Двухканальный измеритель флуктуаций частоты колебаний

Двухканальный измеритель флуктуаций частоты колебаний

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

O й1 И С А Н И Е (щ 896579

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистические

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 03 04 80(21)2901603/18 21 с присоединением заявки .% (23) Приоритет

Опубликовано 07 01.82. Бюллетень № 1

Дата опубликования опнсания10,01.82 (5! )М. К.е.

С 01 R 23/00 Ьоударотееееый комитет

СССР по аелем изобретений

H открытий (53) УДК 621. .37 1.7 (088.8) А. В. Иулеванов, В. Г. Осипенко и В. П. Ку (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Таганрогский радиотехнический институт им. В. Д. Калмыкова (54) ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ФЛУКТУАЦИЙ

ЧАСТОТЫ КОЛЕБАНИЙ

Йзобретение относится к радиотехническим измерениям и может быть использовано при исследовании и измерении флуктуаций частоты (фазы) колебаний генераторов.

- Известно устройство для измерения флуктуаций частоты колебаний генераторов, содержащее последовательно соединенные блок дифференцирования (дискриминатор), амплитудный детектор с фильтром, анализатор спектра и индикатор (ll.

Однако это устройство обладает малой ,чувствительностью при измерении низкочастотных флуктуаций частоты колебаний, которая ограничена собственным низкочастотным (фликерным) шумом амплитудного детектора. Кроме того, точность измерения низкочастотных флуктуаций частоты . колебаний этим устройством ниЬка ввиду того, что его выходной сигнал пропорционален не величине отклонения частоты от среднего значения, а величине мгновенного значения частоты.

Наиболее близким по технической суп » ности к изобретению является двухканальный (корреляционный) измеритель флуктуаций частоты колебаний, содержащий разветвитель, подключенный своим

S входом ко входу устройства, а выходамичерез соответствующие последовательно соединенные блок дифференцирования, амплитудный детектор и малощумящий усилитель ко входам блоков суммирования

1О и вычитания, выходы которых поочередно подключаются к последовательно соединенным анализатору спектра, квадратичному детектору и индикатору с фильтром нижних частот g2).

l5

Однако, это устройство имеет низкую точность при измерении низкочастотных флуктуаций частоты колебаний, обусловленную тем, что его выходной сигнал со20 держит как переменную составляющую, пропорциональную флуктуациям частоты исследуемого сигнала, так и постоянную составляющую, пропорциональную среднему значению частоты сигнала.

Q 4 первого блока возведения в квадрат сое- динен с входом интегратора, выход которого подключен к второму входу первого дополнительного блока вычитания, à выход основного блока вычитания подключен к входу второго блока возведения в квадрат.

На чертеже изображена структурная схема устройства.

Двухканальный измеритель флуктуаций частоты колебаний содержит блок 1 стабилизации амплитуды, вход которого является входом устройства, блоки 2 дифференцирования, разветвители 3, амплитудные детекторы 4, усилители 5, блоки 6 суммирования, блоки 7 вычитания, блоки 8 возведения в квадрат, интеграторы 9 и индикатор 10..

Блок 1 стабилизации амплитуды служит для устранения паразитных амплитудных флуктуаций входного исследуемого сигнала и содержит, например, делитель напряжения и несколько последовательно соединенных резонансных усилителей — ограничителей, амплитуда выходного напряжения которых постоянна во времени.

Блоки 2 дифференцирования служат для переобраэования входного частотно-модулированного сигнала постоянной амплитуды в амплитудно-частотно-модулированный сигнал, при этом знаки у переменных составляющих выходных амплитудно-частотно-модулированных сигналов блоков 2 должны быть противоположными. В качестве блоков 2 дифференцирования используют например, частотозависимые линейные активные или пассивные четырехполюсники, у которых середины линейных участков амплитудночастотных характеристик совпадают со значением средней частоты исследуемого сигнала, причем, если у одного частотнозависимого четырехполюсника блока 2 дифференцирования наклон этого линейно го участка амплитудно-частотной характеристики является цоложительным (или отрицательным)., то у частотноэависимого четырехполюсника второго блока 2 дифференцирования должен быть обязательно противоположным, т.е. отрицательным (или положительным) .

Разветвители З служат для предотвращения параэитной связи между измерительными каналами. В качестве разветвителей используют, например, буферные усилители с одним входом и двумя выходами, а на достаточно высоких частотах используют мостовые разветвители.

3 89657

Цель изобретения — повышение точности измерения низкочастотных флуктуаций частоты колебаний.

