ЧАСТОТОМЕР Российский патент 2018 года по МПК G01S7/292 G01R23/10 

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к средствам оценивания статистических характеристик обнаружения радиосигналов, и может быть использовано для измерения частоты появления сигналов радиоэлектронных средств, а также проведения экспериментальных исследований.

Известен частотомер [см. Валитов Р.А., Сретенский В.Н. Радиотехнические измерения. Методы и техника измерений в диапазоне от длинных до оптических волн. - М.: Советское радио, 1970. - 712 с.: ил., с. 418], содержащий согласующее устройство, усилитель, формирующее устройство, линию задержки, селектор, кварцевый генератор, делитель частоты, амплитудный дискриминатор, декадный делитель, диодный селектор и триггер. Измерение частоты проводится путем подсчета количества периодических импульсов прямоугольной формы на калиброванном интервале времени и переводе этого числа импульсов в значение частоты.

Недостатком частотомера является низкая точность измерения числа импульсов на калиброванном интервале времени для апериодической последовательности импульсов.

Наиболее близким к заявляемому устройству является частотомер [см. Электрорадиоизмерения: Учебное пособие для радиотехнических спец. вузов / Под ред. В.И. Винокурова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1986. - 351 с.: ил., с. 148], принятый за прототип.

Частотомер содержит последовательно соединенные генератор сигнала опорной частоты, счетчик-делитель с внешним сбросом, схему управления с внешним сбросом, селектор, счетчик импульсов с внешним сбросом, индикатор. Измерение частоты проводится путем подсчета количества периодических импульсов прямоугольной формы на калиброванном интервале времени и переводе этого числа импульсов в значение частоты.

Недостатком частотомера является низкая точность измерения числа импульсов на калиброванном интервале времени для апериодической последовательности импульсов.

Технический результат состоит в повышении точности измерения числа импульсов апериодической входной последовательности импульсов за счет стробирования входной апериодической последовательностью импульсов последовательности импульсов опорной частоты.

Технический результат достигается тем, что в известном частотомере, содержащем последовательно соединенные генератор сигнала опорной частоты, счетчик-делитель с внешним сбросом, схему управления с внешним сбросом, первый селектор, счетчик импульсов с внешним сбросом и индикатор, дополнительно введены последовательно соединенные датчик режима, ключ и второй селектор, при этом первый вход ключа является входом устройства, а второй выход объединен с выходом второго селектора и соединен с первым входом первого селектора, второй вход второго селектора объединен с первым входом счетчика-делителя с внешним сбросом, второй вход которого объединен со вторыми входами схемы управления с внешним сбросом и счетчика импульсов с внешним сбросом.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройство прототип дополнительно введены последовательно соединенные датчик режима, ключ и второй селектор, при этом первый вход ключа является входом устройства, а второй выход объединен с выходом второго селектора и соединен с первым входом первого селектора, второй вход второго селектора объединен с первым входом счетчика-делителя с внешним сбросом, второй вход которого объединен со вторыми входами схемы управления с внешним сбросом и счетчика импульсов с внешним сбросом.

Известно [Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. Учебник для вузов. Изд. 3-е, перераб. и доп. - М.: Сов. радио, 1977. - 608 с.: ил., с. 25], что апериодический сигнал представляет собой сигнал, не повторяющийся с определенным постоянным периодом следования, поэтому точность подсчета числа импульсов апериодической входной последовательности устройством прототипом осуществляется с низкой точностью.

Дополнительно введенные датчик режима, ключ и второй селектор обеспечивают функционирование частотомера в двух режимах - измерение числа периодических импульсов и измерение числа апериодических импульсов за калиброванный интервал времени. Тип входной последовательности импульсов (периодическая или апериодическая) считается известным заранее. Выбор режима осуществляется путем переключения вручную датчика режима в положение соответствующее тому или иному типу входной последовательности. При этом на ключ поступает сигнал логической единицы, подключающий вход устройства к дополнительно введенному второму селектору в режиме измерения числа апериодических импульсов или сигнал логического нуля, подключающий его напрямую к первому селектору в режиме измерения числа периодических импульсов в обход дополнительно введенного второго селектора.

В режиме измерения числа периодических импульсов частотомер функционирует следующим образом. Дополнительно введенный датчик режима переключается в положение, соответствующее подсчету числа периодических импульсов. При этом на вход последовательно соединенного с ним ключа поступает сигнал логического нуля и ключ подключает вход устройства напрямую к входу первого селектора. Измерение числа импульсов входной периодической последовательности осуществляется путем подачи ее на вход счетчика в течение калиброванного интервала времени определяемого длительностью импульса, поступающего на второй вход первого селектора с выхода схемы управления с внешним сбросом.

