Следящий аналого-дискретный преобразователь для измерения частоты сигналов допплеровских измерителей скорости Советский патент 1983 года по МПК H03D13/00 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в электронных системах обработки сигналов допплеровских измерителей скорости. Известны следящие аналого-дискретные преобразователи аналогового допплеровского сигнала в импульсный сигнал с частотой, соответствую щей центральной частоте допплеровского сигнала, содержащие два сиихронных детектора, формирователи оши ки слежения и генератор квадратурных сигналов 13. Недостатком таких преобразователей является низкая точность преобразования... Наиболее близким к предлагаемому является- аналого-дискретный преобразователь для измерения частоты сигналов допплеровских измерителей скорости, содержащий два синхронных детектора и последовательно соединен ные с ними формирователь ошибки слежен1 я и генератор квадратурных сигна лов, выходы которого соединены с ком мутационными входами синхронных детекторов, причем выходом устройства является .выход генератора квадратурн сигналов Г21. Точность аналого-дискретного преобразования данных устройств ограничена статическими и динамическими ошибками, возникающими при слежении .управляемого генератора за центральной частотой допплеровского сигнала. Динa ичecкиe погрешности определяются постоянной времени системы слежения, минимальная величина которой ограничена требованием обеспечения устойчивости слежения, что снижает эффективность применения таких преобразователей для исследовани быстро протекающих процессов, например турбулентных течений. Целью изобретения является повыше ние точности аналого-дискретного пре образования путем устранения из выходного сигнсша устройства,ошибок сл жения управляемого генератора. Поставленная цель достигается тем что в следящий аналого-дискретный np образователь для измерения частоты сигналов допплеровских измерителей скорости, содержащий два соединенных сигнальными входами синхронных детек тора, выходы которых через формирователь ошибки слежения соединены с входом управляемого генератора, а дв взаимно инверсных выхода управляемог генератора соединены с двумя входами фазорасщепителя, два квадратурных вы хода которого соединены с коммутацио ными входами синхронных детекторов, введен блок сложения и вычитания частот, два командных входа которого соединены соответственно с выходами .синхронных детекторов, а два - актовых и информационный входы соединены соответственно с выходами управляемого генератора и с одним из выходов фазорасщепителя, причем выход блока сзложения и вычитания частот является выходом устройства; В блоке сложения и вычитания частот к последовательности импульсов, вырабатываемых генератором квадратурных сигналов, добавляются или из нее вычитаются ш тульсы с частотой следо вания, соответствующей ошибке слежения этого генератора, в результате чего повышается точность аналогодискретного преобразователя. На фиг. 1 приведена схема следящего аналого-дискретного преобразователя, на фиг. 2 - временные диаграммы изменения напряжений на выходах; (У , S - управляемого генератора; б- фазорасщепителя; г. , ( - синхронных детекторов; е 1Ж-, синхронизирующих D- триггеров/ U-, х- - импульсных формирователей/ .А -DK-триггера, М- элемента И-НЕ, для случаев, когда частота входного сигнала устройства больше частоты генератора квадратурных сигналов f f и меньше этой частоты $ву,5г. Следящий аналого-дискретный преобразователь для измерения частоты .сигналов допплеровских измерителей скорости содержит синхронные детекторы 1 и 2, сигнальные входы которых объединены и являются входом 3 устройства, последовательно соединенные с ними формирователь 4 ошиби слежения, управляемый генератор и. фазорасщепитель б, выходы которого соединены с коммутационными входами синхронных детекторов 1 и 2, блок 7 сложения и вычитания частот, командные входы которого соединены с выходами синхронных детекторов 1 и 2, тактовые входы соединены с выходами управляемого генератора 5, а информационный вход соединен с выходом фазорасщепителя б, причем выход блока 7 сложения и вьачитания частот является выходом устройства. Блок 7 сложения и вычитания,. частот содержит два синхронизирующих D -триггера 8 и 9, первый импульсный формирователь 10, образованный инвертором 11, элементом И-НБ 12 и конденсатором 13, второй импульсный формирователь 14 образован инвертором 15, элементом И-НЕ 16 и конденсатором. 