Следящий аналого-дискретный преобразователь для измерения частоты сигналов допплеровских измерителей скорости

 

СЛЕДЯЩИЙ АНАЛОГО-ДИСКРЕТНЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТО ТЫ СИГНАЛОВ. ДОППЛЕРОВСКИХ ИЗМЕРИТЕЛ СКОРОСТИ, содержащий два соединенны сигнальными входами синхронных дете тора, выходы которых через формирователь ошибки слежения соединены с входом управляемого генератора, а два взаимно инверсных выхода управляемого генератора соединены с двумя входами фазорасщепителя, два квадратурных выхода которого соединены с коммутационными входами синхронных детекторов, о тли ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности аналого-дискретного преобраз ов а ния, в него введен блок сложения и вычитания частот, два командных входа которого соединены соответственно с выходами синхронных детекторов, а два тактовых и информационный входы соединены соответственно с валходами управляемого генератора и с одним из выходов фазорасщепителя, причем выход блока сложения, и вычитания частот является выходом устройства.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3C512 H 03 D 13 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .К АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 331бб58/18-21 (22) 03.07.81 (46) 15.05.83. Бюл. 9 18 (72) В.А. Бушуев, В.Н . Костин и И.A. Чуркин (53) 621.396(088.8) (5б) 1. Патент CUJA 9 3121202, кл. 331-11, 19б1.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 403613, кл. Н 03 D 13/00, 1971 ° .(54)(57) СЛЕДЯЩИЙ АНАЛОГО-ДИСКРЕТНЫЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ СИГНАЛОВ 40ППЛЕРОВСКИХ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ

СКОРОСТИ, содержащий два соединенных сигнальными входами синхронных детектора., выходы которых через формирователь ошибки слежения соединены с входом управляемого генератора, а

„„SU„„ 18192 А два взаимно инверсных выхода управляемого генератора соединены с двумя входами фазорасщепителя, два квадратурных выхода которого соединены с коммутационными входами синхронных детекторов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности аналого-дискретного преобразования, в него введен блок сложения .и вычитания частот, два командных входа которого соединены соответственно с выходами синхронных детекторов, а два тактовых и информационный входы соединены соответственно с выходами управляемого генератора и с одним. из выходов фазорасщепителя, причем выход блока сложения. и вычитания . g частот является выходом устройства.

1018192

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в электронных системах обработки сигналов допплеровских иэмерителей скорости.

Известны следящие аналого-дискретные преобразователи аналогового допплеровского сигнала в импульсный сигнал с частотой, соответствующей центральной частоте допплеровского сигнала, содержащие два синхронных детектора, формирователи ошибки слежения и генератор квадратурных сигналов (13.

Недостатком таких преобразователей. является низкая точность преоб- 15 разования., Наиболее близким к предлагаемому является аналого-дискретный преобразователь для измерения частоты сигналов допплеровских измерителей скорости, содержащий два синхронных детектора и последовательно соединенные с ними формирователь ошибки слеженця и генератор квадратурных-сигналов, выходы которого соединены с ком-25 мутационными входами синхронных детекторов, причем выходом устройства является .выход генератора квадратурных сигналов 2 .

Точность аналого-дискретнога преобразования данных устройств ограничена статическими и динамическими ошибками, возникающими при слежении управляемого генератора за центральной частотой допплеровскаго сигнала. динамические погрешности апре- 35 деляются постоянной времени системы слежения, минимальная величина которой ограничена требованием обеспечения устойчивости слежения, что снижает эффективность применения та- 4р ких преобразователей для исследования быстро протекающих процессов, например турбулентных течений.

Целью изобретения является повыше. ние точности аналого-дискретного пре-„45 образования путем устранения из выходного сигнала устройства„ошибок сле. жения управляемого генератора.

Поставленная цель достигается тем, что в следящий аналого-дискретный преобразователь для измерения частоты сигналов допплеровских измерителей скорости, содержащий два соединенных сигнальными. входами синхронных детектора, выходы которых через формирователь ошибки слежения соединены с 55 входом управляемого генератора, а два взаимно инверсных выхода управляемого генератора соединены с двумя входами фазорасщепителя, два квадратурных выхода которого соединены с коммутацион.ьр ными входами синхронных детекторов, введен блок сложения и вычитания частот, два командных входа которого соединены соответственно с выходами .синхронных детекторов, а два акта- 65 вых и информационный входы соединены соответственно с выходами управляемого генератора и с одним из выходов фаэорасщепителя, причем выход блока. сложения и вычитания частот является выходом устройства.

8 блоке сложения и вычитания частот к последовательности импульсов, вырабатываемых генератором квадратур. ных сигналов, добавляются или из нее вычитаются импульсы с частотой следования, соответствующей ошибке слежения этого генератора, в результате чего повышается точность аналогодискретного преобразователя.

