Измеритель частот бигармонического сигнала

 

Изобретение относится к радиотехнике и позволяет повысить быстродействие измерителя частот бигармонического сигнала. Измеритель частот содержит последовательно соединенные линию 1 задержки, блок 2 возведения в квадрат, компаратор 3, ключ 4, фиксирующую цепь 5, блок 6 нелинейного преобразования, делители 7 и 12, линии 8, 19, 21, 22, 25 задержки, сумматоры 9 и 23, перемножители 10, 20, 24 и 27, блоки 11, 26, 29 и 30 вычитания , масгатабный усилитель 28 и источник 31 эталонного напряжения. В измеритель введены ключ 13, мультивибратор 14, фильтры 15 и 18, гетеродин 16 и смеситель 17, Частоты преобразованного сигнала системой автоматической подстройки частоты измерителя поддерживаются такими, чтобы коэффициент авторегрессии А,,был ра вен нулю. По коэффициенту авторегрессии AJ вычисляется значение частот входного бигармонического сигнала . Устройство позволяет измерить частоты сигнала за время, меньшее, чем величина, обратная разности частот входного сигнала. 1 ил. i СЛ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 С 01 R 23/00

«ф у .; .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4227175/24-21 (22) 10,04.87 (46) 15.11.88. Бюл. ¹ 42 (71) Уральский политехнический институт им. С.М.Кирова (72) В.И,Лузин, Н.П.Никитин, В.А.Добряк и В.Д.Нехорошев (53) 621.317(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 805192, кл. G 01 R 23/16, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 1287028, кл. С 01 R 23/16, 1987. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТ БИГАРМОНИЧЕСКОГО СИГНАЛА (57) Изобретение относится к радиотехнике и позволяет повысить быстродействие измерителя частот бигармонического сигнала. Измеритель частот содержит последовательно соединенные линию 1 задержки, блок 2 возведения

„„SU„„3437795 А1 в квадрат, компаратор 3, ключ 4, фиксируклцую цепь 5, блок 6 нелинейного преобразования, делители 7 и 12, линии 8, 19, 21, 22, 25 задержки, сумматоры 9 и.23, перемножители 10, 20, 24 и 27, блоки 11, 26, 29 и 30 вычи- тания, масштабный усилитель 28 и источник 31 эталонного напряжения.

В измеритель введены ключ 13, мультивибратор 14, фильтры 15 и 18, гетеродин 16 и смеситель 17. Частоты пре" образованного сигнала системой автоматической подстройки частоты измерителя поддерживаются такими, чтобы коэффициент авторегрессии А, был равен нулю. По коэффициенту авторегрессии А вычисляется значение частот входного бигармонического сигнала. Устройство позволяет, измерить частоты сигнала за время, меньшее, чем величина, обратная разности частот входного сигнала. 1 ил.

1437795

Гг при 0, ) (1)

Б(й 1 1

„С

-. »т

Г

zz( — (-тй.) . ц, CQB(2((„„Г + О) ри,. 0. (2) т

-1зобре-.ение QTHoci.:;тся 1 paBHoтехИ K И ттРЕЦНЯЗНЯЧЕНО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

"т ОТ C Nй BPМОНИЧЕCKОГО . СИ ГHЯЛЯ т

-тй тязаб-;тЕ =,Ейяйя -- ттрнтвттййЕЬйтт бЫСТP ОД ;-Й С «ВИН, На чертеж = привеДена функтцтаналь йтст«т СХЕМ«а ИЗI-йЕРттТЕЛ ЧЯС « ОТ ОИГЯРМО

