Всесоюзная патент'

Всесоюзная патент'

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К йАТЕЯТУ

Со1оз Советских

Социалистических

Республик

Зависим;1й от патента ¹. 1ПК Н 031 13„02

G 01г 23,02

Заявлено 03.1V.1967 (№ 1146416/18-24) с присоединением заявки ¹

Приоритет 04.IV.1966, № 56352 и 10.III.1967, ¹ 98324, Франция

Опубликовано 25.V.1971. Бюл",åòåíü ¹ 17

Комитет по делам изобратоиий и открытий при Совета Иииистров

СССР

УДК 681 325.621 317.761 (088.8) Дата опубликовап1я описа1шя 29Л П.1971

Автор изобретения

Иностранец

)Как Освальд (Франция) Иностранная фирма

«Компани Эндюстриель де Телекоммюникасьо«» (Франция) Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ

ЧАСТОТЫ П И РОДИЧ ЕСКОГО ЭЛ ЕКТР И Ч ЕСКОГО КОЛ ЕБАН ИЯ

Изобретение относится к устройству, позволяющему определить частоту синусоидального или квазисинусоидального электрического колебания, выделив ее из ряда заранее известны: частот, или же, если эта частота мох«ст плавно изменяться в диапазоне, огра1«иченном частотами Fi и 1., +1 — измерять указанную часто гу с максимальной ошибкой, равной некоторой доле f/2 разности между этими предельными частотами, путем локализации неизвестной частоты в промежутке между двумя известными значениями, отстоящими на величину f.

В дальней1«ем под «квазисинусоидальным» колебанием будет подразумеваться периодическое колебание, iiãíîâåííàÿ ."мплитуда которого не сохраняет одну и ту же полярность в каждом полупериоде.

Известно устройство для распознавг11ия одной из двух частот F и F» периодического эле11rp«÷сского колебания, содержащее ква11тующег устройство, источник тактовых импульсов, регистр сдвига, полусумматоры, »ажоритарные элементы. Выход источника тактовых импульсов в нем соединен со входом каждого разряда регистра сдвига и с одним из входов кваптующего устройства, выход которого подключен ко входу первого разряда регистра сдвига. Вход каждого мажоритарного элемента соединен с выходом одного из полусумматоров.

Цель изобретения состоит в создании устройства, которое позволяет распознавать и измерять неизвестные частоты, лежащие в интервале частот (Fi, F.i+1).

Предлагается устройство для распсзi .àâàния и измерения в двоичной цифровой форме с числом знаков Й (большим единицы) раз10 ности между опорной частотой F и неизвестной часготой F периодического электр 1ческого колебания, имеющего противоположную полярность в двух последовательны: «0лупериодах. Эта частота находится в ин ер15 вале частот с нижним пределом F, и вер.;.нпм

F +1 и определяется с ошибкой, меньшей

f/2= (F,;+1 — F1,) -, где Л1 — целое число, нс превышающее 21 (опорная частота F,„находится в указанном интервале). В предлагае20 мом устройстве колебание периодически квантуется с учетом его полярности, с периодо 11 повторения Tp/2" — ° 1т, где и — целое число, минимально равное единице, Получаемые таким образом импульсные выборки

25 преобразуются в двоичные сигналы, равнь|е

«О» или «1», в зависимости от их полярности, причем эти сигналы сохраняются, по крайней мере, в течение отрезка времени Тр.

В данном устройстве время Тр берется рав30 ным 1/4/, а частота F», — равной:

304773 где h — целое число, при котором F лежит в интервале между Ft и F +, и наибольшая из величин (F -+! — F ) и (F Ft) не бу- 5 дет 1!ревышать величины 2" —, . Двоичный сигнал, соответствующий выборке, относящейся к моменту времени f, складывается по модулю два с каждым из /z двоичных сигналоз, соответствующих выбор ail, сделанным 10 в моменты времени: (/ — Tp/2 ), (f — Tp/21 - ), ..., (t — Tp) .

