Устройство для измерения допплеровской частоты Советский патент 1986 года по МПК G01R23/02 

1

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для измерения допплеровского сдвига частоты в лазерных допплеровских измерителях скорости. ,

Цель изобретения - автоматизация процесса измерения частоты допплеровского сигнала в лазерном доппле- ровском измерителе скорости и повышение точности измерений путем оптимизации соотношения величины рабочего порога и амплитуды входного сигнала.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы, иллюстрирующие работу; на фиг.З и 4 - схемы дешифратора и блока управления.

Устройство содержит усилитель 1, полосовой фильтр 2, формирователь 3 пачки импульсов и измерительного строба, частотомер 4,М пороговьгх блоков 5, блок 6 селекции по двугор бости, фильтр 7 нижних частот, формирователь 8 строба, формирователь 9 импульса сброса, ND -триггеров 10 дешифратор 11, N счетчиков 12, управляющее устройство 13 и формирователь импульсов обнуления 14.

Б устройстве для измерения доп- плеровской частоты последовательно соединены усилитель 1, полосовой фильтр 2 и формирователь 3 пачки импульсов и измерительного строба, два выхода которого соединены с двумя входами частотомера 4, причем выход полосового фильтра 2 через N параллельно соединенных пороговых блоков 5 соединен с N входами блока 6 селекции по двугор- бости, выход которого соединен с дополнительным входом частотомера 4, выход усилителя через фильтр 7 нижних частот, формирователь 8 строба и формирователь 9 импульса сброс соединен с первым управляющим входом блока 6 селекции по двугорбос- ти, а второй управляющий вход блока селекции по двугорбости соединен с выходом формирователя 8 строба сннхровходы ND -триггеров 10 соединены с выходами N соответствующих пороговых блоков 5, а выходы N2 -триггеров соединены с .N входами дегаифратора 11, причем соответствующие N выходов дешифратора 1I соединены через N счетчиков 12 с N входами управляющего устройства 13 и с

15042

N входами формирователя импульсов обнуления 14, выход которого связан с -входами установки в О N счетчи- ков 12, при этом выход формирова5 теля строба соединен с Л -входами В -триггеров 10 и с дополнительным входом дешифратора 11, выход формирователя импульса сброса 9 соединен с входами установки в О N

,tO Л -триггеров, а выход управляющего устройства 13 подключен к управляющему входу усилителя 1.

Устройство для измерения доппле- ровской частоты функционирует следую15 щим образом.

На вход устройства поступают од- нополярные радиоимпульсы с гауссовой огибающей (фиг.2а). Амплитуда сигнала на выходе усилителя 1 зависит

20 от величины напряжения, поданного на его управляющий вход с выхода управляющего устройства 13. На выходе полосового фильтра 2 сигнал име- . ет форму симметричных радиоимпуль25 сов (фиг.2б).

Далее формирователь пачки импульсов и измерительного строба 3 формирует на первом входе частотомера 4 пачку из п импульсов (фиг.2в|

30 по числу периодов допплеровской

частоты, превысивших порог формирователя пачки импульсов и измерительного строба 3, а на втором входе частотомера 4 измерительный строб

35 (фиг.2г), длительность которого Т пТа , где Та }/F,b - период

о

допплеровской частоты. Частотомер 4 определяет допплеровскую частоту согласно выражению Fg п /Т. Сигнал

40 с выхода полосового фильтра 2 (фиг.26) поступает на входы W пороговых блоков 5, имеющих разные пороги срабатьтания U, , U,. .. и„, причем пороги выставлен) так, что перекры45 вают весь динамический диапазон

входного сигнала. На выходах порогоI

вых блоков 5 формируются пачки нормированных по амплитуде импульсов (фиг.2д,е,ж.з) . причем число им -

50 пульсов в каждой пачке соответствует числу периодов сигнала, превысив- щих порог срабатьшания данного порогового блока 5 (фиг.2б). Сигналы с выходов N пороговых блоков 5

55 поступают на N входов блока 6 селекции по двугорбости. При одновременном пролете через измерительный объем двух светорассеивающих