1«ттЧЕСКат О СNГHЯЛ(а, "«ЗМт»ри« ЕЛЬ CO)QQDZ(ттт ттитйтйЮ - Z За дерржки, блок 2 ВОзвеДения в квЯДрЯт, ком«ай р гор т ктпточ 4 тфтиксируюййтую цепь = блок 6 ттелин йнога преобразова:==:ия, делитель 7 л.-:.«нию 8 задержКи,, Суй(«тМатар ттЕрЕМНОжИТ Ih 1 0 т бЛОK : "1 ЭЫт(тйттта таити, .— тЕЛ«тттЕЛ«Ь 12, КЛийЧ ттттттть т-ттзтибратар 14 фйтт«ьтр 15 т с теради:-:: I =,, смесител(ь;:!, фильтр 18, -,-, е-, ей(йнаткттт т» йть 2 (.-, лттттт 10 25 =-, ябло::;.: 6 вычитав .-.я,, перемно.,дт ель 27 т йа тптабный утсттлитель 28

-i 0 Bттттттття Ния H I»C TQ HHK

Гт,,йтт<-тт» ;тт«Г, -т " .тттттт

Пиния 1 ==,адержки через последовательна соединенные линию 8 задержки, сумматор 9, делитель 7, ключ 4, фиксирующуто цель 5, блок 6 нелинейного 30 преобразаваиия и блок 29 вычитания

-аепчнена с BBpBbz»": вхапом блока 30

ВЬГтйитання„К ВтарОМУ ВХОду КОтарОГО подключен выход источника 31 эталонной о наттряжент.тя Выкал литйии 1 за»

35 держки соединен с вторым входом дели7 и ЧЕРЕЗ ПОСTIBIIOBB(T BHO СОЕДИненные блок 2 возведения в квадрат и KOIIIIBp TOp 3 с BTopbIM BXOFQM ключа

4. т .ттйвч 1 3, K уйтрявляючйем;.т вхОду ко «10 .тарого подключен выход мультивибратора 14, через последовательно соединенньте фильтр ",5 и гетеродин 16 соединен с первым входом смесителя

17, второй вход которого является

ВХОД М ИэйтйЕрИТЕття, ВЫХад СМЕСИтЕЛя

17 ЧЕрЕЗ:ЬЧП" Tр 18 (IOПКЛЮЧЕН K ВХОДУ линитт 1 з,":)тзр;:.Ки., второму входу сум;.т=тт;а 9 -; --,,=„-QH . --.í=, .9 залержки

Смеситель 17 переносит спектр входного сигнала на новые частоты и — « ° + (6 H «. тт т «.g «- (ГЦЕ

- тт

Выход котарои подключен к первым входам перемножителей 20 и 24, а через сумматор 23 — к второму входу перемножител«я 24 и первому входу перемножителя 27, второй вход котороГо соепинен с первым Входом перемножителя 10, второй вход сумматора 23 соединен с Bblxo)IQM линии 22 задержки. сумматора 9 — c B T op bIMH B KOII Bки перемножителей 10 и 20. Выход rieремножителя 10 через блок 11 вычитания, Ко второму входу которого через линию 21 задержки подключен выход

::::åpebIíoæ Tåëÿ 20,подключен к первому входу делителя 12, к второму входу которога через последовательно соединентные линию 25 задержки и блок

26 ВЬтнитяттнярbo Второму ВХОД»т КОТО

РОГО подключен ВьгхОд перемнОжитепя

27, подкл.очен выход пер емножителя

2- ;-. Выход делителя 2 соединен с вторым входом ключа 13. Выход фильтра

15 через масштабньйй усилитель 28

=Оецинен с вторым входом блока 29

Вь:читания, выход которого является первым выходом измерителя. Вьгход блока 30 вьгйитания является вторым выходом измерителя. Ликии 1, 8, 19, 22, 7 1 и 25 задержки сумматоры 9 и 23, блоки 1 . и.26 вычитания, перемножитечи 10 7й 70 ч 2-4 ч де.ти=егти 7 и

12 образуют блок определения коэффициентов авторегрессич (А, и A); блок

2 возведения в квадрат, компаратор

3, ключ 4 и фиксируюшая цепь 5 блок ликвидации 111yMQBbix выбросов напряжений, ключ 13, фильтр 15, мультивибра;ор 14 и маспттабййый усилитель 28 — блок управления, блок 6 нелинейного преобразования, блоки

29 и 30 вычитания и источник 31 эталонного напряжения — блок формирования значений частот входного сигнала.

