Способ стробоскопического преобразования периодического переменного напряжения

 

Изобретение относится к области электрических измерений и может быть использовано при излучении быстропеременных процессов. Цель изобретения - повышение точности преобразования . Устройство содержит усилитель Яй/Г|:У: . агра}шчнтель 1, управляемые делители 2 и 3 частоты с переменным коэффициентом деления однополосного преобразователя 4 частоты, кварцевый генератор 5, генератор 6 строб-1-1МпульсоБ, стробоскопический смеситель 7, усилитель 8 низкой частоты и полосовой фильтр 9. Введение операции суммирования поделенных частот преобразуемого напряжения и напряжения опорного генератора с последующим Использованием напряжения полученной частоты гцш стробирования уменьшает диапазон изменения преобразованной частоты при перестройке преобразуемой частоты. Введение операции суммирования при равном коэффициенте деления обеспечивает синхронное деление указанных частот, дает постоянство преобразованной частоты со стабильностью частоты опорного генератора, 1 иэт, с «3 вь/к. Fnp

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

О9)Я (lll 1 226 3 А (511 4 G 01 R 13/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ /ц г (54) СПОСОБ СТРОБОСКОПИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к области электрических измерений и может быть использовано при излучении быст. ропеременных процессов. Цель изобретения — повышение точности преобразования. Устройство содержит усилитель пр (21) 3815684/24-21 (22) 26 ° 11 ° 84 (46) 23 ° 04.86.Бюл. 11"- 15 (72) А,С.Тютюнник (53) 621.317 ° 755 (088.8) (56) Измеритель разности фаз комбинированный ФК2-12; Техническое описа. ние и инструкция по эксплуатации, 1978.

Рябинин 10.А. Стробоскопическое осциллографирование. — M. Советс— кое радио, 1972, с.9. ограничитель 1, управляемые делители 2 и 3 частоты с переменным коэффициентом деления однополосного преобразователя 4 частоты, кварцевый гене ра тор 5, генератор 6 строб-импульсов, страбоскопический смеситель 7, усилитель 8 низкой частоты и полосовой фильтр 9, Введение операции суммирования поделенных частот преобразуемого напряжения и напряжения опорного генератора с последующим использованием напряжеьв1я полученной частоты для стробирования уменьшает диапазон изменения преобразованной частоты при перестройке преобразуемой частоты. Введение операции суммирования при равном коэффициенте деления обеспечивает синхронное деление указанных частот, дает постоянство преобразованной частоты со стабильностью частоты опорного генератора.

1 ил.

12263

Изобретение относится к электрическим измерениям, в частности к области стробоскопических измерений, и может быть использована при излучении быстрапеременных процессов. 5

Цель изобретения — повышение точности преобразования за счет уменьшения влияния выходных шумов преобразования путем уменьшения диапазона изменения преобразованной частоты 10 при перестройке преобразуемой частоты.

Сущность способа заключается в том, что после деления частоты периодического переменного преобразуемого напряжения на коэффициент е (гпцелое положительное число, большее

I) равный количеству периодов пере-! менного преобразуемого напряжения в периоде стробирования и определяемый 20 частотным диапазоном переменного напряжения, суммируют частоту поделенного по частоте переменного преобразуемого напряжения с частотой напряжения, частоту которого получают делением частоты опорного генератора на тот же коэффициент m . Введение операции суммирования поделенных час".ат преобразуемого напряжения опорного генератора с последующим использова- 30 нием напряжения полученной частоты для стробирования уменьшает диапазон изменения преобразованной частоты при перестройке преобразуемой частоты. Введение операции суммирования поделенных частот переменного преоб-. разуемого напряжения и напряжения опорного генератора. при равном коэфциенте деления, что обеспечивается синхронным (т,е„одинаковым) делением указанных частот, дает постоянство преобразованной частоты со стабильностью частоты опорного генератора, Это позволяет сузить до любой величины полосу пропускания по выходу стра- > баскопического преобразователя, что дает возможность установить íà выходе стробоскопического преобразователя фильтр с мйлой полосой пропускания (апределяемой лишь формой сигнала) и

-, тем самым уменьшить уровень пг мон.

Операция суммирования частоты алгебраическое, что включает и получение разности частот) может предCl ставлять собой гетеродинное преобразование, однополосное преобразование (реализаванное, например, в микросхеме 174XA7), смещение частоты с по18 2 молью непрерывного фазовращения, суммирование в кольце ФАП.