Поставленная цель достигается тем, что в двухканальный измеритать флуктуа- 5 ций частоты колебаний, содержащий последовательно соединенные основной блок дифференцирования, основной разветвитель, первый основной амплитудный детек тор, первый основной усилитель и основной сум- 10

Матор, последовательно соединенные второй основной амплитудный детектор, второй основной усилитель, и основной блок вычитания, второй вход которого подключен к первому входу основного сумматора, второй вход последнего соединен с выходом второго основного усилителя, второй выход основного разветвителя под ключен к входу второго основного амплитудного детектора, основной интегратор и индикатор, введены первый блок возведения в квадрат, последовательно соединенные второй блок возведения в квадрат, первый дополнительный интегратор, первый дополнительный блок вычитания и второй дополнительный блок вычитания, последовательно соединенные блок стабилизации амплитуды, дополнительный блок дифференцирования с инвертированием, дополнитель-. ный разветвитель, первый дополнительный амплитудный детектор, первый дополнительный усилитель, дополнительный сумматор, третий блок возведения в квадрат, второй дополнительный интегратор и третий дополнительный блок вычитания, последовательно соединенные второй допол- 35 нительный амплитудный детектор, второй дополнительный усилитель, четвертый дополнительный блок вычитания, четвертый блок возведения в квадрат и третий дополнительный интегратор, выход которо- <0 го подключен к второму входу третьего дополнительного блока вычитания, выход последнего соединен с вторым входом второго дополнительного блока вычитания, выход которого подключен к входу 45 лнтегратора, при этом вход блока дифРеренцирования соединен с выходом блока стабилизации амплитуды, второй выход дополнительного разветвителя подключен к входу второго дополнительного 5р амплитудного детектора, выход первого дополнительного усилителя соединен с вторым входом четвертого дополнительного блока вычитания, первый вход ко, торого подключен к второму входу дополнительного сумматора, вход первого блока возведения в квадрат подключен к выходу основного сумматора, выход

5 8965

Амплитудные детекторы 4 выполнены в виде двухполупериодных выпрямителей с фильтрами нижних частот или в виде двухтактных преобразователей огибающей высокочастотного колебания в ступенча- 5 тую функцию.

Усилители 5 представляют собой усилители постоянного тока или усилители близкой частоты с малым дрейфом нуля и малым уровнем собственных шумов.

Блоки 6 суммирования представляют собой двухкодовые сумматоры-усилители с двумя входами и общей нагрузкой.

Блоки 7 вычитания представляют собой дифференциальные усилители, нагруз- 15 кой которых является, например, фильтр нижних частот.

Блоки 8 возведения в квадрат представляет собой, например, линейные перемножители колебаний, на оба входа кото- рд рых подается один и тот же сигнал.

B качестве интеграторов 9 используют, например, интегрирующие RC цепочки.

Интегратор 10 содержит, например, вольтметр для измерения амплитудного и 25 эффективного значений напряжения, дискретно-аналоговое или цифровое устройство для вычисления коэффициентов Фурье в тригонометрическом базисе, их модулей, аргументов или квадратов модулей ,и регистрирующий узел.

Устройство работает следующим обра зом.

Исследуемый сигнал

$ Ю = A(t) s ia duo < + y (g) )

1 через вход устройства поступает в блок

1 стабилизации амплитуды, где устраняются паразитные амплитудные флуктуации так, что его выходной сигнал принимает 4О вид а на другом входе первого дополнительного блока 7 вычитания образуется напряжение

% ® "о "" (®о t, +y «) 1, 79 6 ние на выходе первого основного усилителя 5 имеет вид

f4.46) А (®о+ èî®1+13 „(q), а напряжение на выходе второго основного усилителя 6 имеет вид

S,ô)= А„(ао+Ь,а()1+0„,. Ю, где и (- ) и Ц» (4) — составляющие, обу11, 1Г! словленные шумами измерительных трак« тов (в том числе основного разветвителя

3, основных детекторов 4: и основных усилителей (6). Следует отметить, что

0 (т,) и l) (4) взаимно некоррелироваОп Ф р. ны так как они вызываются неэависимыы1 ми источниками шумов.

Напряжение $g(4) и (1) измерительных трактов поступают далее одновременно на входы основного блока 6 суммирования и на входы основного блока 7 вычитания, выходные напряжения которых имеют вид: д(+1() Е4() "

1 И.)=4Д „(щ + Bg+ (g с,щ, (ф).„

+4А,1 Р®+ ОЯ ()+1 (<) который одновременно поступает в блоки

2 дифференцирования.