частиц измерение допплеровской час- - тоты производится с большой погрешностью. Огибающая сигнала на входе устройства при этом имеет двугорбую форму. В этом случае блок 6 селекции по сгибающей выдает на дополнительный вход частотомера 4 импульс запрета регистрации результата измерения частоты. С выхода усилителя 1 сигнал (фиг.2а) поступает на вход фильтра 7 нижних частот, на выходе которого образуется видеоимпульс (фиг.2и), форма которого совпадает с формой огибающей входного сигнала (фиг.2а. Выходной сигнал фильтра нижних частот 7 подается на вход формирователя строба 8, который представляет собой пороговое устройство. Его порог срабатывания 1) установлен так, что при наличии сигнала на входе устройства формирователь 8 срабатывает раньше всех пороговых устройств 5. На выходе формирователя Строба 8 формируется нормированный

по амплитуде импульс строба (фиг.2к) 25 дов D -триггеров. По мере срабатывакоторый подается на второй управляющий вход блока 6 селекции по дву- горбости огибающей. По заднему фронту строба (фиг.2к) формирователь 9 импульса сброса вырабатьгоает короткий импульс {фиг.2у), который подается на первый управляющий вход блока селекции по двугорбости огибающей, подготавливая его к следующему циклу измерения.

Управление коэффициентом усиления осуществляется следзтощим образом.

Сигналы с выходов N пороговых блоков 5 (фиг.2д,е,ж,з) поступают на синхровходы соответствующих N триггеров 10. Строб-импульс - (фиг.2к) с выхода формирователя строба 8 подается на D -входы ND -триггеров 10 и на дополнительный вход дешифратора 11. При наличии на синхровходе К-го ND -триггера 10 пачки импульсов с выхода К-го порогового блока 5 и строба с выния Р -триггеров сигнал с каждого последующего триггера дает дополнительный запрет через элемент НЕ на прохождение сигнала элемент И

30 с предьщущего -триггера. Таким образом к моменту окончания строба (фиг.2к) в дешифраторе не будет дополнительного запрета на прохождение сигнала с того D -триггера, ко,, торый соответствует максимальному. 11овьш1енному порогу (фиг.2п,р,с,т), В момент окончания строба (фиг.2к снимается общий запрет с элементов И и появляется сигнал на выходе того

.Q элемента И, который соответствует максимальному превьш1енному порогу. Этот сигнал поступает на соответствующий счетчик.

Так продолжается до тех пор,

j пока после очередного допплеровс- кого импульса в одцом из счетчиков 12 не сформируется сигнал переполнения. На фиг.2ф показан сигнал переполнения на выходе счетчика 12,

хода формирователя 8 на Г -входе сработавшего в данном цикле работы К-й триггер переключается из нулево- 5

го состояния в единичное (фиг.2л, м,н,о). Таким образом, переключаются ND -триггеры 10, соединенные со сработавшими пороговыми устройстваСигнал переполнения поступает на соответствующий вход устройства 13. Это устройство в зависимости от номера входа, на который постуAV Ч я I tJUJfU Л Л J Л ЛЛ J V «. я. .- . -.-,-, у J f

МИ 5. Сигналы с выходов МГ -тригге-55 пил сигнал (фиг.2ф), формирует ров 10 поступают на соответствующие управляющее напряжение (фиг.2ц), ко- входы дешифратора 11, на дополнитель- торое поступает на управляжмций вход | ный вход которого подается сигнал с усилителя 1 и регулирует его усиление.

215042

выхода формирователя строба 8 (фиг.2к). Этот сигнал, будучи сформированным раньше любого из сигналов на основных N входах дешифра5 тора 11, закрывает его выходные вентили и этим запрещает прохождение на выходы дешифратора сигналов с выходов ND -триггеров 10.

Один из возможных вариантов пост10 роения дешифратора представлен на фиг.З. Дешифратор состоит из N элементов И, N элементов НЕ. Сигналы с выходов 5 -триггеров поступают на входы соответствующих элементов И и

15 через элементы НЕ поступают на входы предьщущих элементов И в качестве запрещающих.