На фиг. 1 приведена схема следящего аналого-дискретного преобразователя, на фиг. 2 — временные диа- . граммы изменения напряжений на выходах: О, 6 — управляемого генератора, 3- фазорасщепителя;, д - синхронных детекторов;, зк., у — =инхронизирующих Э- триггеров; и., с — импульсных формирователей; .A --3K-триггера, М - элемента И-НЕ, для случаев, когда частота входного сигнала устройст. ва больше частоты генератора квадратурных сигналов э„т1 и меньше этой частоты 5@ <% .

Следящий аналого-дискретный преобразователь для измерения частоты сигналов допплеровских измерителей скорости содержит синхронные детекторы 1 и 2, сигнальные входы которых объединены и являются входом 3 устройства, последовательно соединенные с ними формирователь 4 ошиби слежения, управляемый генератор и фазорасщепитель б, выходы которого соединены с коммутационными входами синхронных детекторов 1 и 2, блок 7 сложения и вычитания частот, командные входы которого соединены с выходами синхронных детекторов 1 и 2, тактовые входы соединены с выходами управляемого генератора 5, а информационный вход соединен с выходом фазорасщепителя б, причем выход блока 7 сложения и вычитания частот является выходом устройства.

Блок 7 сложения и вычитания частот содержит два синхронизирующих

В -триггера 8 и 9, первый импульсный формирователь 10, образованный инвертаром 11, элементом И-НЕ 12 и конденсатором 13, второй импульсный формирователь .14 образован инвертором 15., элементом И-НЕ 16 и .конденсатором. 17, и третий импульсный форми рователь 18 — инвертором 19, элементом И-НЕ 20 и конденсатором 21; К-триггер 22, инвертор 23 и элемент И-HE 24. В каждом иэ импульсных формирователей вход и выход инвертора соединены с входами элемента

И-НЕ, а точка соединения выхода ин- вертара с входом элемента И-НЕ подключена через конденсатор к общей

1018192 шине, причем общий вход инвертора и элемента И-НЕ является входом импульсного формирователя. Вход второго и вход третьего импульсных формирователей 14 и 18 соединены соответственно с инверсным и прямым выходами Э -.триггера 9, а общий вход элементов И-HE 16 и 20 — с выходом

D --триггера 8. Выходы первого и второго импульсных формирователей 10 и

14 объединены и общей точкой соединены с входом инвертора 23 и 3-входом 3К-триггера 22, а выход третье- . го импульсного формирователя 18 соединен с К-входом ЭК-триггера 22. Инвертор 23 и элемент И-НЕ 24 соеди- 35 нены последовательно, причем к второму входу элемента И-НЕ 24 подключен выход ЭК-триггера 22. Выход элемента И-НЕ 24 является выходом блока

7 сложения и вычитания частот. о -входы Э -триггеров 8 и 9 являют. ся командными входами блока 7 сло>кения и вычитания частот, С-входы

Р-триггеров 8 и 9 — тактовыми входами, а вход первого импульсного фор- 25 мирователя 10 — информационным входом.

Аналого-дискретный преобразователь работает следующим образом.

С выходов управляемого генератора ЗО

5 поступают два взаимно инверсных импульсных сигнала (фиг. 2а и 2Я, кото рые фазорасщепителем б преобразуются в две пары импульсных сигналов с частотой, вдвое меньшей частоты уп-. равляемого.генератора 5 ° Импульсные сигналы, составляющие одну пару, взаимно инверсны, а каждая пара сигналов квадратурна по отношению к другой. пги этом каждому сигналу с выходов4О управляемого генератора 5 (фиг. 2 б ) соответствует сигнал с выхода фазо- расщепителя б (фиг. 24), у которого перепады уровня нуль-единица располагаются во времени посередине меж- 45 ду такими же перепадами уровня в сигнале с выхода управляемого генератора 5, что обеспечивает разнесение во времени перепадов уровня нульединица этих сигналов. На коммутационные входы каждого из синхронных детекторов поступают сигналы, составляющие одну пару. Поскольку каждая пара сигналов квадратурна по отношению к другой, выходные импульсные сигналы синхронных детекторов 1 и 2 также находятся в квадратуре (фиг. 22, и 2д) . При этом частота выходных сигналов соответствует частоте биений, равной частотному рассогласованию входного сигнала устройства и сигнала генератора 5 с выхода фазорасщепителя 6. Знак частотного рассогласования определяет знак фазового сдвига между сигналами с выходов синхронных де- 6я текторов 1 и 2. Формирователь 4 ошибки слежения выдает сигнал, необходимый для изменения частоты управляемого генератора 5 в сторону уменьшения величины частотного рассогласования.