Измеритель частот бигармонического сигнала работает следуютйтим обраЗОМ.

На вход ттзмерителя поступает бчгармонический сигнал вида

f — yaCTOTa ГЕТЕрацИЧа 161«, -,ÎÃäà биГЯрмОнический сиГнал на БыхоДе сме " сителя 17 может быть записан кяк з 1437795

Известно, что значения бигармоничвского сигнала в любые пять последовательных моментов времени, разделенных интервалом Т, связаны соотнов шением:

Таким образом, значение частот f< и f < входного бигармонического сигнала U (t) может быть определено по еличинам А и й„г при условии, что

А, = О. Частота гетеродина 16 fy может быть измерена. Величина коэффициентов А„ и А находится по значениям бигармонического сигнала U(t)

10 в шесть последовательных моментов времени. Действительно, из выражения (3) и аналогичного ему где U(t), U(t-T), u(t-2T), U (t-3T), U(t — 4Т) значения бигармонического сигнала в моменты времени t, t - Т, t

2Т, t — 3T, й— — 4Т, — постоянные коэффициенты, связан- 20 ные с частотами бигармонического сигнала соотношением: следует, что

А,иА.

А

А = -2(сов(2П„<, Т)

+ cos(2« f «p a Т) Если вычисленное значение коэффициента А, использовать для управления частотой fr гетеродина 16 так, чтобы получить А, = О, то, как сле30 дует из соотношения (3) (4) u(t) + v(t — 4т) Алгоритм вычисления частот f< и входного бигармонического сигнаг ла U(t) реализуемый измерителем состоит в следующем:

- входной бигармонический сигнал

40 u(t) преобразуется на новые частоты по значениям преобразованного бигармонического сигнала u(t) в шести последовательных моментах времени, отстоящих друг от друга на интервал

Т, вычисляется значение коэффициента

А, в соответствии с выражением (8), — вычисленное значение А< используется для управления частотой гете5О родина <. таким образом, чтобы установившееся значение А, = О, — по истечении времени установления через значение-.преобразованного сигнала U(t) вычисляется величина

55 коэффициента А в соответствии с выражением (9) и оценивается частота гетеродина f,, — вычисляются частоты f < и fz в соотвествии с формулами (6) и (7).

А, = О, А = -2cos4«f„1<< Т.

Отсюда т.е.

1 — f

2Т (7) U(t) = -A,u(t — T) — А u(t — 2т)й — A<,u(t — зт) — U(t — 4т), (з) A = 2 + 4 (соя(2ц f„, T)» х соз (2 Л < T)) При фиксированной величине Т для любых значений f< и Е можно подобрать частоту f, гетеродина 16 таким образом, чтобы сов{2< fÄp, T) = -cos(2< Т), (5) тогда, как следует из выражения (4) 1 А

f«« = 4„Т arccos(- 2 ), 1

1 А<

f = arccos (- — ) — f . (6) 4 Т 2 r учитывая (5), получим

u(t — т) = -А,U(t — 2T) — A U(t1 — 3T) — А, ц(— 4т) — Б(е — 5T) U(t — 4т) + U(t) U(t-2т)

U(t-зт)+и(с-т) U(t-çò)

U(t-T) + U(t-3T) U(t-2T)

v(t-2T)+v(t-4т) u(t-Зт) (8) меситель 17 прРобра-»е7 Вховной бкгармонический скг?»«ал:».-";--Оные --ac—

«тоть? 1.„ = . с» ь г, "„,„ := ь

Получ??вш?леся В про«?ес, поеоб?;ЯзовяНня раЗНОС» НЫЕ»iaCTOТЬ! . - л,«

Е» Е 1- Стфильтров?«?вею«Т«ся фильтром 18. Линки 1 8 9, 22 21 и 25 задержки, суммятОр«ы 9 к 23 ОлОки 1 1 и 26 ВычиTЯнкя пере «Г-" ожг» «=г«и

