Частотный датчик с дискретным выходом

 

ЧАСТОТНЫЙ ДАТЧИК С ДИСКРЕТНЫМВЫХОДОМ по авт. св. 892326, : о т л и ч а ю щ и и с я тем, что. с целью повьииения точностных характеристик датчика, в него введены третий автогейератор, второй амплитудный детектор и второй фильтр нижних частот, причем выход третьего автогенератора соединен с третьим входом первого автогенератора, выход последнего через последов.ательно соединенные второй амплитудный детектор и второй фильтр нижних частот подключен к первому управляющему входу третьего автогенератора, а второй управляняций вход третьего автогенератора соединен с выходом источника информационного сигнала. . оо CD О

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(51) Н 03 В 25 00

ОПИСАНИЕ ИЗ06РЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ПЙУДАРСТВЕННЦЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ (61) 892326 (21) 3380180/18-21 (22) 18.01.82 (46) 30.08.83. Бюл. 9 32 (72) В. Я. Баржин, Ф. Ф» Колпаков, Е. А. Милькевич и А. Е. Сычев (71) Харьковский ордена Ленина .авиационный институт.им. Н. Е. Жуковского (53) 621.317(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 892326, кл. H 03 В 25/00, 19.80. (54)(57) 9ACTOTHblH ДАТЧИК С ДИСКРЕТ»

HblN ВЫХОДОМ по авт. св. Р 892326, отличающийся тем, что, „„SU„„1039016 A с целью повышения точностных характеркстик датчика, в него введены третий автогенератор, второй амплитудный детектор и второй фильтр нижних частот, причем выход третьего автогенератора соединен с третьим входом первого автогенератора, выход последнего через последовательно соединенные второй амплитудный детектор и второй фильтр нижних частот подключен к первому управляющему входу третьего автогенератора, а второй управляющий вход третьего автогенератора соединен с выходом источника информационного сигнала. .Ф.

1039016

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для дискретного преобразования напряженйя в частоту сигнала.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство по авт. св. Р 89232б, содержащее первый и второй автогенераторы с некратными частотами, выход каждого из которых соединен с входом другого через соответствующий 10 элемент зажержки, между вторым выходом второго автогенератора и вторым входом первого автогенератора включены .последовательно соединенные фильтр нижних частот и формирова- .15 тель коротких видеоимпульсов, между выходом фильтра нижних частот и управляющим входом второго автогенератора включены последовательно соединенные амплитудный детектор и триггер со счетным входом, а к управляющему входу первого автогенератора подключен источник информационного сигнала 1 ).

Однако в устройстве недостаточно высокая точность преобразования. Это обусловлено тем, что при изменении под воздействием информационного сигнала s(t) собственной частоты М

1 первого автогенератора, выход которого является информационным, переход с одного дискретного уровня выходного частотного сигнала на другой . происходит непрерывно, а не дискретно и происходит перемещение только огибающей спектра вдоль оси частот, а спектральные составляющие выходного информационного сигнала близки по амплитуде и тем самым оказывается невозможным определить однозначно уровень выходного дискретного час- 40 тотного сигнала, действительно соответствующий имеющемуся в данный момент уровню сигнала s(t) на выходе информационного сигнала.

Цель изобретения - повышение точностных характеристик датчика.

Поставленная цель достигается тем, что в частотный датчик с дискретным выходом, содержащий первый и второй автогенераторы с некРатными частотами, выход каждого из.которых соединен с входом другого через соответствующий элемент задержки, между вторым выходом второго автоге нератора и вторым входом первого автогенератора включены последовательно соединенные фильтр нижних " частот и формирователь коротких видеоимпульсов, между выходом фильтра нижних частот и управляющим вхоцом второго автогенератора включены 60 последовательно соединенные амплитудный детектор и триггер со счетным входом, а к управляющему входу первого автогенератора подключен источник информационного сигнала, введены третий автогенератор, второи ам= плитудный детектор и второй фильтр нижних частот, причем выход третьего автогенератора соединен с третьим входом первого автогенератора, а выход последнего через последовательно соединенные второй амплитудный детектор и второй фильтр нижних частот подключен к первому управляющему входу третьего автогенератора, второй управляющий вход третьего .автогенератора соединен с выходом источника информационного сигнала.