17, и третий импульсньай форми рователь 18 - инвертором 19; элементом И-НЕ 20 и конденсатором 21; ii K-триггер 22, инвертор 23 и элемент И-НЕ 24; В каждом из импульсных формирователей вход и выход инвертора соединены с входами элемента И-НЕ, а точка соединения выхода инвертора с входом элемента И-НЕ подключена через конденсатор к общей шине, причем общий вход инвертора и элемента И-НЕ является входом импульсного формирователя. Вход второго и вход третьего импульсных формирователей 14 и 18 соединены соответственно с инверсным и пряглым выходами D-триггера 9, а общий вход элементов И-НЕ 16 и 20 - с выходом D -триггера 8. Выходы первого и второго импульсных формирователей 10 и 14 объединены и общей точкой соединены с входом инвертора 23 и Э-входом DK-триггера 22, а выход третье го импульсного формирователя 18 соединен с К-входом ОК-триггера 22. Ин вертор 23 и элемент И-НЕ 24 соединены последовательно, причем к второму входу элемента И-НЕ 24 подключен выход эк-триггера 22. Выход эле мента И-НЕ 24 является выходом блока . 7 сложения и вычитания частот. D-входы D-триггеров 8 и 9 являют ся командными входами блока 7 сложения и вычитания частот, С-входы D-триггеров 8 и 9 - тактовыми входами, а вход первого импульсного фор мирователя 10 - информационным входом. Аналого-дискретный преобразовател работает следующим образом. С выходов управляемого генератора 5 поступают два взаимно инверсных им пульсных сигнала (фиг. 2а и 26 , кот рые фазорасщепителем б преобразуются в две пары импульсных сигналов с частотой, вдвое меньшей частоты управляемого генератора 5. Импульсные сигналы, составляющие одну пару, взаимно инверсны, а каждая пара сигналов квадратурна по отношению к дру гой. При этом каждому сигналу с выходо управляемого генератора 5 (фиг. 245) соответствует сигнал с выхода фазорасщепителя б ( фиг. 2-е), у которого перепады уровня нуль-единица располагаются во времени посередине между такими же перепадами уровня в сиг неше с выхода управляемого генератора 5, что обеспечивает разнесение во времени перепадов уровня нуль единица этих сигналов. На коммутационные входы каждого из синхронных детекторов поступают сигналы, составляющие одну пару. Поскольку каждая пара сигналов квадратурна по отношению к другой, выходные импульсные сигналы синхронных детек торов 1 и 2 также находятся в квадр туре (фиг. 22. и 2д) При этом частота выходны х сигналов соответствуе частоте биений/ равной частотному рассогласованию входного сигнала устройства и сигнала генератора 5 с выхода фазорасщепителя б. Знак частотного рассогласования определяет знак фазового сдвига между сигналами с выходов- синхронных д текторов 1 и 2. Формирователь 4 ошибки слежения выдает сигнал, необходи мый для изменения частоты управляемого генератора 5 в сторону уменьшения величины частотного рассогласования. Синхронизирующие Т -триггеры 8 и 9повторяют сигналы с выходов синхронных детекторов 1 и 2 с задержкой, величина которой не превышает периода следования импульсов с выходов управляемого генератора 5, при этом перепады уровня сигналов на выходах синхронизируквдих 3)-триггеров 8 и 9 синхронизированы по перепадам уровня нуль-единИца сигналов с выходов управляемого генератора 5 (фиг. 2е,з1С,) . Первый импульсный формирователь 10выдает короткие отрицательные импульсы по каждому .перепаду уровня нуль-единица сигнала с выхода фазорасщепителя б (фиг. 2(Lf импульсы О , U/z. ъ -4 Второй и третий импульсные формирователи 14 и 18 выдают короткие отрицательные импульсы по- перепадам уровня нуль-единица сигналов с выходов синхронизирующего D -триггера 9 при наличии разрешакйдего сигнала Единица на общем входе элементов И-НЕ 16 и 20 (фиг. 2к, импульс и5-и фиг. 2U, импульс U(j j . При этом для предотвращения совпадения во времени импульсов-с выходов импульсных формирователей их длительность должна быть меньше половины периода следования нг пульсов от управляемого генератора 5, что обеспечивается выбором номиналов конденсаторов 13, 17 и 21. В случае, когда частота входного сигнала устройства больше частоты , управляемого генератора , для второго импульсного формирователя 14 перепад уровня нуль-единица сигнала на его входе совпадает с раз;решающимсигналом Единица на общем входе элементов И-НЕ 16 И 20, тогда .как для третьего импульсного формировате я 18 такого совпадения не происходит. В результате импульсы формируются вторым импульсным формирователем 14, а третий импульсный формирователь 18 импульсов не формирует. При этом DK-триггер 22 находится в состоянии единица (фиг. 2л)и импульсная последовательность ,с общего выхода второго и первого формирователей 14 и 10 через инвертор 3 и элемент И-НЕ 24поступает на выход устройства (фиг. 2и.). Частота исходного сигнала равна сумме частоты управляелюго генератора 5 и частоты биений.. В случае, когда частота входного сигнала ниже частоты управляемого генератора 5 Д третьего .импульсного формирователя 18 перепад