На чертеже изображено устройство стробоскопического преобразования, реализующее предлагаемый способ.

Стробоскопический преобразователь состоит из усилителя-ограничителя 1, управляемых делителей 2 и 3 частоты с переменным коэффициентом деления, однопслосного преобразователя 4 частоты, кварцевого генератора 5, генератора 6 строб-импульсов, стробоскопического смесителя 7, усилителя 8 низкой частоты, полосового фильтра 9.

При этом вход устройства подключен к входам стробоскопического смесителя 7 и усилителя-ограничителя 1, выход которого через первый управляемый делитель 2 частоты подключен к первому входу однополосного преобразователя частоты, к второму входу которого через второй управляемый делитель 3 частоты подключен выход кварцевого генератора 5, Выход однополосного преобразователя 4 частоты через генератор 6 строб-импульсов подключен к входам опорного сигнала стробоскопического смесителя, выход которого через усилитель 8 низкой частоты подключен к входу полосового фильтра 9, выход которого является выходом устройства. Управляющие входы делителей

2 и 3 частота. подключены к управляющим кодовым шинам, Усилитель-ограничитель представляет =абай обычный усилитель-ограничитель, коэффициент усиления и уровень ограничения выбраны такими, чтобы выходное напряжение было достаточно для запуска последующих делителей частоты. Управляемые делители 2 и 3 часготы представляют собой обычные цифровые делители частоты с переменным коэффициентом деления, Величина коэффициента деления поступает в цифровом коде из внешних устройств, Делители могут представлять собой де. лители на счетчиках типа 155ИЕ7, Делитель 2 может быть выполнен на микросхемах типа серии 193,, Делители должны выдавать напряжение формой, необходимой дня преобразователя (регенеративные делители) либо иметь на выходе фильтры для выделения основной гармоники, Однопалосныи преобразователь 4 частоты представляет собой, например, микросхему 174ХА7 либо другое устройство однополосного преобразования частоты. Кварцевый ге1226318 виде

1О

20

F«

25 (4) 30 тпТп

Т„

mT„, откуда

45

55 т0«р = 2 «F <1p нератор 5 представляет собой обычный кварцевый генератор с выходным напря. жением, например уровнями логики.Генератор строб-импульсов — обычный генератор-обостритель с одновременной выдачей разнополярных импульсов.

Стробоскопический смеситель представляет собой обычный строб-смеситель, например, с мостиком диодов, Усилитель 8 — общепринятый низкочастотный усилитель, например, на микросхеме

544УД2. Фильтр 9 — низкочастотный полосовой фильтр.

Устройство работает следующим образом.

Периодическое напряжение U частоты f усиливается и ограничивается усилителем 1, С выхода усилителя-ограничителя импульсы стандартной формы поступают на управляемый делитель 2 частоты, на котором по внешним сигналам устанавливается коэффициент деления m. На выходе делителя выдается напряжение частоты с

Управляемый делитель 3 частоты

m выдает на выходе напряжение частоты

F«« где F — выходная частота

m кварцевого генератора 5. Однополосный преобразователь частоты выдает на выходе напряжение разностной часг.с Рпа то ты

m m

Генератор 6 строб-импульсов иэ напряжения полученной частоты формирует короткие разнополярные импульсы, одновременно поступающие на стрсбоскопический смеситель 7. Стробоскопический смеситель 7 стробирует поступающее на него переменное периодическое напряжение U стробирующими импульсами и запоминает напряжение в момент стробирования. Усилитель 8 усиливает выборки запомненного напряжения, Полосовой фильтр 9 выделяет огибающую частоты F, огра. ничивая полосу шумов выходного преобразованного напряжения, Рассмотрим более подробно работу устройства.

Так как входной сигнал является периодическим с периодом Tc то его можно записать в общем виде как функцию аргумента Q t

U = Е(т,1 t) = f (— --t), 2 « с Т

ГДЕ <1с= 2 < f<

Напряжение U на выходе стробоскопи2 ческого смесителя можно записать в

U = К f(----- Т ° К) (2) 2«

2 (Т и У с где T> — период дискретных выборок, определяемый по теории Котельникова;

К вЂ” 0,1,2,...;

К4 — коэффициент. передачи при стробировании.

