Измеритель частоты

Измеритель частоты

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к радиотехническим измерениям и предназначено для измерения частот двух сигналов , одновременно поступающих на вход измерителя. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства. Измеритель частоты содер

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИМИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (le (11) А2 (50 4 С 01 R 23/00

5KC."

OllH0AHHE HSOEPETEHMR

К АВТОРСКОМ/ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 935806 (21) 415918 1/24-21 (22) 10. 12. 86 (46) 30.08,88. Бкщ. В 32 (72) В.В.Кисель и Л.А.Семенова (53) 621. 317 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У- 835806, кл. С 01 R 23/00, 1982. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ (57) Изобретение относится к радиотехническим измерениям и предназначено для измерения частот двух сигналов, одновременно поступающих на вход измерителя. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства. Измеритель частоты содер1420542 набор постоянных напряжений, полярности которых образуют коды разностей и суммарной частот в случае поступления на вход измерителя двух сигналов.

Блок 11 логической обработки обеспечивает запись в регистраторе 13 зна-> чения частоты f когда на входе имеется только один сигнал,-и частот

f,-f и f,+f когда íà его вход приходят два сигнала. По полученным разностной и суммарной частотам определяют значения исследуемых сигналов частот. 3 ил.

Измеритель частоты содержит первый полосовой фильтр 1, первую линию 2 задержки, блок 3 возведения сигнала в квадрат, первую группу из и фазовых 25 детекторов 4,-4„, второй полосовой

Фильтр 5, первую группу из и пороговых элементов б,-б„, группу из и полосовых фильтров 7, -7„, вторую группу из и фазовых детекторов 8,-8„, вто- 30 рую группу из п пороговых элементов

9<-9„, и йеремножителей 10, — 10„ знаков постоянных напряжений, блок 11 логической обработки, регистратор 12, третью группу пороговых элементов

13,-13„„,, третью группу из и+1 фазовых детекторов, 14,-14„+„, вторую (и+1)-отводную линию задержки 15. жит линию 2 задержки, группу 4,-4„из и фазовых .детекторов, группу 6„-6„ из п пороговых элементов, группу 7<—

7<< из полосовых фильтров и регистратор 12. Введение полосовых фильтров 1 и 5, блока 3 возведения сигналов в квадрат, групп 8<-8 „ и 14, -14<,„, фазовых детекторов, групп 9,-9 „ и 13<13 << пороговых элементов, п перемножителей 10<-10„ знаков постоянных напряжений, блока 11 логической обработки и п+1 отводную линию 15 задержКи позволяет получить в устройстве

Изобретение относится к радиотехническим, измерениям и может быть использовано для измерения частот двух сигналов, одновременно поступающих на вход измерителя.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей измерителя частоты путем обеспечения возможности измерения частот двух сигналов, одно- 10 временно поступающих на вход измерителя частоты.

На фиг.1 показана структурная схема измерителя частоты; на фиг.2 структурная схема блока логической обработки информации; на фиг.3 — кривые, характеризующие зависимость полярностей напряжений на выходах фазоВых детекторов от частоты для случая, когда число отводов и = 3. 20

Блок 11 логической обработки содержит первый 16 и второй 17 пороговые элементы, инвертор 18, элемент

И 19, элемент ИЛИ 20, первый 21 и второй 22 элементы задержки, первый

23 и второй 24 одновибраторы, формирователь 25 импульсов и мультиплексор 26.