10 20, 24 к 27 и делитель .2 ОсуЩествляют ваГ?ислен«?е хоэффиииен", я А

В соответствии с Выра; —.?Рние»- (8;: . При этом линии 19, 22, 21 и . 5 задержки задерживают силHas?»I ."-Iÿ в" е »Р Т кя"Г линии 8 и 1 "- =,??-""::-" aa епжк= вяют сигнал на B l eM:=: 2 j кяьцяя« Время требуемое для ВВГ к л; »л?я коэффициента А, равно 5Т (А, Вычисля""-тся Iio ще тк asia»»e?I« «?M»igpo -! «яэо. «I. ного сигнала следующих друг аа адруI OM ЧЕРЕЗ ИНТЕрнал Т МОМУ«атОВ ВрЕМЕНК) ..

Поэтому интервал выцячи информяплкк о величине А,, определяемь?й периодом за?п?ка?ня ключа 13. О= ."a.-",г..";е" 5Т, Зтот интервал задается мульткв»брятором 14, работающим в колебательном режиме, замыкающем ключ 13 на время

АТ (Т. Вычисленные значения А, поступают на фильтр 15, выполняющий двойную роль: во-первых, считанное значение AI запоминается на время 5Т;

ВО втОрых» этОт Йильтр О?гэеделяет динамические свойства системь? азтоподстройки частоты гетероцина 16.

Поэтому фильтр 15 состоит кз последовательно соециненных фиксирующей

I цепи нулевого порядка ?? интегратора.

Напряжение на Выхоце филь"ра ",5 уп=равляет частотой гетевопи..;.Я 16 После того, как частота гетероцина 16 станет такой, что А, = О, Вычисляется коэффициент А в соответствии с выражением (9). В Вычислении величины

А участвуют линии 1 и 8 зацержки, сумма.тор 9„ .делитель 7,, блок 2 Возведения В квадоа". кОмп-"- .рято«« 3 и фиксирующая цепь 5,. Блок 2 возведения в квадрат„. компаратор 3 и ключ А необходимы потому, что возможнь случаи, когда знаменатель в:=",эажения (9) (НЯпряжение U(1: — 2T) ОоращаетcR з нуль, а числитель (U(t) - .. П(С вЂ” 4Т)), в силу присутствия Во вход;-.-ом с гнале измерителя хотя бы очек«ь слабых шумов., в это Время отличен о-. нуля.

Это привоцит к появлени?о в .- бросов напряжения на Выходе делитэг?я 7., Лля исключения таких Выбросов -,а яжение

0; С -- 2т) ВОЗВОДКТС?? В Кяяцрят В бг?О КР 2 и в мом«е н т? вг«емР-" .«и,, ко Г pa qsIII КО к н»гт?«о ср Я ба Гыв Я— компявято» 3 рязмь?кяя ключ » а .«?ЛЮЧ i«н»?ОВЬ Зя «»ЬЛ?Я РТ СЯ . КОГЦЯ и

«1" - -" 2Т) ПВЕВЫС ?т ПОЛОГ Свябятн»ня»-НЧ КО«=,ЯВЯтООЯ 3 Фк? C"?ВуЮщяя ц»Р»»Ь слух;-.7 для эапоминания напряжения в момент рязп:?кянкя кг?ючя -). Блок 6

/, кел.-?кейного преобря=,овянкя осуп«ес-вл

ЕЪ 7

,:T=т Г еРЯ ?к«о Я;.Сссз{- -=) /ЬЙТ. НгпрчжРВ»е с вьжодя этого блока пос "упает на блок 29 Вьг«итм?кя на Второй в <од которо-о с мяс?гтябного усклктегя 28,oc;у-;яет ia.-;;вя>?еiisi"=,,; —: Огьзр»?коняльнОР ве дкчкке Racтоты ГРтеро дика ?Г, f» ВЫХО «Е -ЛОКЯ 29 яв?»»»»тяHI? в соот-:.-.етствкк -,,ûoaii?e,«»e;;,,{ 6) я вяжРч™Р пООГ«ов псняльное частот-; f i входного бкгяомон::..-ческог-, сигналя Б,t), 1?оэффк?IIe?IT усклР?Г?я мясщтя.»IIGÃO усилителя Z8

