Устройство измерения частоты

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения частоты сигнала. Устройство измерения частоты содержит: ключ 1, линию 2 задержки, сумматоры 3, 6. 7. вычитающее устройство 4, цепи 5, 8 фазового сдвига, амплитудные детекторы 9-12, аналого-цифровые преобразователи 13-16, вычислитель 17, устройство 18 управления. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

I i ° в

° ° ° ° °

1 °

° °

° °

° ° : ° е °

° °

° в

° ° ° °

Il ° °

° °

° ° °

° °

° °

° ° ф ° °

° ° ° ° 1

° ° ° ° °

° е ° а

° 1l. ° 14 ° 1

° ° °

2000578

11зобре(е(<иe огноси(.; к устройст((эм измерения частоты электрических сигналое, в частности радиосигналов, и может быть использовано е различных измерительных системах, В TQ!(числе е интеоферометрах, работающих в широком частотном диапазоне.

Известно устройство контроля стабильности частоты генератора (см. патент CLUA

t4. 2902649, кл. 324-82, 01.09.59), содержащее две ветви, соединенные с входом устройст(<а .1 с:держг<щие: одна ограничитель, а другая — QQcледоеательно соединенные

-:.,:<(С «;,- <::-0 н.<".кяя точ«ост» эбсолютt(0(0 !! <Ия частоты, связанная с

>< .c- ãI,«

1 Р<< " .":. !

;.." . .< (,- .,- .е устройство ц(;фрового

:,:. ч " ;;тсты (ct.l, патент США N- ," 24! (<2, 02,11.,1), взятое за »< >" :,: <,,".(Э ., ЕЕ В ;О: IIIQ><,:ОГ(ОСОВО!1 .::"l;: 0 g;Qri((((«<твльно поди: -д p;i. (1, (р(1. !Ом на вы ">! " . . ОМЯI<<ГТ Ь<Х (10 (QCOBOf Q . <<:.(:.:;д ржки формируется, :!, . . II(I 1 С >Г(<Э>ЛЬ(, ИЗ Dbl (; ><;" задерж и, сдвинуто(.,, i<0> O СИГНаЛа ПОЛОСОВОГО

;:. ль .> . !.CI;b<:.;;,OTQH второй су;.марный

::.,: из " ..:,Од< Qro сигнала ли((ии задер(ки . -: I: oät:Qãо сигнала пг>(<осоеого филь(, а, с> .1 уT 0 Г ) на 30(, фОрми руется 1 ретий

:.,м;- О;:.:(Г< с<<г;..<л. С< ор(лироеа <ные сум;лаР,<,й аторэ, а прсдетектированil ле ВторО(1 и третий cjììçpt(b(e сиГ .алы посту(;ают «-: соответствующие входы второго компэраторэ, выходнь..е сигналы которых Образуют код, ((озволяющий оценить частоту Bx0,ã"f

Нздоста ком укаэанного устройства явrëñTcfI собх<- "1,<ость использосэния большого ч:..сла кана.(ое, подобнь(х описанному, для обе(;пе«ен! я Высской точнос!и измерения. что приводит к значителbному усложнению всего устройства, увел(« ению его габаритов и веса.

Целью изобретения является обеспечение Высокой точности измерения частоты в

Относительно широком частотном диапазоне без замет«0(0 уе:-ли <> ния > эг>:<пито(и

ЯЕСЛ СТРПйс<ва

Ц(Г Ь ДОСти ается тем, чго 13 иэеЕСтнСе устройство измерения частоты, содержащее линию задержки, выход которой соединен с входом первого сумматора, с входом вычитающего устройства, входом второго сумматора и входом первой цепи фазового сдвига, и четыре амплитудных детектора, подключенных к соответствующим выходам первого сумматора, вычитающего устройства, второго сумматора и третьего сумматора, первый вход которого соединен с входом устройства, а также с вторыми входами первого сумглатора и еычитающего устройства и с входом второй цепи Фазового сдвига, выход которой подключен к второму входу

