Статистический анализатор нестабильности периода (частоты) колебаний

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для исследования нестабильности периода (частоты) электрических колебаний от различных источников. Предложенный статистический анализатор содержит генератор опорной частоты и последовательно соединенные смеситель, блок формирования и временной привязки, блок регулируемой задержки, распределитель импульсов, схемы управления индикаторами, установленными в индикаторной панели, и блока автоматики (и управления). Он отличается тем, что для достижения технического результата повышения быстродействия (а именно: ускорения набора гистограммы распределения) в него введен дополнительный блок кратковременной задержки, включенный между выходом блока формирования и временной привязки и входом распределителя импульсов для его установки в исходное состояние сразу же после измерения каждого периода исследуемого колебания. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для исследования нестабильности периода (частоты) электрических колебаний от различных источников.

Известны устройства для измерения и статистического анализа интервалов времени и их нестабильностей, реализующие метод "задержанных совпадений", которые содержат формирователи импульсов, устройства задержки и многоканальный временной дискриминатор со схемами совпадений (см., например, [1]). В устройстве для измерений флуктуации временных интервалов [2] в блоках задержки импульсов, сформированных из исследуемого сигнала, и в многоканальном временном дискриминаторе используются секционированные линии задержки, что ограничивает возможности регулирования диапазона измеряемых интервалов времени и ширину временного "окна" каждого канала анализатора. В измерителе флуктуации периода и фазы электрических колебаний [3] также используются линии задержки и генераторы точной задержки, однако у этого устройства - аналоговый выход, что усложняет индикацию результатов измерения. В анализаторе плотности распределения случайной фазы сигнала [4] (преобразованной в интервалы времени) применяется уже многоканальный временной дискриминатор, содержащий цифровой счетчик импульсов с дешифратором и схемы совпадений с электронными счетчиками и индикаторами импульсов в каждом канале, а также для повышения точности расширитель временных интервалов с переменным коэффициентом расширения. Однако в этом анализаторе не предусмотрена возможность независимой регулировки ширины временного "окна" в каждом канале временного дискриминатора.

Наиболее близким по техническому решению - прототипом предлагаемого устройства является статистический анализатор нестабильностей интервалов времени, описанный в [5]. Он состоит из генератора опорной частоты и последовательно соединенных смесителя, блока формирования и временной привязки, блока регулируемой задержки, распределителя импульсов (содержащего регистр сдвига и схемы совпадения в каждом канале), схем управления индикаторами, установленными в индикаторной панели, и блока автоматики (и управления). Принцип его работы поясняется временными диаграммами на фиг.1 и заключается в следующем.

Высокочастотный сигнал после переноса спектра в область НЧ смесителем (а низкочастотный - непосредственно) подается на вход блока формирования и временной привязки, где в момент пересечения сигналом нулевого уровня формируются короткие импульсы, привязанные во времени к ближайшему импульсу генератора опорной частоты. Первый же такой импульс запускает блок регулируемой задержки то, по окончании которой запускается распределитель импульсов, формирующий временные "окна". Следующий импульс попадает через одно из таких "окон" на вход соответствующей схемы управления индикатором, что приводит к смещению изображающей точки в данном канале индикаторной панели на одну позицию вверх. В зависимости от нестабильности временного интервала между импульсами они попадают в те или иные "окна" и регистрируются соответствующими каналами индикаторной панели, в результате чего на ней образуется точечное изображение гистограммы распределения нестабильности исследуемых временных интервалов. Как только на одном из каналов индикатора изображающая точка займет максимальное верхнее положение, сработает блок автоматики и переведет остальные блоки анализатора в исходное положение, заканчивая тем самым набор гистограммы.

Как видно из вышеизложенного, для анализа используются не все периоды входного сигнала (а лишь половина из них), поскольку анализатором регистрируется положение каждого второго импульса (первый запускает блок регулируемой задержки и служит, таким образом, для задания начала отсчета исследуемого интервала). Это увеличивает время набора гистограммы распределения, что является недостатком прототипа. Этот недостаток особенно заметен, когда время набора гистограммы велико, т.е. при низких входных частотах - именно тогда, когда достигается максимальная разрешающая способность анализатора.

Сущность изобретения

Целью настоящего изобретения является сокращение времени набора гистограммы вдвое (по сравнению с прототипом) путем учета в анализаторе каждого периода исследуемого сигнала. Для этого в устройство введен блок кратковременной задержки, включенный между выходом блока формирования и временной привязки и входом установки в исходное состояние распределителя импульсов.

Данное техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.2 показана функциональная схема и фиг.3 - временные диаграммы.

Предлагаемое устройство состоит из генератора опорной частоты 1 и последовательно соединенных смесителя 2, блока формирования и временной привязки 3, блока регулируемой задержки 4, распределителя импульсов 5 с числом выходов N, N схем управления индикаторами 6, состоящей из N индикаторов индикаторной панели 7, блока автоматики 8 и блока кратковременной задержки 9. Входом устройства является сигнальный вход смесителя. Генератор опорной частоты 1 соединен с тактовыми входами блока формирования и временной привязки 3, блока регулируемой задержки 4 и распределителя импульсов 5. Блок кратковременной задержки 9 включен между выходом блока формирования и временной привязки 3 и входом установки в исходное состояние распределителя 4. К таким же входам блока регулируемой задержки 4, распределителя 5 и схем управления 6 подключен выход блока автоматики 8.