В измерителе частоты первые входы первой группы фазовых/детекторов 4,—

4„подключены к входу линии 2 задержки, вторые — к ее соответствующим отводам, а выходы соединены с входами первой группь< из и пороговых элементов 6,-6„, выход входного полосового фильтра 1 соединен с входами первой линии 2 задержки и блока 3 возведения сигнала в квадрат, выход которого подключен к входу полосового фильтра

5, выход этого фильтра соединен с первыми входами фазовых детекторов

8„-8<„ и 14, — 14„+<, входом (п+1)-отводной линии задержки 15 и управляющим входом блока 11 логической обработки, вторые входы второй группы из и фазовых детекторов 8, -8 „ через и соответствующих полосовых фильтров

7< -7 „ подключены к выходам п фазовых детекторов 4< -4„, выходы фазовых де- текторов 8<-8„ через и пороговых элементов 9„-9„ соединены с первыми входами п перемножителей знаков 10<-10, вторые входы которых соединены с выходами группы из и пороговых элементов 13, -13„, и+1 отводов дополнительной линии задержки 15 подключены к вторым входам п+1 фазовых детекторов

14,-14„„, выходы которых соединены с входами и+1 пороговых элементов

13,-13„„, выходы пороговых элементов, п перемножителей знаков и выход

5 основнои линии задержки подключены к соответствующим входам блока 11 логической обработки, выход которого соединен с выходом регистратора 12.

В блоке 11 логической обработки 10 вход первого пброгового элемента 16

1 подключен к выходу линии 2 задержки, а выход — к первому входу элемента

И 19, Вход второго порогового элемента 17 соединен с выходом фильтра 5.

Выход элемента 17 соединен с входами инвертора 18 и элемента 22 задержки, Выход инвертора 18 подключен к второму входу элемента И 19, выход которого через последовательно соединен- 20 ные элемент ИЛИ 20 и элемент 21 задержки соединен с входом синхронизации регистратора 12. Выход элемента

22 задержки подключен к последовательно соединенным одновибраторам 23 25 и 24 и формирователю 25. Выход формирователя 25 импульсов подключен к второму входу элемента ИЛИ 20. Выходы одновибраторов .23 и 24 подключены также к адресным входам мультиплексора 26.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал с выхода фильтра 1, ограничивающего рабочий диапазон частот поступает на входы линии

2 задержки, блока 3 и на первые входы фазовых детекторов 4 „-4 „. Часть схе" мы, содержащая блоки 2, 4, 6 и 12, служит для измерения частоты при при- 40 ходе одночастотного сигнала с частотой f, который может быть записан в виде

U(t) = А sin (ut + (р) ° (1)

На вторые входы фазовых детекто45 ров 4„-4 „ поступают сигналы, снимаемые с отводов линии 2 задержки, которая содержит п отводов, причем время задержки, соответствующее первому отводу, Равно (,, второму — 2 „ му 50

2 (, . Фазовые детекторы 4„-4)) перемножают сигнал (1) и задержанные сигналы

U(t, (,;) = A sin (4)t -ыТ, + cp) . (2)

Постоянная составляющая напряжения на выходе фазовых детекторов

4<-4 имеет вид:

Аг

-Kg cosy(,, 42

4 а полярность этой составляющей соответствует знаку функции

V; = соя(2нй 2 (,, ). (3)

Пороговые элементы 6,...6„ реагируют на знак величины V; . При V„) 0 через блок обработки 11 к входу регистратора 12 с выходов элементов

6,-6), подводится напряжение, соответствующее "1", при V, (0 — "0". При правильном выборе времени задержки (,,) (например при fА,акс 2f„èí(.,=

1/2Е))А„„ ) полученный и разрядный двоичный код однозначно соответствует измеряемому значению частоты f.

Когда на вход линии 2 задержки и первые входы фазовых детекторов 4,-4)) поступает сумма сигналов двух частот

А, И Й

Ig (t) = А sin (д, t + Cp,) + В х х sin(u t +cp ), (4) с отводов линии 2 задержки снимается напряжение вида;

U,(t,(; ) = Asin(u,t -а, ; +ср,)+

В зЫ(Я,вк-„; +12) (5) где — номер отвода.

Фаз овые детекторы 4,... 4 „, о существляют перемножение --)гналов (4) и (5) и выделение постоянной составляющей, которая имеет вид

K A2 К Вг

Б = — --соя(),, + — — -сов и

2 2 2. (6) где К. — коэффициент передачи фазового детектора.