нуль-единица сигнала на его входе совпадает с разрешающим сигналом единица на общем входе элементов И-НЕ 16 и 20, тогда как для второго импульсного формирователя 14 такого совпадения не происходит. В результате импульсы формируются третьим Ф1мпульсным формирователем 18, а вто )рой импульсный формирователь 14 им(пульсов не формирует. По каждому импульсу, поступающему с выхода третьего импульсного формирователя 18, ;)К-триггер 22 перебрасывается в состояние нуль, при этом запрещается прохождение импульсов с выхода первого формирователя 10 на выход устройс ва. Очередной импульс, поступающий с вдосода первого импульсного формирователя 10, не проходит на выход элемента И-НЕ 24, но перебрасывает своим перепадом уровня нуль-единица рК-триггер 22 в положение единица, подготавливая элемент И-НБ 24 к прохождению последующих импульсов с выхода первого формирователя 10 С Фиг. 2

При этом по каждому импульсу с тртьего импульсного формирователя 18 из импульсной последовательности, формируемой перВЕлм импульсным формирователем 10, прсзисходит вычитание одного импульса (фиг. 2м). Частота выходного сигнала равна разности частоты генератора 5 и частоты биений.

Таким образом, в блоке 7 сложения и вычитания частот к последовательности импульсов, вырабатываемых управляемым генератором 5, добавляются или из нее вычитаются импульсы с частотой следования, соответствующей ошибке слежения этого генерато- ра„ В результате, изменение частоты входко1о допплеровского сигнала вызывает изменение частоты выходного сигнала преобразователя независимо от постоянной времени системы слежения.,

В предлагаемом устройстве блок 7 сложения и вычитания частот может иметь иную конструкцию, например, .с применением четырехканального мультиплексора.

Испытания аналого-дискретного преобразователя в составе лазерного допплеровского измерителя скорости дают следующие результаты: случайная погрешность .± 0,004%; систематическа погрешность + 0-,05%, диапазон измеряемых частот 300-1800 кГц.

При этом выходной сигнал с частотой равной частоте входного допплеровского сигнала, вырабатывается без запаздывания, независимо от постоянной времени системы слежения, что позволяет использовать аналогодискретный преобразователь при исследованиях быстропрртекающих процессов , например при изучении турбулентности потока.

СЛЕДЯЩИЙ АНАЛОГО-ДИСКРЕТНЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТО ТЫ СИГНАЛОВ. ДОППЛЕРОВСКИХ ИЗМЕРИТЕЛ СКОРОСТИ, содержащий два соединенны сигнальными входами синхронных дете тора, выходы которых через формирователь ошибки слежения соединены с входом управляемого генератора, а два взаимно инверсных выхода управляемого генератора соединены с двумя входами фазорасщепителя, два квадратурных выхода которого соединены с коммутационными входами синхронных детекторов, о тли ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности аналого-дискретного преобраз ов а ния, в него введен блок сложения и вычитания частот, два командных входа которого соединены соответственно с выходами синхронных детекторов, а два тактовых и информационный входы соединены соответственно с валходами управляемого генератора и с одним из выходов фазорасщепителя, причем выход блока сложения, и вычитания частот является выходом устройства.