваемой схеме позволяет задавать разности фаз выходных сигналов и задаваемых выходных частот калибратора, а также уровни выходных сигналов по определенной программе, высвобождая от этих функций оператора-поверителя. При этом, если поверяемое устройство сопрягается автоматически с вычислительно-управляющим блоком 28, выдавая, как и фазоизмеритель 27, информацию об измеренном этим поверяемым устройством фазовом сдвиге, данный вычислительно-управляющий блок сравнивает показания поверяемого устройства с задаваемым значением разностей фаз и может автоматически выдавать аттестат поверки при всех условиях поверки. Это позволяет автоматизировать процесс поверки фазоизмерительных устройств и таким образом повысить производительность работ повторителя.

Формула изобретения

КАЛИБРАТОР ФАЗОВЫХ СДВИГОВ, содержащий преобразователь электрического сигнала в оптический, соединенный с оптическим разветвителем, который через первый и второй волоконные световоды разной длины соединен соответственно с первым и вторым фотопреобразователями, генератор опорной частоты, две выходные клеммы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и стабильности задания фазовых сдвигов, в него введены первый и второй синтезаторы частот, два высокоизбирательных фильтра, пять однополосных смесителей, два регулятора амплитуды, фазоизмеритель, вычислительно-управляющий блок, два выходных канала, каждый из которых содержит последовательно соединенные усилитель, управляемый аттенюатор и выходной усилитель, причем выход генератора опорной частоты соединен с сигнальным входом первого регулятора амплитуды, выход первого регулятора амплитуды соединен с первым входом первого однополосного смесителя, выход которого соединен с объединенными первыми входами второго и третьего однополосных смесителей, к второму входу первого однополосного смесителя подключен выход первого синтезатора частот, соединенный с входом преобразователя электрического сигнала в оптический, при этом выходы первого и второго фотоприемников соединены с вторыми входами соответственно второго и третьего однополосных смесителей, выходы второго и третьего однополосных смесителей соединены с входами соответственно первого и второго избирательных фильтров, выходы первого и второго избирательных фильтров соединены с первыми входами соответственно четвертого и пятого однополосных смесителей, выход второго избирательного фильтра соединен с управляющим входом первого регулятора амплитуды, к объединенным вторым входам четвертого и пятого однополосных смесителей подключен выход второго регулятора амплитуды, сигнальный вход которого соединен с выходом второго синтезатора частот, выходы четвертого и пятого однополосных смесителей соединены с входами соответственно первого и второго выходных каналов, выход усилителя второго выходного канала соединен с управляющим входом второго регулятора амплитуды, выходы каналов подключены к выходным клеммам калибратора, соединенным раздельно с входами фазоизмерителя, выход которого подключен к входу вычислительно-управляющего блока, выходы которого подключены к управляющим входам соответственно первого, второго синтезаторов частот и управляемых аттенюаторов первого и второго выходных каналов калибратора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6