На фиг. 1 представлена функциональ ная схема частотного датчика с дискретным выходом; на фиг. 2 — сигналы на выходах блоков; на фиг. 3 — спектр сигнала на выходе устройства.

Устройство содержит автогенераторы 1 и 2, элементы 3 и 4 задержки фильтр 5 нижних частот (ФИЧ), формирователь б коротких видеоимпульсов, амплитудный детектор 7, триггер 8, автогенератор 9, источник 10 информационного сигнала, амплитудный детектор 11, фильтр 12 нижних частот.

Устройство, начиная с момента его включения, работает следующим образом.

После включения датчика происходит нарастание колебаний в каждом из автогенераторов 1, 2 и 9. Причем, поскольку выход автогенератора 1 через элемент 3 задержки связан с входом автогенератора 2, а выход последнего через элемент 4 задержки подключен к вхсду первого автогенератора, то в этом кольце при некратности частот ы„и ы сигналов, генерируемых автогенераторами 1 и 2 соответственно, возможен режим генерации двух последовательностей радиоимпуль сов (фиг. 2 а и б ). Режим работы агольца: автогенератор 1 — элемент 3 задержки-автогенератор 2 — элемент

4 задержки обеспечивается за счет эффекта асинхронного гашения колебаний. тот эффект заключается в том, что при воздействии на автогенератор 1 или 2 напряжения определенной амплитуды с частотой, отличающейся от собственной частоты автогенера« тора и некратной ей, колебания собственной частоты этого автогенератора прекращаются. При этом, частота следования радиоимпульсов в последовательностях, генерируемых автогенераторамк

1и 2, определяется суммарной задержкой в вышеупомянутом кольце 1+ 2 где „ и i> - зажержкй, обеспечиваемые элементами задержки 3 и 4 соответственно.

Скважность радиоимпульсов зависит от соотношения задержек Т„и Т2 (фиг. 2 с и б ). 8 предлагаемом устройстве для обеспечения коэффици1039016 рования радиоимпульсных последовательностей автогенераторами 1 и 2, в результате пропадает сигнал на выходе фильтра 5 нижних частот, частота которого, как было указано

5 выше, равна частоте следования радиоимпульсоь. При этом напряжение на выходе амплитудного детектора 7, а значит и на входе триггера со счетным входом претерпевает отрицательный скачок и триггер 8 опрокидывается. Это, в свою очередь, приводит к скачкообразному изменению потенциала на выходе триггера 8, и соответственно, на управляющем входе автогенератора 2. Собственная частота колебаний ы2последнего изменяется, условие асинхронности колебаний с частотами со„и и 2 восстанавливается и датчик вновь переходит в режим генерирования двух радиоимпульсных последовательностей.

Таким образом, в предлагаемом датчике на выходе автогенератора 1 во всем динамическом диапазоне из° менения информационного сигнала s(t) обеспечивается генерирование радиоимпульсной последовательности с коэф. фициентом заполнения % i /Ò, .где Т вЂ” период следования радиоимпульсов, близким к единице, и фик30 сированными от импульса к импульсу начальной фазой высокочастотного заполнения. Спектр такой радиоимцульсной последовательности является дискретным (фиг. 3).

35 Частоты спектРальных составляющих спектра выходного сигнала автогенератора 1 не зависят от собственной частоты колебаний ы2 этого.автогенератора. При изменениях частоты

4О Gu„ под воздействием информационного сигнала s(t) происходит лишь перемеg =С /T» k = /т

2 2

Для обеспечения жесткой фиксации начальных фаз в радиоимпульсах последовательностей устройство снабже- но цепью, содержащей последовательно включенные фильтр 5 нижних частот и формирователь коротких видеоимпульсов, которая включена между вторым. выходом автогенератора 2 и вторым

° входом автогенератора 1. При этом фильтр 5 нижних частот выделяет из спектра радиоимпульсной последовательности автогенератора 2, составляющую с частотой, .равной частоте следования радиоимпульсов Я = 1/Т (фиг. 2 в ), а формирователь коротких видеоимпульсов формирует наносекундные видеоимпульсы с этой же частотой (фиг. 2 ъ ), которые поступают в колебательную систему автогенератора 1.