Второго сумматора, с Bb(xop первой цепи фазового сдвига — к второму входу третье о суглматора, Введены ключ, четыре аналогоцифровь(х преобразофтеля (АЦП). вычислитель и блок управления, причем упомянутые

АЦП подключены между выходами соответствующих а(лпл!<тудных детекторое и соответствующими входами вычислителя, вход кл(оча соединен с входо(л устройства, выход — с входом линии задержки, а вход управления — с Выходом блока управления, который

СОЕДИНЕН таКжЕ С ЕХОЛОМ УПРЭЕЛЕНИЯ ВЫчИСлите/(я.

Подобное Выoo tl как эа счет воэможности оценки еычи лителем произвольного фазового сдвига, создаваемого линией задержки, так и зэ счет возможности ко(лпенсэции неидентичности коэффициентов передачи ка((алое Gno"ãoäýðÿ еведенногс ключа.

Сопостави Tål .t.ный анализ зэлеленнÎго техничес!.Ого решен.(я с протот,i с выходом блока управления. Поскольку укаэанные признаки обеспечиеэюг дост(!жения требуемого техни <еского результата. Они являются существенными и

re0áõîäèìbIb<è во всех случаях использования предложен((ого усгройс(еа.

На фиг. 1 приведена блок-с е(ла устроиства; нэ ф<1(. 2 (<(.> <Ор> .(ч ди;i<(>г»лмэ на<(ряжении е> 0(л ii, «,<* .», °,".1(;>, « (" < < ,ъ 1

2000578

Устройство измерения частоты содержит последовательно соединенные ключ 1 и линию 2 задержки. При этом вход ключа соединен с входом устройства, а выход линии задержки соединен с первым сумматором 3. вычитающим устройством 4, первой цепью 5 фазового сдвига и с вторым сумматором 6, Кроме того, вход устройства соединен с вторым входом первого сумматора 3, вторым входом вычитающего устройства 4, с входом третьего сумматора 7 и с второй цепью 8 фазового сдвига, выход которой соединен с вторым входом второго сумматора 6, а выход первой цепи 5 фазового сдвига — с вторым входом третьего сумматора 7. В свою очередь, выход первого сумматора 3, вычитающего устройства 4, третьего сумматора 7 и второго сумматора 6 соответственно соединены с амплитудными детекторами 9, 10, 11, 12, выходы которых подключены к соответствующим АЦП 13. 14, 15, 16, выходы которых подключены к соответствующим входам вычислителя 17. При этом вход управления ключа 1 и вход управления вычислителя 17 соединены с выходом устройства 18 управления.

Устройство работает следующим образом. Перед очередным измерением частоты блок управления вырабатывает команду, обеспечивающую размыкание ключа 1 и работу вычислителя 17 в режиме калибровки каналов. Благодаря раэмыканию ключа 1 при наличии сигнала на входе устройства сигналы на выходах сумматоров 3, 6, 7 и вычитающего устройства 4 будут одинаковыми по величине. Обозначив укаэанные напряжения величиной U, может записать выходные напряжения соответствующих детекторов с учетом их коэффициентов передачи как

01з = 0 К1з

U14=U К14

U15 = U K15

U16=U К16 (1)

На выходах АЦП при этом появятся цифровые коды, соответствующие указанным величинам, которые поступают на соответствующие входы вычислителя 17.

Последний, находясь в режиме калибровки, вычислит отношения напряжения 01з к напряжениям U14, U15 и U16, равные соответственно

01з й1з . 01з К1з 1-1 1з К1з а= —; // =— - — =, . y= — =—

U14 U14 015 К15 U16 К16 (2) величины которых запоминаются.

Через временной интервал, достаточный для вычисления указанных отношений и их запоминания, блок управления снимает команду. благодаря чему ключ 1 оказывается замкнутым, а вычислитель 17 переходит в режим измерения частоты.

