Устройство обработки сигнала лазерного доплеровского анемометра

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве системы обработки сигнала лазерного доплеровского анемометра (ЛДА). Цель изобретения - повышение точности измерений доплеровской частоты за счет повышения частоты выборки полезной информации из входного сигнала ЛДА. Сигнал ЛДА подается на вход входного фильтра, управляемого напряжением. С выхода фильтра сигнал параллельно поступает на сигнальные входы компараторов: контрольного уровня, первого порогового уровня, второго порогового уровня. Выходы компараторов попарно подключены к формирователям счетных и строб-импульсов, причем один из входов формирователя выполнен с инвертором. Логическая схема, содержащая четыре элемента И, линию задержки, двухвходовый логический сумматор, сдвиговый регистр и формирователь коротких импульсов, вырабатывает входной сигнал для интегратора, управляющего работой фильтра, а также параллельно счетный и стробирующие сигналы, подаваемые на входы частотного демодулятора и цифрового измерителя средней скорости. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в лазерной доплеровской анемометрии в качестве устройства обработки доплеровского сигнала.

Целью изобретения является повышение точности измерений за счет повышения частоты выборки полезной информации из входного сигнала.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 представлены диаграммы сигнала на выходах элементов схемы устройства.

Устройство содержит входной управляемый напряжением фильтр 1, выполненный по известным схемам, например, на оптронах, полевых или биполярных транзисторах, компаратор 2 контрольного уровня, компаратор 3 первого порогового уровня, компаратор 4 второго порогового уровня, первый и второй формирователи счетных и строб-импульсов 5, 6, частотный демодулятор (ЧД) 7 и цифровой измеритель средней скорости (ЦИСС) 8, первый и второй инверторы 9, 10, первый, второй, третий и четвертый двухвходовые элементы И 11-14, линию 15 задержки, двухвходовый сумматор 16, сдвиговый регистр 17, формирователь 18 коротких импульсов, интегратор 19, выполненный, например, в виде RC-цепочки.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал лазерного доплеровского анемометра входной электрический фильтруется управляемым напряжением фильтром 1 и поступает на компараторы 2-4. На фиг. 2А изображен сигнал, пересекающие его опорные уровни - первый, второй и контрольный, по которым срабатывают компараторы. Диаграммы сигналов на выходах компараторов - соответственно 2Б, 2В, 2Г. С выходов компараторов сигналы пересечения опорных уровней подаются на формирователи 5 и 6, формирующие последовательности счетных и строб-импульсов (соответственно 2Д и 2Е для формирователя 5 и 2Ж, 2З для формирователя 6). Формирователи 5 и 6 формируют счетные и строб-импульсы по сигналу пересечения контрольного уровня, поэтому, в случае присутствия в сигнале недостаточно отфильтрованной аддитивной составляющей, возможны ситуации: когда сигнал центрируется около пороговых уровней, не пересекая при этом контрольный. При этом строб одного из формирователей не закрывается, хотя счетные импульсы не формируются, что вносит существенную погрешность и снижает точность измерения. На диаграмме 2Д и 2Е присутствуют такие счетные импульсы и соответствующий им незакрытый строб. Выходной строб, который формируется элементом И 12, закрывается при любых выбросах сигнала (диаграммы 2И). Выходная последовательность счетных импульсов формируется элементом И 11, на один из выходов которого подаются счетные импульсы формирователя 5, а на другой - формирователя 6, проинвертированные элементом 10. Формирователь 18 коротких импульсов срабатывает по обоим фронтам входного сигнала (диаграмма 2Д). Последовательность коротких импульсов умножается элементом И 13 на выходной строб, задержанный линией 15 задержки (диаграмма 2Л) на выход на промежуток времени, больший длительности короткого импульса и меньший интервала между соседними короткими импульсами (диаграммы 2М). Задержка необходима для правильной реализации "сшивки" времени, при этом первый счетный импульс всякой последовательности, определяемый одним стробом, исключается, а вместо него подставляется счетный импульс последовательности предыдущего строба. Таким образом, устройство формирует счетные импульсы, строго соответствующие выбранному пороговому критерию. Выходной задержанный строб и импульсы с выхода элемента И 13 подаются на стробируемый счетчик 8, по которому производят отсчет доплеровской частоты, а также ЧД.

Стробы с выходов формирователей 5 и 6 подаются на вход элемента 16, который осуществляет сравнение их состояний (диаграмма 2Н). Если входной сигнал центрирован относительно контрольного уровня оптимально (оптимально фильтруется входным фильтром 1), состояние стробов совпадает с точностью до полупериода доплеровской частоты. Паразитные импульсы с длительностью, равной доплеровскому полупериоду, подавляются устройством, состоящим из одноразрядного регистра сдвига (например R-триггер) и элемента 14 (диаграмма 2,0). Эти импульсы сглаживаются интегратором 19 и подаются на управляющий вход входного фильтра 1. Если во входном сигнале присутствует аддитивная компонента, формирователи 5 и 6 выдают разные стробы, на выходе интегратора 19 появляется нарастающее напряжение (диаграмма 2П), которое перестраивает фильтр 1 так, что сигнал центрируется оптимально относительно контрольного уровня. Тем самым замыкается обратная связь, которая оптимизирует процесс входной фильтрации по критерию качества формирования стробов и по полноте использования информации, содержащейся во входном сигнале. (56) Титце У. , Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. М. : Мир, 1982, с. 512.

Коронкевич В. П. , Соболев В. С. , Дубинцев Ю. Н. Лазерная интерферометрия. М. , -Наука, 1983, с. 171-187.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ОБРАБОТКИ СИГНАЛА ЛАЗЕРНОГО ДОПЛЕРОВСКОГО АНЕМОМЕТРА, содержащее входной фильтр, компаратор контрольного уровня и компаратор первого порогового уровня с параллельно соединенными входами, подключенными к выходу фильтра, первый формирователь счетных и строб-импульсов, входы которого подключены к выходам соответственно компаратора контрольного уровня и компаратора первого порогового уровня, частотный демодулятор и цифровой индикатор средней скорости, одноименные счетные и стробирующие входы которых соединены между собой, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, в устройство дополнительно введены компаратор второго порогового уровня, второй формирователь счетных и строб-импульсов, два инвертора, четыре двухвходовых логических элемента И, формирователь коротких импульсов по переднему и заднему фронтам входных импульсов, линия задержки, двухвходовый сумматор, сдвиговый регистр, интегратор, причем вход компаратора второго порогового уровня соединен с выходом фильтра, а его выход подключен к первому входу второго формирователя, второй вход которого соединен с выходом компаратора контрольного уровня через первый инвертор, счетный выход второго формирователя подсоединен через второй инвертор к первому входу первого элемента И, к второму входу которого подсоединен счетный выход первого формирователя, строб-выходы формирователей подключены к входам второго элемента И, выход первого элемента И соединен с первым входом третьего элемента И черех формирователь коротких импульсов, а второй вход третьего элемента И соединен с выходом второго элемента И через линию задержки, выход третьего элемента И соединен со счетными входами, а выход линии задержки - со строб-входами частотного демодулятора и цифрового индикатора средней скорости, входы двухвходового сумматора подсоединены параллельно к входам второго элемента И, а его выход подключен параллельно к входу данных сдвигового регистра и к первому входу четвертого элемента И, второй вход которого соединен с выходом сдвигового регистра, тактовый вход сдвигового регистра подключен к выходу компаратора контрольного уровня, фильтр выполнен управляемым, а выход четвертого элемента И подключен к управляющему входу фильтра через интегратор.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2