Выходной продифференцированный сигнал первого блока 2 вида (т) = Ао(uO + ьв(t) 3coS

55 разветвитель Э поступает на два первых параллельных измерительных тракта, каждый из которых содержит амплитудный детектор и усилитель . Поэтому напряже9 и (Вследствие этого выходной .сигнал с первого дополнительного блока 7 вычита-, ния принимает вид

lo 4 А с

+ „а ы удд +1

Во втором канале измерителя процес- сы протекают аналогично.

Выходной сигнал блока 2 дифференцирования с инвертированием знака переменной составляющей продифференуированного сигнала принимает вид () =A,(©,-aalu(t)) cosguuq+, ч (+д1.

7 8965

)который через дополнительный разветви« тель 3 поступает на два других параллельных измерительных тракта. Поэтому напряжение на выходе первого дополнительного усилителя 5 имеет вид 5 g (+) = 1Г о <® М+(иль(+)е а напряжение на выходе второго дополни-, 0 тельного усилителя 6 имеет вид 5® — 1L®o +®j 0 4 (t

Напряжения f+(+) и Х5() измеритель- t5

Hblx трактов поступают далее одновремен.но на входы дополнительного блока 6 суммирования и на входы четвертого дополнительного блока 7 вычитания, выходные напряжения которых принимают вид 20 g(,) () = () Е ® -2 „ Во >(t) l+

+О (И+О (<) и 4

25 - ()(%<(t) Х> (<) = Ом (} Омичи(+)

79 8 который несет информацию с флуктуации частоты исследуемого сигнала.

Таким образом, введение новых эле: ментов, установление новых связей выгодно отличает предлагаемое устройство от известного, так как позволило повысить точность измерения низкочастотных

К черезвычайно низкочастотных флуктуаций частоты колебаний за счет исключения в выходном сигнале, поступающим в блок регистрации, постоянной составляющей, пропорциональной номинальному значению частоты исследуемого сигнала, за счет введения новой операции стабилизации во времени амплитуды входного сигнала и за счет замены нелинейной операции квадратичного детектирования операций литейного перемножения.

В итоге. повысится достоверность результатов измерения, расширится область применения эких измерителей флуктуаций частоты колебаний и улучшатся техникоэкономические показатели этих измерителей.

Формула изобретения

Эти сигналы далее пропускаются через блоки 8 возведения в квадрат и интеграторы 9так,,что на первом входе третьего дополнительного блока 7 вычитания образуется напряжение х () =4А„а„- 8А„Ооо М (М+4А„Ь(и (t)+

+U, U (t) а на его втором входе образуется напряжение

40 () =U„,® +О +®

Вследствие этого выходной сигнал с . третьего дополнительного блока 7 вычи45 тания принимает вид

f„() =f<(<)-Ы, (.ь)=41 „uu — ц A„uu uv(t)+4A,ьа Ю, Образованные таким образом выходной 50 сигнал 1,,() первого измерительного канала и выходной сигнал 1 . (+ ) второго

- о измерительного канала вычитаются между собой во втором дополнительном блоке 7 вычитания так, что íà индикатор доступа- 55 ет сигнал

f (+) Kp(t) f((+) f6A ®о

9 89 блок возведения в квадрат второй дополнительный интегратор. и третий дополнительный блок вычитания, последовательно соединенные второй дополнительный амплитудный детектор, второй дополнительный усилитель, четвертый дополнительный блок вычитания, четвертый блок возведения в квадрат и третий дополнительный интегратор, выход которого под.ключен к второму входу третьего дополнительного блока вычитания, выход последнего соединен с вторым входом второго дополнительного блока вычитания, выход которого подключен к входу индикатора, при этом вход блока дифференци. рования соединен с выходом блока стабилизации амплитуды, второй выход дополнительного разветвителя подключен к входу второго дополнительного амплитудного детектора, выход первого дополнительного усилителя соединен с вторым

6679 10 входом четвертого дополнительного блока вычитания, первый вход «оторого подклю чен к второму входу дополнительного сумматора, вход первого блока возведения в квадрат подключен к выходу основного сумматора, выход первого блока возведения в квадрат соединрн с входом интегратора, выход которого подключен к второму входу. первого дополнительного

>0 блока вычитания, а выход основного бло-. ка вычитания подключен к входу второго блока возведения в квадрат.

Источники информапии, принятые во внимание при экспертизе

15 . 1, Малахов А. Н. Флуктуации в автоколебательных системах. M. Наука, 1968, с. 586, рис. l 4. 1.

2. Корнилов С . А., Савминский В. А., Уман C. Д. Шумы клистронных генераторов

20 малой мощности. М., Сов, радио,, 1972, с. 120-124, фиг. 2.20 и фиг. 2.21,