Частотно-импульсное устройство автоподстройки частоты

 

1. ЧАСТОТНО-ИМПУЛЬСНОЕ УСТРОЙСТВО АВТОПОДСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ, содержащее два смесителя, первые входы, которых объединены и являются входом устройства, вторые входы соединены с квадратурными выходами управляемого генератора, а выход каждого через фильтр нижних частот соединен с входами формирователя импульсов ошибки автоподстройки и входами блока определения квадрата огибающей сигнала, выход которого соединен с входом триггера Шмидта, а также последовательно соединенные блок оценки мгновенной частоты ошибки и блок управления, выход которого подключен к входу управляемого генератора , отличающееся тем, что, с целью повьштения точности измерения мгновенных скоростей потока, в него дополнительно введены последовательно включенные между одним выходом формирователя импульсов ошибки автоподстройки и входом установки О блока оценки мгновенной частоты оишбки первый элемент ИЛИ, второй вход которого соединен с другим выходом формирователя импульсов ошибки автоподстройки, первый элемент задержки, первый RS-триггер, S-вход которого соединен с выходом триггера Шмидта, и второй RS-триггер, а между выходом первого элемента ИЛИ и R-входом второго RS-триггера первый элемент И и второй элемент задержки, а также включенные последовательно между одним выходом формирователя импульсов ошибки автоподстройки и входом сложения вычитания блока управления второй элемент И, дискретный фильтр и третий RS-триггер, S-вход которого соединен с вторым выходом дискрет (Л ного фильтра, между другим выходом формирователя импульсов ошибки автоподстройки и вторым входом дискретного фильтра включен третий элемент И, а между вторым выходом дискh ч ретного фильтра и тактовыми входами блока оценки мгновенной частоты ошибки и блока управления включен N0 второй элемент ИЛИ, другой вход коО торого соединен с первым выходом дискретного фильтра, при этом вторые входы первого, второго и третьего ° элементов И соединены с выходом первого RS-триггера, 2. Устройство по П.1, отличающееся тем, что блок оценки мгновенной частоты ошибки содержит последовательно соединенные измеритель временных интервалов и постоянное запоминающее устройство, а блок управления состоит из последовательно соединенных накапливающего сумматора, входы которого соединены с информационными выходами

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН () 9) (11) (gg)4 H 03 L 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ гим выходом формирователя импульсов ошибки автоподстройки, первый элемент зацержки, первый RS-триггер, S-вход которого соединен с выходом триггера Шмидта, и второй RS-триггер, а между выходом первого элемента

ИЛИ и R — входом второго RS-триггера первый элемент И и второй элемент задержки, а также включенные последовательно между одним выходом формирователя импульсов ошибки автоподстройки и входом сложения вычитания блока управления второй элемент И, дискретный фильтр и третий RS-триггер, S-вход которого соединен с вторым выходом дискретного фильтра, между другим выходом формирователя импульсов ошибки автоподстройки и вторым входом дискретного фильтра включен третий эле.мент И, а между вторым выходом дискретного фильтра и тактовыми входами блока оценки мгновенной частоты ошибки и блока управления включен второй элемент ИЛИ, другой вход которого соединен с первым выходом дискретного фильтра, при этом вторые входы первого, второго и третьего элементов И соединены с выходом первого RS-триггера.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3581206/24-09 (22) 16.04.83 .(46) 07.08.85. Вюл. и 29 (72) В.И. Титков и Е.В. Кожухова (71) Новосибирский государственный университет и Институт теплофизики

Сибирского отделения АН СССР (53) 62 1.396.66(088.8) (56) Проспект фирмы США TSI: "Thermo

systems, ins. Laser anemometer system

Авторское свидетельство СССР

Ф 698113, кл. Н 03 I) 13/00, 1979. (54)(57) 1. ЧАСТОТНО-ИМПУЛЬСНОЕ УСТ- .

РОЙСТВО АВТОПОДСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ, содержащее два смесителя, первые входы. которых объединены и являются входом устройства, вторые входы соединены с квадратурными выходами управляемого генератора, а выход каждого через фильтр нижних частот соединен с входами формирователя импульсов ошибки автоподстройки и входами блока определения квадрата огибающей сигнала, выход которого соединен с входом триггера Шмидта, а также последовательно соединенные блок оценки мгновенной частоты ошибки и блок управления, выход которого подключен к входу управляемого генератора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения мгновенных скоростей потока, в него дополнительно введены последовательно включенные между одним выходом формирователя импульсов ошибки автоподстройки и входом установки "0" блока оценки мгновенной частоты ошибки первый эпемент ИЛИ, второй вход которого соединен с дру2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок оценки мгновенной частоты ошибки содержит последовательно соединенные измеритель временных интервалов и постоянное запоминающее устройство, а блок управления состоит из последовательно соединенных накапливающего сумматора, входы которого соединены с информационными выходами

1172О1О

20

35 постоянного запоминающего устройства и цифроаналогового преобразователя, причем входы управления измерителя временных интервалов, постоянного запоминающего устройства и накапливающего сумматора объедиИзобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для приема и обработки сигна/ лов лазерных доплеровских измерителей скорости турбулентных потоков жидкости или газа, Цель изобретения — повышение точности измерений мгновенных скоростей потока.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема частотноимпульсного устройства автоподстрой. ки частоты, на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие принцип действия устройства.