Результаты /z сложений по модулю два ооразуют Й цифр после мажоритарного отбора 15 путем сравнения индивидуально каждого пз указанных результатов, соответствующих нечетному числу последовате i»ttt t моментов квантования.

Для достижения поставленной цели первый 20 йхов каждого полусумматора соединен с выходом" квантующего устройства, а второй фод каждого. последующего полусумматора подключен к выходу соответствующего четного разряда регистра сдвига. 25

Квантующее устройство образует импульсные выборки пз измеряемого колебания в последователы ые моменты с периодом повторения Tp/2" — и, где /z — целое число, большее единицы, и.— -целое число, большее или равное единице, и преобразует полярность каждой указанной выборки в двоичный сигнал, причем само кьантующее устройство управляется от источника тактовых импу;1ьсов с периодом повторения Tp 2 : — и.

Регистр сдвига содер>кит по крайней мере

2" ячеек, причем на вход первой из них iioступает упомянутый двои-шый сигнал, и линию сдвига, управляемую от источника тактовых импульсов. 40

Число полусумматоров равно /1; они имеют каждый два входа и один выход, причем па эти вхо !ы посту:1ают двоичные сигналы ог разрядов регистра сдв:- .га, ступени которы.; отличаются па zz, 2и, ...,2" — и для ка>кдого 45 из полусумматоров.

Число ма>корптарных элементов лог;1ки равно k. Каждый из 11пх имеет вхо... связанный с выходом соответствуя?щего полусумматора, и выход, соединен пb!! с одни м пз )г выходных зажимов в цепи нагрузки. При э 1ом ка?кдый из мажорита1?пых эле)п!ен10Г выдает 1111 выходе двоичнь!й сигнал, равный большему пз сигналов, поступatot)gt из i«.оЛУСУММатОРа, ПРИЧЕМ чПСЛО СП)Л1аЛОВ РаВ1Ю нечетному числу нос.ледовательных выборок.

На фиг. 1 изображена временная диагра;гма; на фиг. 2 — электрическая схема устройства; на фиг. 3 — — электрическая схема, иллюстриру1ощая действие устройства, выполняющего мажоритарную логическуlo операцию и используемого в chez!e»a фиг. 2.

На фиг. 1 иллюстрируется зависимость ог неизвестной частоты F наиболее вероятной величш1ы логической суммы по модулю два 65 двух двоичных сигналов, соответствующих двум выборкам, взятым в заданном интервале времени. Каждый из двоичных сигналов имеет величину «О» или «1» в зависимости от той или иной полярности соответствующей выборки. Величины этих интервалов времени для различных линий а, о, в и г следующие: для линии а: ТО=1/Fp, для линии б: Tp, 2=!/2 Ео, для линии в: То/4=1, 4Fp, для линии г: T pz 8=1! 8 F p

В случае, соответствующем линии а, представляется очевидным, что, если периодические выборки берутся с частотой Fp из колеоания, имеющего ту же частоту F=Fp, то две последовательные выборки всегда буду. иметь одинаковую полярность. Следователь

lio, оба упомянутых двоичных сигнала в егда будут од; овременно равны «0» или «1», а сумма S этих величин в операции суммирования по модулю два всегда будет равна нулю в соответствии с правилами булевой алгебры. Tor >ке результат будет получен, если

F будет целым кратным от Fp.

Напротив, если частота колебания F равна

Го/2 или нечетному целому кратному îr

Гp/2, то две последовательные выборки будут всегда иметь противополо>кпую полярность, и сумма S всегда будет равна единице. Промежуточное положение будет иметь место тогда. когда, например, F находится в интервале между F p/2 и F p. Предполагая фазы выборок произвольными, легко видеть, что вероятность того, что сумма S будет равна единице, больше, чем S=1 2 в случае, если F ближе к Fp/2, чем к Го, и S меньше

1/2, если Г ближе к Fp, чем к Ео/2.

Предполагая теперь, что операции нахожденияя суммы повторяются несколько раз через короткие промежутки времени в течение указа1шого периода То и что для выбора ьелич!шы 5 производигся ма>коритарная операция, получим для наиболее вероятной ве— личины $, как функции F, график, представленный в верх11е!! части а фиг. 1.