Длительность импульса определяется по переднему фронту моментом появления сигнала «Сброс» на входе схемы управления, а по заднему фронту заданным числом периодов импульсов опорной частоты.

В режиме измерения числа апериодических импульсов дополнительно введенный датчик режима переключается в положение, соответствующее подсчету числа апериодических импульсов. При этом на вход последовательно соединенного с ним ключа поступает сигнал логической единицы и ключ подключает вход устройства к входу второго селектора. Второй селектор обеспечивает стробирование входной апериодической последовательностью прямоугольных импульсов последовательности высокочастотных импульсов с выхода генератора сигнала опорной частоты. Этим достигается преобразование входной апериодической последовательности импульсов в периодическую последовательность импульсов с периодом следования сигнала опорной частоты. После стробирования осуществляется подсчет полученного числа импульсов сигнала опорной частоты за калиброванный интервал времени с выхода первого селектора. Таким образом, совокупность дополнительно введенных элементов и связи между ними обеспечивают повышении точности измерения числа апериодических импульсов входной последовательности.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Частотомер состоит из следующих функциональных узлов: 1 - датчик режима; 2 - ключ; 3 - селектор; 4 - генератор сигнала опорной частоты; 5 - счетчик-делитель с внешним сбросом; 6 - схема управления с внешним сбросом; 7 - счетчик импульсов с внешним сбросом; 8 - индикатор.

Датчик режима 1 может быть выполнен в виде кнопочного переключателя ПКн35 (Партала О.Н. Радиокомпоненты и материалы: Справочник. - К.: Радiоаматор, М.: КУбК - а, 1998. - С. 641)

Назначение остальных элементов устройства ясно из их названия, и все элементы могут быть выполнены на основе известных промышленно выпускаемых радиотехнических элементов.

Частотомер работает следующим образом.

Перед началом работы в соответствии с известным типом входной последовательности импульсов (периодической или апериодической) дополнительно введенный датчик режима вручную переключается в соответствующее положение.

В режиме измерения числа периодических импульсов частотомер функционирует следующим образом. В исходном состоянии до начала работы устройства первый 3.1 и второй 3.2 селекторы закрыты, на выходах датчика режима 1, генератора сигнала опорной частоты 4 и объединенных вторых входах счетчика-делителя с внешним сбросом 5, схемы управления с внешним сбросом 6, счетчика импульсов с внешним сбросом 7 сигналы логического нуля, ключ 2 в положении для работы в режиме измерения числа периодических импульсов. Работа устройства начинается с поступлением с входа внешнего сброса управляющего сигнала логической единицы. Управляющий сигнал логической единицы одновременно поступает на объединенные вторые входы счетчика-делителя с внешним сбросом 5, схемы управления с внешним сбросом 6 и счетчика импульсов с внешним сбросом 7. При этом счетчик-делитель с внешним сбросом 5 и счетчик импульсов с внешним сбросом 7 обнуляются, а на выходе схемы управления с внешним сбросом 6 формируется сигнал логической единицы, который поступает на второй вход первого селектора 3.1 и своим передним фронтом открывает его. С выхода генератора сигнала опорной частоты 4 периодическая последовательность прямоугольных импульсов опорной частоты поступает на первый вход счетчика-делителя с внешним сбросом 5. Счетчик-делитель с внешним сбросом 5 начинает накопление N периодов импульсов сигнала опорной частоты с выхода генератора сигнала опорной частоты 4 одновременно с получением управляющего импульса сброса по второму входу. При этом в течение времени накопления на выходе счетчика-делителя с внешним сбросом 5 формируется напряжение логического нуля. В это же время с входа устройства через ключ 2 на первый вход первого селектора 3.1 поступают N₁ импульсов периодической входной последовательности прямоугольных импульсов, а с выхода первого селектора 3.1 N₁ импульсов поступают на первый вход счетчика импульсов с внешним сбросом 7 и записываются в нем. После накопления в счетчике-делителе с внешним сбросом 5 N периодов импульсов опорной частоты, с его выхода на вход схемы управления с внешним сбросом 6 поступает сигнал логической единицы, по которому на ее выходе формируется сигнал логического нуля, поступающий на второй вход первого селектора 3.1, тем самым, закрывая его первый вход. После этого с выхода счетчика импульсов с внешним сбросом 7 накопленное количество импульсов N₁ поступает на вход индикатора 8, где их количество делится на число N периодов импульсов опорной частоты, после чего полученное значение частоты появления импульсов отображается на нем. Вычисление значения частоты появления импульсов осуществляется в соответствии с выражением:

С поступлением очередного сигнала внешнего сброса весь процесс аналогично повторяется.