Знаки напряжений U,, на выходах фазовых детекторов 4,-4„ как видно из формулы (6), зависят не только от соотношения частот (в,и (в,, но и от случайного соотношения амплитуд А и

В, Код частоты, подводимый в этом случае к блоку 11, является ложным, он не соответствует ни одной из частот сумы сигналов.

Одновременно входной сигнал поступает на вход блока 3, возводящего сигнал в квадрат. При этом на вход фильтра 5 поступает сигнал, который может быть записан в виде:

- при одном сигнале на входе

U(t) = К (А о)о(иС + С()) = -2 — x

К Аг

3 х (1 — сов(2ыс + 2 ))), (7) — при двух сигналах на входе

U (t) = К j-- (1 — cos (2()) t + 2 ) +

+ — (1 — соя(2(о,с + с(„)) + АВ х

14205

5 х сов((Ы, -Я,) +ф -(EZJ АВ х х соя ((ы,.+ ra )e + ф +cp j). (8)

Фильтр 5 имеет полосу пропускания

g f ..., f„„„, где h fp - разрешение

5 измерителя по частоте, Е„„„ " минимальная частота рабочего диапазона частот измерителя. Составляющие с частотами 2р,, 2И, Я, + О и постоянная составляющая на выход фильт- 10 ра 5 не проходят, Если на входе блока 3 имеется только один сигнал, то сигнал на его выходе состоит из постоянной составляющей и составляющей с двойной час- 15 тотой и, следовательно, на выходе фильтра 5 сигнал отсутствует.

Если на: входе блока 3 имеется сумма двух сигналов, то фильтр 5 выделяет из сигнала (8) составляющую раз- 20 ностной частоты

U (t) = U>cos (((д("1 2 ) t + Cg(ЮД а (9) Сигнал (9) поступает на вход ли25 нии 15 задержки и на первые входы фазовых детекторов 14» -14„+,, а также на вход блока 1.1 обработки. Группа пороговых элементов 13<...13),+,, фазовые детекторы 14<- 14„+, и линия

15 задержки представляет собой измеритель разностной частоты f(-Е, работа которого осуществляется в другом диапазоне частот, ограниченном частотами 5 f ..., К,„ц .

Фазовые детекторы 14,-14„+1, пере- З5 множают сигнал (9) с задержанными сигналами, снимаемыми с отводов линии задержки 15:

Up(tp (., ) — U cosf(Q, Q2 )t (@ )<, + + < ) (10) 40

На выходах фазовых детекторов

141-14tltt выделяется постоянная составляющая вида:

cos f(Q ()2 )(,)

K U знак которой соответствует знаку величины

Vp, = cos(2))(f 1 — f )(.;Д .. (11)

Линия 15 задержки содержит и+1 отводов, т.е. на один отвод больше, чем у линии 2 задержки, причем время задержки до первого отвода равно (,/2,. до 2-го — ь(,, до i-ro — 2 (., и т.д. При этих значениях времен задержек формула (8) приводится к виду:

Ч; = cos(u (f, — и ) (о 2 ). (12)

Напряжения, соответствующие "1" при Ч, 0 и "0 при Ч ; + 0 снимаются с выходов пороговых элементов 13— (13„„. Если (= 1/2f то знаки функции Vp. При 1 - 2 3 ° ° и+1 образуют п-разрядный двоичный код, однозначно соответствующий разностной частоте ) f, — f j. Этот код с выхо13 -13 „+1 к входам блока 11, Напряжения, соответствующие знакам функции (12) с выходов элементов 13А—