AIIa 1oI ичн!.1е рaee>z?t Qe!IHII ixio?IiHo применить к графикам б, в и г для соогветсtâóioщих периодов квантования. Наконец, последователь11ые строки таблицы д на фиг. 1 показывают численные значения, полученные для суммы S ш?сле выполнения мажоритар1 ой логи еской операции для разли ых перподо» кван i ования, соответствующих линиям а,о,виг.

Цифры таблицы д то шо представляют и циклическом двоичном коде величину Г, отсчитанную от средней частоты FÄ,=2 Fp, причем единица изменения частоты равна

=Fp/4. Очевидно также, 1то для линии г период То равен 1/4/.

Таким образом, фиг. 1 соответствует случаю, когда /:=4 с максимальной измеряемой частотой Гq-.! — — 4F и м!01ималы1ой измеряемой частотой, равной пулю. Весь диапазон

304773 частот, равный 4F<>, делится на 16 равных поддиапазонов и, следовательно, результат кодирования дает величину F с то и:о ;"„ю, равной / от ширины этого диапазона частот, если взять за номинальное значение кодированной частоты значение средней частоты соответствующего поддиапазон а. Любая частота F, содержащаяся в указанной полосе частот, может быть, таким образом, закодирована цифровым кодом с той же степенью точности.

В общем случае, если максимальная до;устимая ошибка по частоте равна 1/2, Тп возможное цифровое кодирование ограничивается полосой частот, полуширипа котовой не превышает 2 .f по обе стороны от средней частоты F, которая должна быть целым, нечетным, кратным этой полуширины.

В устройстве (см. фиг. 2, где k=5, п = — 2, генератор 1 служит источником колебаний, частота которых должна быть измерена. На один из входов кваптующего устройстга 2 известного типа (например, амплитудного модулятора или логического элемента «И») подается колебание от источника 1, а на другой вход — короткие импульсы выборок, подаваемые источником тактовых импульсов 8 с периодом То/32. где То = 1/4f и f/2 — м а ксимальная допустимая ошибка измерения неизвестной частоты F. С выхода исто шика тактовых импульсов 8 снимается двоичный сигнал, равный «0» или «1», в зависимости от мгновенной полярности колебания, поступившего от генератора 1. В точке 4 выход источника тактовых импульсов 8 соединен сс входом первого разряда регистра 5 сдвига, имеющего 82 ячейки 6 — 87, каждая из которых содержит триггер с двумя устойчHRi>Iirr состояниями. С помощью линии сдвига 86 регистра 5, на которую подаются импульсы от источника тактовых импульсов 8, осуществляется перенос сигналов, поступивших г, точку 4, от одного разряда к другому.

Сигналы на входе ячейки 6 и нг выхолс ячейки 7 соответствуют двум выбовкам, разделенным интервалом времени То/16. Сигналы на входе ячейки 6 и на выходе ячейки 9 соответствуют выборкам, разделенным интервалом времени То/8 и т. д. Соответственно сигналы на входе ячейки 6 и на выходе ячейки 87 относятся к выборкам, разделенным интервалом времени То. Образованные таким образом составляющие каждой пары сигналов подаются на два входа каждого из полусумматоров 89 — 48. Эти полусумматопы (логические ячейки «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ»

«ИЛИ») выполняют логическое сложение по модулю два сигналов, поступающих на оба их входа.

Выходы полусумматоров 89 — 48 соответственно связаны со входами элементов 44—

48, выполняющих мажоритарную логическую операцию, работой которых управляет источник тактовых импульсов 8 через соединительную линию 49. Элементы 44 — 48 сравнивают

1О

65 вели пшы печегно о шсла сигналов, сооТпсТстгующи . посл "доватсльным моментам квантования и г.о,—,"..ír:.. на вход каждого из нпх от cooTBETOTBóющпх полусумматоров. Результатом сравнения является сигнал, имеющий величгшу большего из сравциваемых сигналов, Выходы элементов 44 — 48 соответственно соединены с пятью зажимами 50 — 54, на которых появляются кодированные двоичные сигналы, представляющие численное значснне измеряемой ч,cTOThr колебания, поступаiощего от генератора 1.