В режиме измерения числа апериодических импульсов частотомер функционирует следующим образом. В исходном состоянии до начала работы устройства первый 3.1 и второй 3.2 селекторы закрыты, на выходе датчика режима 1 сигнал логической единицы, на выходах генератора сигнала опорной частоты 4 и объединенных вторых входах счетчика-делителя с внешним сбросом 5, схемы управления с внешним сбросом 6, счетчика импульсов с внешним сбросом 7 сигналы логического нуля, ключ 2 в положении для работы в режиме измерения числа апериодических импульсов. Работа устройства начинается с поступлением с входа внешнего сброса управляющего сигнала логической единицы. Управляющий сигнал логической единицы одновременно поступает на объединенные вторые входы счетчика-делителя с внешним сбросом 5, схемы управления с внешним сбросом 6 и счетчика импульсов с внешним сбросом 7. При этом счетчик-делитель с внешним сбросом 5 и счетчик импульсов с внешним сбросом 7 обнуляются, а на выходе схемы управления с внешним сбросом 6 формируется сигнал логической единицы, который поступает на второй вход первого селектора 3.1 и своим передним фронтом открывает его. С выхода генератора сигнала опорной частоты 4 периодическая последовательность прямоугольных импульсов опорной частоты одновременно поступает на первый вход счетчика-делителя с внешним сбросом 5 и второй вход второго селектора 3.2. Счетчик-делитель с внешним сбросом 5 начинает накопление N периодов импульсов сигнала опорной частоты с выхода генератора сигнала опорной частоты 4 одновременно с получением управляющего импульса сброса по второму входу. При этом в течение времени накопления на выходе счетчика-делителя с внешним сбросом 5 формируется напряжение логического нуля. В это же время с входа устройства через ключ 2 на первый вход второго селектора 3.2 поступает импульс апериодической входной последовательности прямоугольных импульсов и открывает его на свою длительность. При этом в течение этого времени через второй вход второго селектора 3.2 на первый вход первого селектора 3.1 с выхода генератора сигнала опорной частоты 4 проходит N₁ импульсов. После этого с выхода первого селектора 3.1 N₁ импульсов поступают на первый вход счетчика импульсов с внешним сбросом 7 и записываются в нем. После накопления в счетчике-делителе с внешним сбросом 5 N периодов импульсов опорной частоты, с его выхода на вход схемы управления с внешним сбросом 6 поступает сигнал логической единицы, по которому, на ее выходе формируется сигнал логического нуля, поступающий на второй вход первого селектора 3.1, тем самым, закрывая его первый вход. После этого с выхода счетчика импульсов с внешним сбросом 7 накопленное количество импульсов N₁ поступает на вход индикатора 8, где их количество делится на число N периодов импульсов опорной частоты, после чего полученное значение частоты появления импульсов отображается на нем. Вычисление значения частоты осуществляется в соответствии с выражением (1).

С поступлением очередного сигнала внешнего сброса весь процесс аналогично повторяется.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к средствам оценивания статистических характеристик обнаружения радиосигналов, и может быть использовано для измерения частоты появления сигналов радиоэлектронных средств, а также проведения экспериментальных исследований. Технический результат - повышение точности измерения числа импульсов апериодической входной последовательности импульсов за счет стробирования входной апериодической последовательностью импульсов последовательности импульсов опорной частоты. Указанный результат достигается за счет того, что частотомер содержит генератор сигнала опорной частоты, счетчик-делитель с внешним сбросом, схему управления с внешним сбросом, два селектора, счетчик импульсов с внешним сбросом, индикатор датчик режима и ключ. Перечисленные средства определенным образом соединены между собой и обеспечивают функционирование частотомера в двух режимах – в режиме измерения числа периодических импульсов и в режиме измерения числа апериодических импульсов за калиброванный интервал времени. 1 ил.

Частотомер, содержащий последовательно соединенные генератор сигнала опорной частоты, счетчик-делитель с внешним сбросом, схему управления с внешним сбросом, первый селектор, счетчик импульсов с внешним сбросом и индикатор, отличающийся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные датчик режима, ключ и второй селектор, при этом первый вход ключа является входом устройства, а второй выход объединен с выходом второго селектора и соединен с первым входом первого селектора, второй вход второго селектора объединен с первым входом счетчика-делителя с внешним сбросом, второй вход которого объединен со вторыми входами схемы управления с внешним сбросом и счетчика импульсов с внешним сбросом.