13, поступают также на соответствующие вторые входы перемножителей знаков 10,-10„. Полосовые фильтры 7, -7

ll фазовые детекторы 8„-8„, пороговые элементы 9,-9„ и перемножители 10,—

10„ служат для формирования кода суммарной частоты f +

Ня выхопах фазовых детекторов

4<.. ° 4 „ кроме постоянной составляющей (6), поступающей на элементы 6, имеются высокочастотные составляющие с частотами 2f,, 2f» f, + fz и f, получаемые при перемножении напряжений (4) и (5) . Фильтры 7, -7„, (К() аналогичные фильтру 5, выделяют составляющие разностной частоты, имекхции В д АВ Г

U; ((Я, — ()2 ),tg = К вЂ” соя (((,)

Qz)t — (д,7., + CP(— (Pz) + cos f(Q, — И.). Я. + Ч -Ч,13 (1)

Эти составляющие поступают на вторые входы фазовых детекторов 8 1-81), на первые входы поступает напряжение (9) с выхода фильтра 5. В результате перемножения напряжений (9) и (13) на выходах фазовых детекторов 8 по( являются постоянные составляющие напряжения вида:

У = U (cosu;(.; + cos Q Г; )

У + >< ->2

2U cos (— — — (, ) . cos (— — — — (.; ) e

3 (14)

Знак величины U, соответствует знаку функции

Ч; соя((((У, + f ) (.; cos)(((f, )тД, (1Я которая с учетом того, что 1;

1-( — 2 (1), приводится к Виду:

V; = соя(()(f, + f<)2,2 Jx х cost«(f(f ) i() 2 ) (16)

Пороговые элементы 9; реагируют на полярность напряжения (14). Напряжения, соответствующие знакам функ-. ции (15), с выходов элементов 91-9 „ поступают на соответствующие первые входы перемножителей 10,...10„, на выходах которых появляются напряже7 14205 ния, соответствующие знакам произведения функций (12) и (16) . Знак произведения V; V, определяется знаком множителя

V,, = сов((f, + f )Г, 2 ),(17) поскольку

cos (ii(f — f ), 2 ) 0 °

Соответствующий формуле (17) код частоты f, + f, формируемый на выходе перемножителей 10„-10» подводится к входам блока 11 обработки.

Для выяснения принципа работы устройства на фиг.3 изображены нормированные по амплитуде кривые зависимости напряжений от измеряемых частот при использовании трех отводов от линии 2 задержки. Синусоидальные кривые на фиг.3 условно изображены отрезками прямых линий.

Расчет кривых, изображенных на фиг.3а, б, в, проводился соответственно по формулам (1), (11) и (17).

При этом диапазон измеряемых частот мни 1мокс выбРан так, что 1макс 25

:й„„„, = 2, а время задержки с, до первого отвода в линии задержки 2 равно 1/2Е,„„„.

Значения частот К,, 1, — 1, Е, +

+ f получаются в виде двоичных кодов, однозначно соответствующих номеру уча стков, на которые диапазон измеряемых частот (f„„,ц - мак при измерении частоты f одиночного сигнала, 0— Ем„„ при измерении разности частот

35 двух сигналов и армс,к -2fwaec при из1 мерении суммы частот двух сигналов) делится точками пересечения кривых зависимостей V;, V<, и V . от часС1 тоты. 40

Указанные коды частот поступают на вход блока 11 обработки совместно с сигналом с выхода фильтра 5, существующего, когда в полосу частот измерителя поступают два сигнала с раз- 45 ными частотами, и отсутствующего, если сигнал только один.

Блок 11 логической обработки предназначен для совместной обработки поступающих кодированных значений частот с целью обеспечения записи в регистратор 12 значения частоты f когда на входе измерителя имеется только один сигнал, и частот f< +

55 и f, — f <, когда на его вход приходят два сигнала.

Блок 11 работает следующим образом.

42

В исходном состоянии при отсутствии сигналов на входе измерителя на выходах пороговых элементов 16 и

17 имеется низкий потенциал. В результате на вход синхронизации регистратора 12 никаких сигналов не поступает, поэтому в него не записывается и информация.