На примере элемента 48 с помощью фиг. 3 кратно поясняется выполнение мажоритарной операции.

Выход полусу Ä raTopa 48 соединен со входом пергой ячейки регистра сдвига. имеющего три я;ейки 55 — 57 и входящего в элсмснт 48. Перенос сигналов из одной ячейки этого регистра в следующую управляется от источника тактовых импуIbcon, поступающих по соединительной линии 49. Выходы ячес.к

55 — 57 связаны соответственно: пепвый с одним из входов блоков «И» 58 и 60, второй— с другим входом блока «И» 58 и одним и.входов блока «И» 59. третий — с другими входамн бло,<ов «И» 59 и 60. С этими ячейка.ди 55 — 57 соединены три блока «И»

58 — 60.

Выходы бло

Система работает следящим обпазом.

Когда выходные сигналы двмх из трех ячеек 55 — 57 равны «1», а тпетий сиг àч paninrr «0», то два блока «!r» дадут на выходе

«0», а третий «!». C,чедовательно, блок

«И, !И» 61 дает на выходе сигнал «1», поскол -.ку на один из его входов подан сигнал

«1», а на два других — сигнал «0». Наоборот. если на выходах двух из трех ячеек 55 — 57 сигнал будет «О», à на третьем выходе — «1», то все блоки «И» дадут íà выход сигналы

«О» и, сле.",овательно, блок «ИЛИ» 61 выдает сигнал «0». Таким образом, сигнал Ira выхо <ном зажиме 54 во всех случаяx совпадает с большинством сигна,чов на выходах ячеек

55 — 57.

Можно применить -.акже регистры с пятью или семью ячейками и с соответствующим количеством комбинации блоков «И» и

«ИЛИ». Их работа будет тем более надежной, чем больше число сравниваемых сигналов и чем больше число выборок и. взятых за промежуток времени Т2">

Из фиг. 2 следует, что кодированные сигналы, полученные на выходнгях зажимах 50—

54 устройства, могут быть затем использованы любым известным способом; для зритель304773

Fo

1 1 1

Fo 5 0 ? Fo Еа г 2

1 1 1 1 .а оа а

1 1,1

1 г

1

1 1

1 1

F

1 (!

1 (, !! (1

1!

1 1! (! 1

1, 1 (!

I г

1 () )

1 1 1 j0 1! . :(0!

0 0 (л

1 ., ; . 1 1 . 1 1 !. 0 010 011 1

1, 0

j0:0 0

1 (7 1 0 10 0

1

0 с г

1, l i,1

1) и 01

1 вериг..1 пой индикации, для управления работой реле и т. п., как пепосредствснно, так и после преобразования кода, например, в двоичный или десятичный код. Пять двоичных сигналов, полученных на зажимах 50 — 54, можно скомбинировать также для управления адресным дешифратором па 32 направления, позголяюшпм посылать какой-либо сигнал со входа этого дешифратора с помощью соответствующей релейной системы к одной из 32 цепей потребления.

Предмет изобретения

Устройство для распознавания и измерения частоты периодического электрического колебания, содержащее квантующее устройство, источник тактовых импульсов, регистр сдвига, полусумматоры, мажоритар..ые элементы, причем выход источника тактовых пм5 Ii, ëüñΠсоединен со входом каждого p23pя а регистра сдвига и с одним из входов к",антующего усгройства, выход которого подк,почен ко входу первого разряда регистра сдвига, а вход каждого мажоритарного эле лента

10 соединен с выходом одного из полусумматоров, отлича(ашаеся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в нем первый вход каждого полусумматора соединен с выходом кваптующего устройства, а

15 второй вход каждого последующего полусумматора подключен к выходу соответствующего четного разряда регистра сдвига, 50

52

54

1зиг.5 зиг 2

Составитель Е. А. Семенова

Корректор Е. И. Миронова

Редактор Е. В. Семанова

Заказ 1909/18 Изд. ¹ 805 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2