Так как выражение (2) представляет собой периодическую функцию, то его можно записать в виде — К 1 - — — (Т вЂ” шТ )К (3)

1 2п

Т и С ° где тп — любое целое число, в нашем случае равное коэффициенту деления m.

Частота импульсов стробирования на выходе генератора 6 строб-импульсов запишется как с где m — - коэффициент деления частоты.

Из формулы (4) можно получить, заменяя частоты периодами, выражение

Тстп

Т вЂ” шТ. (6) и Т

Подставив выражение (6) в (3), получим

Г 2«Т-Т, U =k,f < — — (— -" — ) К г 1 Т, Т„ — К f (---- — Т „К) .

2« (7)

Т„

Так как T «T с и выполняются условия теоремы Котельникова о выборках, то после усиления на выходе полосового фильтра 9 имеем напряжение Uö„,„, которое получаем, заменяя дискретные временные выборки текущим временем с учетом коэффициента передачи

U = КК (—,— 1) 2<1 т<ь«; . < г Т

К f(uÄ 1.) (8) где К. — коэффициент передачи усилиГ теля и фильтра

К К, К

l 22 б318

Составитель Н.Михалев

Техред Л.Олейник

Редактор А.Шишкина

Корректор С,ЧеРни

Тираж I28

BHHMIiH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 2125/42

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г,Ужгород, ул.Проектная, 4

Можно аналогично показать, что период повторения напряжения Uebö равен

Т лР Р„

Сравнивая уравнение (1) и (8), видим, что напряжение П,„ по форме сов и падает с преобразуемым напряжением, но имеет трансформированную частоту

О„„, которая не зависит от изменения входной частоты CO = 2hf В случае, если однополосный преобразователь 4

fc Рар выдает частоту — — + — — —, то

m, m выражение (8) меняет свой знак,, т, е, входное и выходное напряжения противофазны. Можно также аналогично показать, что если коэффициент деления частоты Ft, в 36 раз больше, чем коэффициент деления частоты преобразуемого напряжения f, то на ча" òîòå:. Р„ на выходе выделится напряжение Ж -й гармоники входного напряжения U . По м величине этой гармоники можно судить о нелинейных искажениях входного сигнала в случае, если, например, вход, ной сигнал имеет форму синусоиды.

Полученные выражения можно также получить более строгим методом с использованием спектральных методов .

Выбор коэффициента деления . наиболее просто решается в том случае, если частота f . .априорна известна„

С

Тогда, например, при выбранном диапазоне изменения Х» =1-2 МГц для диапазона частоты Х 2-4 МГц должен выдаваться коэффициент деления m=2, для f 4-6 МГц — коэффициент делес ния m = 3 и так далее, Коэффициент деления для выбранного диапазона выбирается постоянным и прк этом не требуется проведение каких-либо настроечных или измерительных ручных опе. раций. Стробоскопический преобразователь полностью работает в автоматическом режиме, Коэффициент деле— ния может также выбираться последовательным делением B автоматическом режиме частоты входного преобразуемого напряжения с последующим сравнением результата деления частотным компаратором с эталонным значением частоты. При положительном результа те сравнения выдается требуемая вели. чина коэффициента m.

Из рассмотрения формулы (8) видно, что частота выходного преобразо10 ванного напряжения не зависит от частоты вхоцного напряжения и равна .- выдаваемой частоте кварцевого генератора. Установив узкополосный фильтр, можно существенно сузить г. олосу выходных шумов и соответствен15 но повысить точность преобразования, например, по фазовому сдвигу.

Формула изобретения

?О

Способ стробоскопкческого преобразования перкоцического переменного напряжения с трансформацией временного масштаба, заключающийся в строби25 рованки импульсами, засинхронкзованными с преобразуемым напряжением, запоминании мгновенных значений пере. менного момент времени стробкрования, выделения огибающей преобразованного низкочастотного нап30 ряжения с формированием моментов стробированкя делением по частоте входного переменного напряжения на коэффициент щ, равный количеству периодов переменного напряжения в пеЗ5 ркоде стробкрования, где N — целое число, большее 1, и определяемый частотным диапазоном переменного напряжения, о т л и ч а ю щ к и с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, генерируют опорную частоту, равную выбранной частоте оги— бающей преобразованного низкочастотного напряжения, делят ее на коэффиц ент m суммируют с поделенной частотой преобразуемого переменного напряжения и кз нагряжения полученной частоты формируют по длительности и амплитуде стробкруюшие импульсы.