Пусть входной сигнал имеет вид синусоиды с амплитудой, равной U. и частотой, равной о. Мгновенное значение такого сиг10 нала может быть записано как и - U cos cut (3)

Свитая, что величина задержки в линии

15 2 задержки равна т, можем записать мгновенное значение сигнала на выходе линии 2 задержки как ит= U cos(w t — м) (4)

Сравнивая выражения (3) и (4) видим, что напряжение на выходе линии задержки оказывается сдвинутым относительно входного сигнала по фазе на величину cut.

25 Обозначим 0 р (2л величину. равную р =аг-2лп.

30 где п — целое число, и рассмотрим векторную диаграмму фиг. 2, где:

Х вЂ” амплитуда напряжения на входе устройства;

У вЂ” амплитуда напряжения на выходе линии задержки;

Xgo — амплитуда напряжения на выходе второй цепи фазового сдвига (на л/2);

Y9o — амплитуда напряжения на выходе первой цепи фазового сдвига (на л/2);

4o A — амплитуда напряжения на выходе первого сумматора;

 — амплитуда напряжения на выходе вычитающего устройства;

С вЂ” амплитуда напряжения на выходе

45 третьего сумматора;

0 — амплитуда напряжения на выходе второго сумматора.

Учитывая, что первая и вторая цепи фазового сдвига обеспечивает фазовый сдвиг, равный л/2, и используя известные геометрические соотношения в треугольнике, можем записать

А -Х + Y +2ХУсозр

55 В X2+ y2 — 2Xy сов л

С -X + Y — 2XY sinrp

О -Х +Y +2XY з(п р (5)

Вычитая из первого равенства второе, а из четвертого третье, получим

2000578

А — В -4ХУсовф

0 — С -4XY sing (6) 02 С2

tg( (7) 2гп+м о) =- - - — - -, т (9) Фз=А K1ç

U14- В . К14

U15 = С К15

016= 0 К16 (10}

55

Разделив второе равенство на первое, получим

Из (7) с учетом знаков синуса и косинуса (6) можем найти выражения для значения

02 СЭ р-л+агс19 — —, если А < В

A2 — В ф= arctg — — -- —, если А > В и 0 > С

2 2 2 2

A — В

2 2 р-2 л+ агс19 —; —, если А > В и 0 < С

0 — С 2 2 2 2 г р=,если А =В и0 >С .77 2 2 2 2

p-- —,еслиА =В иО <С (8)

3;г 2 2 2 2

Зная величину р, легко можно определить искомое значение частоты, которое будет равно

Аналогично (1) в режиме измерения частоты напряжения на соответствующих выходах детекторов будут равны а на выходах соответствующих АЦП будут выработаны соответствующие коды.

В режиме измерения частоты вычислитель 17 умножает выходные коды АЦП 14-16 на соответствующие ранее вычисленные отношения Q,P иу, что приводит к формироК1з ванию четырех чисел: А К1з; В К14 . =

К14

К1з К1з

В К13; С К15 — = С К13 и 0 К16 =

К15 К15

0 К1з. Вычисляя отношение квадратов разностей ((О К1з) — (С.К1з) ) и ((А К1з)

-(В .К1З) ), убеждаемся, что оно совпадает с правой частью выражения (17) что в соответствии с соо1ношениями (8) и (9) позволяет

45 определить точное значение искомой частоты.

Из вышеизложенного следует, что наличие режима калибровки позволяет исключить влияние разброса и нестабильности коэффициентов передачи таких "активных" элементов, как амплитудные детекторы, а принятый метод измерения, кроме того, нечувствителен к нестабильности коэффициента передачи замкнутого ключа 1 (см, выражения (5)-(7)), Таким образом, точность измерения в предложенном устройстве будет определяться линией задержки, схемами фазового сдвига, сумматорами и вычитающим устройством. Но т.к. перечисленные устройства могут быть выполнены исключительно на пассивных элементах типа линий передачи, их точность и стабильность могут быть достаточно высокими, обеспечивая точность измерения частоты на уровне десятых или даже сотых долей процента.