Частотно-импульсное устройство автоподстройки частоты содержит смесители 1 и 2, фильтры 3 и 4 нижних частот, управляемый генератор 5, формирователь 6 импульсов ошибки автоподстройки (ФИОА), блок 7 определения квадрата огибающей сигнала, триггер Шмидта (ТЕ) 8 первый 9 и второй 10 RS-триггеры, первый 11, второй 12 и третий 13 элементы И первый элемент 14 задержки, первый элемент ИЛИ 15, второй элемент 16 задержки, дискретный фильтр (ДФ) 17 третий RS-триггер 18, второй элемент ИЛИ 19, блок 20 оценки мгновенной частоты ошибки, блок 21 управления, измеритель 22 временных интервалов (ИВИ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 23, накапливающий сумматор 24 и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 25.

На диаграммах фиг. 2 приняты следующие обозначения:

A(t) — одночастотный доплеровс-. кий сигнал на выходе фильтров 3 и 4, нижних частот;

8,(г. t) — импульсная последовательность на выходе первого элемента

ИЛИ 15 в моменты перехода доплеровских сигналов через ноль; иены и являются тактовыми входами, другой вход измерителя временных интервалов является входом установки "О", а другой вход накапливаю" щего сумматора является входом сложения-вычитания °

b (С) — бланк сигнала на выходе

ТШ 8; () — бланк сигнала на выходе

4 первого RS-триггера 9;

8 (t;). — импульсная последователь-. ность на выходе первого элемента

И 11j

8 (t) — бланк сигнала на выходе

5 второго RS-триггера 10;

S<(t„ ) и 5>(t ) — импульсные последовательности на выходах ФИОА 6 в . моменты времени перехода ортогональных сигналов фильтров нижних частот через ноль

S (t) — логический сигнал знака

В импульсных последовательностей S<(t, ) и о (;) на выходе третьего RS-триггера l8;

m„(t„)- числовое значение кодов, считываемое из ПЗУ 23 по адресу, формируемому в ИВИ 22; сигнал управления на вы0 ходе ЦАП 25.

Устройство работает следующим образом.

Доплеровский сигнал A(t) cos q (t), где A(t) — огибающая и q (t) — фаза колебания умножается в смесителях и 2 на колебания sinф„,(t) и сов п„(t) поступающие с квадратурных выходов управляемого генератора 5, и с помощью фильтров 3 и 4 нижних частот выделяются колебания с разностной фазой

К-A(t) cos (ñó (t) — Cp, (t)) и

К A(t) sinPq(t) -q„,(t)j

В блоке 7 определения квадрата огибающей сигнала оба колебания возводятся в квадрат и суммируются, что дает квадрат огибающей доплеровского сигнала К,A(t)g, где

К 1 — коэффициент передачи схем.

1172010

По переходам через ноль квадратурных колебаний формируются импульс ные последовательности F (t; ) и

E> (t; ) на выходе ФИОА 6, .которые на выходе первого элемента ИЛИ 15 образуют импульсную последовательность (t ).

Из сигнала квадрата огибающей с помощью ТИ 8 формируется бланк сигнала (), у которого передний 1р и задний фронт размыт из-за многократного срабатывания от шума и остаточных пульсаций второй гармоники доплеровского сигнала.

Кроме того, первые и последние 15 импульсы 3,(t ° ), получаемые от ортогональных сигналов (на фиг. 2 показаны сплошной и штриховой линиями), имеют низкую достоверность из-за сильного влияния шума, неопределенности начальной фазы и амплитуды колебания. Эти импульсы необходимо исключить, так как они не несут информацию о фазовых соотношениях сигналов. Для этого сигнал с ТШ 8 ZS подается на S-вход первого RS-триггера 9, а на его R- xop — сигнал с выхода первого элемента ИЛИ 15 через первый элемент 14 задержки.

Сформированный таким образом бланк

3,(t) подается на первый 11, второй

12 и третий 13 элементы И в качестве сигнала разрешения. В результате формируются импульсные последовательности Б, (t.), 3,(;), 8, П,) . .З, С помощью последовательности R,(;) второго элемента 16 задержки и второго RS-триггера 10 формируется

"чистый" бланк сигнала g (t). ДФ 17 исключает чередующиеся импульсы, которые характерны при флюктуациях фазы сигнала. Затем с помощью третьего RS-триггера 18 формируют логический сигнал знака импульсных последовательностей 86 (t ) и S (tq ) .45

Выходная импульсная последовательностей снимается с выхода второго элемента ИЛИ 19.

Таким образом достигается дополнительная фильтрация импульсов ошибки автоподстройки от фазовых шумов доплеровского сигнала и обеспечивается синхронизация бланка сигнала K< (t), импульсной последовательности E (t.„ ) и логического сигнала знака 5> (t).

В ИВИ 22 формируется код временного интервала (t; — t;) = q t;, который является адресом, по которому считываются данные, предварительно сформированные или записанные в ПЗУ 23. Каждому адресу соответствует выборка (обратно пропорциональная величина измеряемого временного интервала 2 J

= 4Я;.

Следовательно, числовое значение кода выборки определяется соотношением и является оценIT кой мгновенной разностной частоты входного доплеровского сигнала и сигнала управляемого генератора 5.

Выборки оценок частоты суммируются с учетом их знака в накапливающем сумматоре 24 и преобразуется в ЦАПе

25 в сигнал управления. Скорость движения схемы к равновесию в такой схеме определяется величиной ЬЯ, Благодаря тому, что в предлагаемом устройстве осуществляется дополнительная фильтрация импульсных последовательностей ошибки автоподстройки и их взаимная синхронизация, по которым затем формируется оценка мгновенной частоты разбаланса и ее знак, вероятность срыва слежения sa частотой доплеровского сигнала значительно уменьшается и тем самым по— вышается надежность работы устройства.

1172010

Фиг.1

11720I0 5®

Фиг.2

Составитель Ю. Грачев

Редактор Аг. Шандор Техред А.Кикемеэей Корректор С. Шекмар

Заказ 4917/52 Тираж 872 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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