Работает предлагаемый анализатор следующим образом. Ко входам смесителя 2 подсоединяются источник исследуемого сигнала и стандарт частоты (или синтезатор частот), служащий гетеродином. С выхода смесителя 2 низкочастотный сигнал биений, сохраняющий форму спектра исходного сигнала, подается на блок формирования и временной привязки 3, где в момент пересечения им нулевого уровня формируются короткие импульсы, привязанные по времени к ближайшему импульсу генератора опорной частоты 1. Первый же такой импульс запускает блок регулируемой задержки 4. По окончании заданного времени регулируемой задержки То выходной сигнал блока 4, поданный на вход запуска распределителя 5, запускает его, и распределитель 5 начинает коммутировать выход блока формирования и временной привязки 3 со входами схем управления индикаторами 6. Каждое такое соединение происходит в течение определенного времени (временного "окна"). В результате этого очередной импульс с выхода блока формирования и временной привязки 3, попав в одно из временных "окон", регистрируется в соответствующем канале схемой управления 6. Кроме того, тот же импульс, задержанный на короткое время блоком 9, попадает на вход установки в исходное состояние распределителя 5. Задержка в блоке 9 должна быть минимальной и достаточной лишь для того, чтобы установить распределитель 5 в исходное состояние сразу после регистрации данного импульса в одном из каналов схем управления 6 индикаторной панели 7. В этом случае начатый этим импульсом временной интервал будет также исследован анализатором, как и предыдущий, т.е. вышеописанный процесс будет повторяться в каждом периоде исследуемого сигнала, а не через период, в отличие от прототипа. Далее работа устройства происходит аналогично прототипу: каждый зарегистрированный импульс приводит к перемещению изображающей точки в одном из каналов индикаторной панели 7 на одну позицию вверх, в результате чего на панели 7 возникает точечное изображение гистограммы нестабильностей исследуемых временных интервалов (периодов исследуемого колебания). Измерение (набор гистограммы) заканчивается при переполнении одного из каналов индикаторной панели 7, при этом сработает блок автоматики 8, переводящий все блоки анализатора в исходное состояние.

Данный анализатор пригоден для исследования квазипериодических сигналов в широком диапазоне частот, от долей герца до сотен мегагерц, что ограничивается лишь полосой рабочих частот смесителя 2.

Перечень фигур

На фиг.1 показаны временные диаграммы, поясняющие принцип действия прототипа.

На фиг.2 представлена функциональная схема предлагаемого устройства.

На фиг.3 показаны временные диаграммы, поясняющие принцип действия предлагаемого устройства.

Источники информации

1. Данилевич В.В., Чернявский А.Ф. Временные измерения в физическом эксперименте. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 104 с.

2. Маслов В.И., Прокопенко Г.И., Сафиулин М.Д. и др. Устройство для измерений флюктуации временных интервалов. - Авт. свид. SU №1034007, МКИ G 04 F 10/00, заявл. 31.03.82, опубл. 07.08.83. Бюл. №29.

3. Колченогов И.М. Измеритель флуктуации периода и фазы электрических колебаний. - Авт. свид. СССР №679892, МКИ G 01 R 23/10, заявл. 07.04.77, опубл. 15.08.79. Бюл. №30.

4. Гладилович В.Г. Анализатор плотности распределения случайной фазы сигнала. - Авт. свид. СССР №920562, МКИ G 01 R 25/00, заявл. 03.12.79, опубл. 15.04.82. Бюл. №14.

5. Ермоленко И.А. Методика и устройство для измерения кратковременной нестабильности частоты, реальной ширины и формы спектральной линии стабильных источников колебаний с использованием статистического анализатора нестабильностей интервалов времени. - В сб.: Стабилизация частоты. Тезисы докладов и обзорные доклады III школы - совещания молодых ученых и специалистов / Под ред. д.т.н., профессора Г.М.Уткина. - М.: ВИМИ, 1980, - с.92-98.

Формула изобретения

Статистический анализатор нестабильности периода колебаний, содержащий генератор опорной частоты и последовательно соединенные смеситель, вход которого является входом анализатора, блок формирования и временной привязки, блок регулируемой задержки, распределитель импульсов, схемы управления индикаторами, индикаторную панель и блок автоматики, причем выход генератора опорной частоты соединен с тактовыми входами блока формирования и временной привязки, блока регулируемой задержки и распределителя импульсов, а выходной сигнал блока регулируемой задержки подается на вход запуска распределителя импульсов, после его запуска распределитель коммутирует выход блока формирования и временной привязки с входами схем управления индикаторами, отличающийся тем, что в него введен блок кратковременной задержки, включенный между выходами блока формирования и временной привязки и входом установки в исходное состояние распределителя импульсов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3