Последнее позволяет обеспечить высокую точность измерения частоты при достаточно простом построении устройства и его небольших габаритах.

Устройство достаточно просто реализуется с использованием стандартной элементной базы в части создания ключа, линии задержки, сумматоров, вычитающего устройства, схем фазового сдвига. амплитудных детекторов, АЦП и вычислителя (с учетом алгоритма, приведенного на фиг. 3).

В качестве же управляющего устройства в простейшем случае может быть использован мультивибратор в автоколебательном режиме.

Из описания работы устройства также следует, что при использовании квадратичных амплитудных детекторов могут быть исключены операции возведения в квадрат в вычислителе 17 (исключаются операции, обьединенные пунктиром на фиг. 3).

Формула изобретения

1, Устройство измерения частоты, содержащее подключенные к входу устройства две ветви, одна из которых содержит линию задержки, причем выход первой ветви соединен с первым сумматором. вычитающим устройством, вторым сумматором и первой цепью фазового сдвига, четыре амплитудных детектора, подключенных соответственно к выходам первого сумматора, вычитающего устройства, второго сумматора и третьего сумматора, первый вход которого соединен с выходом второй ветви, к которому подключены также вторые входы первого сумматора, вычитающего устройства и вторая цепь фазового сдвига, выход которой подключен к второму входу второго

2000578

10 сумматора. а выход первой цепи фазового сдвига соединен с вторым входом третьего сумматора, от л и ч а ю щ ее с я тем. что в него дополнительно введены ключ, четыре . аналого-цифровых преобразователя, вычис- 5 литель и блок управления, причем упомянутые аналого-цифровые преобразователи подключены между соответствующими выходами амплитудных детекторов и входами вычислителя, ключ установлен в одной из 10 упомянутых ветвей устройства, а его вход управления и вход управлсния вычислитеi; i подключены к выходу блока управления.

2, Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что амплитудные детекторы являются линейными детекторами.

3. Устройство по и. 1. о т л и ч а ю щее с я тем, что амплитудные д -.екторы являются квадратичными детекторами.

4, Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что цепи фазового сдвига обеспечивают фазовый сдвиг 90 .

2000578

Составитель А.Янишевский

Техред М.Моргентал Корректор М.Максимишинец

Редактор А.Кучерлкова

Заказ 3077

Тираж Подписное

НПО " Поиск Роспатента

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

Проиэнодс гвенно издателлгкий комбинат "Патент", г. Ужгород. yn.t аглринэ, 101

Устройство измерения частоты Устройство измерения частоты Устройство измерения частоты Устройство измерения частоты Устройство измерения частоты Устройство измерения частоты 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерений флуктуаций частоты генераторов высокой стабильности

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для обеспечения высокотечных сличений и синхронизации мер частоты

Изобретение относится к технике электроизмерений и предназначено для измерения девиации частоты сигналов с произвольным законом модуляции, является дополнительным изобретением к авт

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в различных радиотехнических измерительных устройствах, предназначенных для непосредственного измерения девиации ЧМ-сигналов

Изобретение относится к области радиотехники и может .быть использова НС в различных радиотехнических измерительных устройствах

Изобретение относится к области измерений, преимущественно СВЧ-диапазона , и может быть использовано при измерении флуктуации частоты автогенератора

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в информационно-измерительных устройствах

Изобретение относится к области стабилизации частот генераторного оборудования и может найти применение в аппаратуре связи, радиолокации, измерительной технике

Изобретение относится к стабилизации частот генераторного оборудования и может быть использовано в аппаратуре связи, измерительной технике

Изобретение относится к радиотехнике и другим областям электронной техники, в которых используются сигналы с угловой модуляцией, и может быть использовано для преобразования девиации фазы в девиацию частоты с любым заданным коэффициентом преобразования

Изобретение относится к радиотехнике и другим областям электронной техники, в которых используются сигналы с угловой модуляцией, и может быть использовано для преобразования девиации частоты в девиацию фазы с любым заданным коэффициентом преобразования
Наверх