Если на измеритель поступает одиночный сигнал, длительность которого превышает время задержки линии 2 задержки, ro срабатывает пороговый элемент 16 и на его выходе появляется высокий потенциал, который через открытый элемент И 19, элемент HJO. 20 и элемент 21 задержки поступает на вход синхронизации регистратора 12 и разрешает запись кода частоты сигнала по шине от элементов 6. Выбор информационной шины мультиплексором 26 производится в соответствии с кодом адреса, формируемым одновибраторами

23 и 24. При нали..ии на входе измерителя одного сигнала значение кода адреса равно "00", так как одновибраторы 23 и 24 находятся в исходном (нулевом) состоянии.

Если на вход измерителя поступаю .два сигнала одновременно, то под во.-действием сигнала разностной частоты, поступающего с выхода фильтра 5, o,.абатывает пороговый элемент 7. и высокий потенциал напряжения с его выхода инвертируется элементом 18 и перекрывает логический элемент И 19 для сигнала с выхода порогового элемента 16. Одновременно сигнал с вы сода элемента 17, задержанный элементом 22 на время Т „ = макс1 с, / I (э 1.+e д 3 91 задержки элементов 2 и 15 соответственно, запускает первый одновибратор 23. Длительность импульса íà его выходе равна времени, необходимому для записи двух значений кода частоты в регистратор, По переднему фронту импульса одновибратора 23 запускается одновибратор 24, который также генерирует одиночный положительный импульс длительностью, равной половине длительности импульса одновибратора 23. Формирователь 25 обеспечивает формирование по переднему и заднему фронтам импульса одновибратора 24 двух коротких положительных импульсов, которые через элемент ИЛИ 20 и элемент 21 задержки поступают на вход синхронизации за9 14 писи регистратора 1?. Наличие элемента 21 обеспечивает задержку этих импульсов относительно фронтов импульса одновибратора 24 на некоторую величину. В результате в момент поступления первого из задержанных импульсов на синхровход регистратора 12 на адресном входе мультиплексора 26 имеется код "11", а при поступлении второго импульса — код "10". Поэтому на информационных входах регистратора

12 сначала появляется и регистрируется код суммарной частоты от элементов 10, а затем — код разностной частоты от элементов 13 °

Формула изобретения

Измеритель частоты по авт. св.

N- 935806, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в измеритель дополнительно введены последовательно соединенные первый полосовой фильтр, блок возведения сигнала в квадрат и второй полосовой фильтр, вторая и+1 отводная линия задержки, вторая группа из п фазовых детекторов, третья группа из и+1 фазовых детекторов, вторая группа из и пороговых элементов, третья группа из и+1 пороговых элементов, п перемножителей

20542 10 знаков постоянных напряжений, и фильтров, блок логической обработки, причем выход входного полосового фильтра

5 соединен с входами первой линии задержки, выход второго полосового фильтра соединен с первыми входами второй и третьей групп фазовых детекторов, входом второй и+1 отводной линии задержки и управляющим входом блока логической обработки, вторые входы второй группы из п фазовых детекторов через и соответствующих полосовых фильтров подключены к высокочастотным выходам первой группы из п фазовых детекторов, выходы второй группы фазовых детекторов через п пороговых элементов второй группы соединены с первыми входами и перемножителей знаков, вторые входы коФ торых соединены с выходами третьей группы из и пороговых элементов, отводы второй и+1 отводной линии задержки подключены к вторым входам

25 третьей группы фазовых детекторов, выходы которых соединены с входами п+1 пороговых элементов третьей группы, выходы пороговых элементов, и перемножителей знаков и выход первой 0 линии задержки подключены к соответствующим входам блока логической обработки, выход которого соединен с входом регистратора, 1420542

1 10Н 1 4

Составитель В.Новоселов

Техред Л.Олийнык Корректор Л.Патай

Редактор Л.Пчолинская

Заказ 4326/51

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Тираж 772 Подписное

В11ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

+/

ПАС