ВЬ«;ЯРЯРТСЯ РЯ В}. ЬГ» K?i y TÈ:-, НЕ « ««a ВКТР ля г,"-.Теоолкня 6, Втоояя =ясто:: я бк \ гярмо. =-кческогo скгкялa u (C i определяется в блоке 30 вь?чктя?ц.я в соответствии с Вьраженлем {7) . Ня второй вход блока 30 вычитания подается постоянное напряженке пропорциональНое по Вел«?«-??-.??»е /2Т «37«0 v" a!Iýs»?»p.êi»e

sIoго . - .япряжеккг., Ф о р и у л =.. к э а б р е т е н к я

?»«змеокте«яь-. ч<= стот бкгяг»мо:-о»«»еского сигналa., сог»ер :я« i;,?É послецовятельi«p! но созпк; — ?РнныР первый су ?мятор» перВ«»й ц«елктел» первый к«?юч к;« ««a? ляющему входу которого подключен Выход компарятора, фиксирующую цепь и блок нелинейного преобразования, »«r последовательно соединенные первую, втор«гю лкь?ию зацержкк,, а Также перВый i?еремножь-.тель,в"o :о.-".:. гe"",,eìaoõÿ—

ТР-ПЬ«О,. Л К -- Я Ю Ш К Й С Я ТЕМ. что„с пел...-,.a попьженкя быстродейст П Вкя., в .. .P: o .3Beдены«послепователь ?o

СОЕПИ -:e ÷,- « P О«ЭОй КЛЮЧ „К ГПЭ:ВЛЯЮ нему вход.:хоторoi О поцкггоч"II гьхоц м«гльт??врбватооя, ««Ровь««giqsi», ro-? e Р родня смРснтель,к второй фильтр

»«r Выхоц которо"o соединен с Входом

?IеввОи г««« - «I«gaiieo+g«в ;О«»о?,«««.» e «»Ей ЛИНИИ ЭЯПЕРГП«Н» ЗТОЭ «М "-ХОДОМ

?»Р«.«ЬОГО !- Ò Â««P .. ООЯ В««ХОП РР ?Ьвй лкн«»» зape«!I-ки coe»!I»«I pн с пе«у=, ?и

1437795 измерителя.

Составитель Ю.Минкин

Техред Л.Олийнык Корректор И.Васильева

Редактор Л.Пчелинская

Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комите а СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 5889/45

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 входом второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом второй линии задержки, и с первыми входами третьего и четвертого перемножителей, выход второго сумматора соединен с вторым входом четвертого перемножителя и с первым входом второго перемножителя, второй вход кото рого подключен к выходу второй линии задержки, блок возведения в квадрат, выход которого подключен к входу компаратора, а вход соединен с входом первого делителя и выходом пер-. вой линии задержки, с которым соединен вход четвертой линии задержки, выход которой подключен к второму входу первого сумматора, выход которого соединен с вторым входом первого перемножителя и вторым входом третьего перемножителя, выход которого через пятую линию задержки соединен с первым входом первого блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом первого перемножителя, выход четвертого перемножителя через шестую линию задержки подключен к первому входу второго блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом второго лере.множителя, выход первого блока вычитания соединен с первым входом второго делителя, второй вход которого соединен с выходом второго блока вычитания, выход второго делителя

10 подключен к второму входу второго ключа, выход первого фильтра через масштабный усилитель соединен с пер вым входом третьего блока вычитания, второй вход которого подключен к

15 выходу блока нелинейного преобразования, выход третьего блока вычитания соединен с первым входом четвертого блока вычитания, к второму входу которого подключен выход источника

20 эталонного напряжения, причем второй вход смесителя является входом измерителя, выход третьего блока вычитания является первым выходом измерителя, гыход четвертого блока вычитания является вторым выходом