Это обеспечивает рост амплитуды ударного возбуждения колебаний в автоненераторе, 1 (фиг. 2 д ) и повышает стабильность начальных фаз обеих радиоимпульсных последовательностей, а значит улучшает и стабильность спектральных составляющих дискрет-. ных спектров этих последовательностей.

В случае, когда на автогенератор 4

1 воздействует информационный сигнал с выхода источника информационного сигнала, соотношение между собственными частотами ы и uJ автогенерато2 ров 1 и 2 непрерывно изменяется, а значит может нарушаться условие. асинхронности (нецелочисленного отношения) этих частот. Для устранения этого явления, которое приводит к потере работоспособности устройства, в датчике между выходом фильгра 5 нижних частот и управляющим входом автогенератора 2 включены последовательно соединенные ампли- тудный детектор 7 и триггер 8 со счетным входом 3.. Когда условие асинхронности оз ф — ю

2 пЯ +Я/2, 50

55 о -пЯ;

44 =2лп Я =—

Я Т

60 ента заполнения радиоимпульсной последовательности М„ = i /Т, генерируемой автогенератором i, близким к единице соотношение задержке .,и

"2 таково %To << 2 (Фиг. 2a b ) °

В этом случае гашение колебаний ав-. тагенератора 2 произойдет через малое время „после включения устройства, а длительность радиоимпульсов, генерируемых автогенераторо Ъ, определяется временем задержки Т

"2 т.е. соотношением коэффициентов заполнения радиоимпульсных последовательностей kÄn k2 на выходах автогенераторов 1 и 2 соответственно sanaшется где m и и — целые числа, нарушается, то в датчике срывается режим генерищение огибающей спектра вдоль Оси частот, а спектральные линии при этом изменяются только по амплитуде (фиг. 3). Однако, при величине собственной частоты иг автогенератора 1 близкой к значению

1 где и с (и,.„- n «) — спектральные составляюцие сигнала этого автогенератора с частотами nQ и (и + 1)52 оказываются близкими по амплитуде.

Причем начальная фаза радиоимпульсной последовательности d Y является функцией разности между частотами о и ближайшей к ней по частоте дискретной спектральной составляющей сигнала, а именно

Частотные и фазовые различия колебаний ыЗ и пЯ преобразуются в различия начальных амплиТуд колебаний в Радиоимпульсов. Это, в свою оче1039016!

О редь, приводит к широтной модуляции радиоимпульсной последовательности на выходе автогенератора 1. детектирование этой последовательности с помощью амплитудного детектора 11 и дальнейшая фильтрация фильтром 12 нижних частот позволяет получить на выходе последнего напряжение биений с частотой п .дT

В результате на выходе ФНЧ 12 удается выделить напряжение, пропорциональное частотному рассогпасованию собственной частоты 6 завтогенератора 9 и спектральной составляющей сигнала (1), максимальной в данный момент по амплитуде. Подавая этот сигнал ФНЧ 12 на первый управляющий вход автогенератора 9 удается во всем динамическом диапазоне датчика достичь взаимной синхронизации частоты w>,ÿâëÿþùeéñÿ, как и частота од„автогенератора 1, функцией информационного сигнала s(t) и спектральных составляющих с частотами Ж, где и 6 (п „„- n „), т. е. каждому уровню вхсдного йнформационного сигнала s(t) йа выходе преобразователя будет соответствовать одно едииственное вполне определенное. дискретное значение частоты, снимаемое с выхода автогенератора 9. При этом переход с одной дискретной частоты на другую будет происходить не плаВно, сопровождаясь процессами параэитной амплитудной деформации спектра, как это имеет место в прототипе, а скачкообразно, причем скорость перехода с частоты Яна соседнюю (n + 1) Я в процессе изменения информационного сигнала s(t) практически полностью будет бпределяться постоянной времени фильтра 12 нижних частот.

В предлагаемом датчике шаг дискрет ности выходного частотного сигнала, .а следовательно и погрешность преобразования, могут быть обеспечены не больше среднеквадратического отклонения Р собственной частоты автогенератора 9.

1039016

Составитель В. Новоселов

Редактор E. Лушникова Техред В,далекорей Корректор;Л. Вокшаи

Заказ 6241/59 . Тирам 936 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г, Уигород, ул. Проектная, 4