Синхронизирующие З -триггеры 8 и

9 повторяют сигналы с выходов синхронных детекторов 1 и 2 с задержкой, величина которой не превышает периода следования импульсов с выходов управляемого генератора 5, при этом перепады уровня сигналов на выходах синхронизирующих Э -триггеров 8 и 9 синхронизированы по перепадам уровня нуль-единица сигналов с выходов управляемого генератора 5 (фиг. 2о,э С,ф)

Первый импульсный формирователь

10 выдает короткие отрицательные импульсы по каждому, перепаду уровня нуль-единица сигнала с выхода фазорасщепителя 6 (фиг. 2u., импульсы 0, U, U4 . Второй и третий импульсные формирователи 14 и 18 выдают короткие отрицательные импульсы по.перепадам уровня нуль-единица сигналов с выходов синхронизирующего

Ъ -триггера 9 при наличии разрешающего сигнала "Единица" на общем входе элементов И-НЕ 16 и 20 (фиг. 2к, импульс U и фиг. 2U,.èèïóëüñ 36) .

При этом для предотвращения совпадения во времени импульсов с выхо дов импульсных формирователей их дли. тельность должна быть меньше половины периода следования импульсов от управляемого генератора 5, что обеспечивается выбором номиналов конденсаторов 13, 17 и 21.

В случае, когда частота входного сигнала устройства больше частоты управляемого генератора 5 Ь 71 для второго импульсного формирователя 14 перепад уровня нуль-единица сигнала на его входе совпадает с раз;решающим сигналом "Единица" на общем

:входе элементов И-НЕ 16 и 20, тогда как для третьего импульсного фор« мирователя 18 такого совпадения не происходйт. В результате:импульсы формируются вторым импульсным форми- рователем 14, а третий импульсный формирователь 18 импульсов не формирует. При этом 3К-триггер 22 находится в состоянии "единица" (фиг 2л) и импульсная последовательность с общего выхода вторбго и первого формирователей 14 и 10 через инвертор ф3 и элемент И-НЕ 24 поступает на выход устройства (фиг. 2и-). Частота выходного сигнала равна сумме частоты управляемого генератора 5 и частоты биений.

В случае, когда частота входного сигнала ниже частоты управляемого генератора 5 с, для третьего .импульсного формирователя 18 перепад

1018192

ВНИИПИ Заказ 3558/51 Тираж 936

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная,4 нуль-единица сигнала на его входе совпадает с разрешающим сигналом

"единица" на общем входе элементов

И-HE 16 и 20, тогда как для второго импульсного формирователя 14 такого совпадения не происходит. В результате импульсы формируются третьим импульсным формирователем 18, а второй импульсный формирователь 14 имульсов не формирует. По каждому ульсу, поступающему с выхода тре- 10 ьего импульсного формирователя 18, фК-триггер 22 перебрасывается в состояние "нуль", при этом запрещается прохождение импульсов с выхода первого формирователя 16 на выход устройсх 5 ва.. Очередыой импульс, поступающий с щасода первого импульсного формирователя 10, не проходит на выход элемента И-НЕ 24, но перебрасывает своим перепадом уровня нуль-единица К-триггер 22 в положение "единица", подготавливая элемент И-HE 24 к прохождению последующих импульсов с вы.хода первого формирователя 10 (фиг.2л).

- 25

При этом по каждому импульсу с третьего импульсного формирователя 18 иэ импульсной последовательности, формируемой первым импульсным форми. рователем 10, происходит вычитание одного импульса (фиг. 2м). Частота выходного сигнала равна разности частоты генератора 5 и частоты биений.

Таким образом, в блоке 7 сложения и вычитания частот к последовательности импульсов, вырабатываемых управляемым генератором 5, добавляются или из нее вычитаются импульсы с частотой следования, соответствующей ошибке слежения этого генератора. В результате, изменение частоты входного допплеровского сигнала вызывает изменение частоты выходного сигнала преобразователя независимо

or постоянной времени системы слежения.

В предлагаемом устройстве блок 7 сложения и вычитания частот может иметь иную конструкцию, например, с применением четырехканального мультиплексора.

Испытания. аналого-дискретного преобразователя в составе лазерного допплеровского измерителя скорости дают следуюшие результаты: случайная погрешность а 0,004%; систематическая погрешность + 0,05%, диапазон измеряемых частот 300-1800 кГц.

При этом выходной сигнал с частотой1 равной частоте входного допплеровского сигнала, вырабатывается без запаздывания, независимо от постоянной времени системы слежения, что позволяет использовать аналогодискретный преобразователь при исследованиях быстропротекающих процессов, например при изучении турбулентности потока.