Сигнал с выхода формирователя строба поступает на дополнительный

вход дешифратора и, будучи сформированным раньше любого из сигналов на основных И входах дешифратора, через элемент НЕ запрещает прохождение на выходы элементов И сигналов с выходов D -триггеров. По мере срабатывания Р -триггеров сигнал с каждого последующего триггера дает дополнительный запрет через элемент НЕ на прохождение сигнала элемент И

с предьщущего -триггера. Таким образом к моменту окончания строба (фиг.2к) в дешифраторе не будет дополнительного запрета на прохождение сигнала с того D -триггера, который соответствует максимальному. 11овьш1енному порогу (фиг.2п,р,с,т), В момент окончания строба (фиг.2к снимается общий запрет с элементов И и появляется сигнал на выходе того

элемента И, который соответствует максимальному превьш1енному порогу. Этот сигнал поступает на соответствующий счетчик.

Так продолжается до тех пор,

пока после очередного допплеровс- кого импульса в одцом из счетчиков 12 не сформируется сигнал переполнения. На фиг.2ф показан сигнал переполнения на выходе счетчика 12,

сработавшего в данном цикле работы

Сигнал переполнения поступает на соответствующий вход устройства 13. Это устройство в зависимости от номера входа, на который посту.- . -.-,-, у J f

пил сигнал (фиг.2ф), формирует управляющее напряжение (фиг.2ц), ко торое поступает на управляжмций вход усилителя 1 и регулирует его усилен

Один из вариантов блока управле- ния представлен на фиг .,4. Управляющее устройство состоит из параллельного регистра элемента И и цифроана- логоБого устройства. При поступлении сигнапа на любой вход управляющего устройства он подается на срответ- ствующий информационный вход параллельного регистра и через элемент И на управляющий вход регистра, по которому производится запись в соответствующую ячейку регистра поступившего сигнала. Следовательно, после поступления на один из входов регист ра сигнала переполнения с выхода соответствующего счетчика этот сигна появляется на одном из выходов регистра и хранится до поступления на вход следующего импульса переполне- ния. Выходы регистра соединены с входами цифроаналогового преобразователя, который формирует на выходе постоянное напряжение, величина которого определяется тем, на ка- КОЙ из его входов поступает сигнал.

ч,

Помимо этого импульс переполнения (фиг.2ф) с выхода переполнившегося счетчика 12 поступает на вход фррми- роватёля импульсов обнуления 14-, который вырабатьшает короткий импульс (фиг.2х), обнуляющий счетчики 12, чем устройство подготавливается к следующему циклу работы.

Таким образом, при флюктуациях амплитуды сигнала на входе устройства автоматически поддерживается

оптимальная величина сигнала на входе формирователя 3, что приводит к существенному повьщгению средней точности измерений и значительному сокращению затрат времени при аэродинамическом эксперименте.

Фбрмула изобретени

Устройство для измерения доппле- ровской частоты по авт.св.№ 949529, отличающееся тем, что, с целью автоматизации процесса измерения и повьшения точности измере НИИ, в него дополнительно введены ND -триггеров, дешифратор, N счетчиков, управляющее устройство и формирователь импульсов обнуления, причем синхровходы NO -триггеров соединены с выходами N соответствую щих пороговых блоков, выходы Н1 триггеров соединены с N входами дешифратора, соответствующие N вы- |Ходов дешифратора соединены через N счетчиков с N входами щего устройства и с N входами формирователя импульсов обнуления, .выход которого связан с входами установки в О V счетчиков,при этом выход формирователя строба соеди нен с I) -входами М триггеров и с дополнительным входом дешифратора, выход формирователя импульса сброса соединен с входами установки в О ,ND -триггеров, а выход управляющего устройства подключен к управляющему входу усилителя.

Составитель В.Новоселов Редактор К.Болощук Техред 3.Палий Корректор С.Шекмар

Заказ 903/53 Тираж 730Подписное

ВНИШШ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ШШ Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к радиотехнике и служит для измерения доп- плеровского сдвига частоты в лазерных доппперовских измерителях скорости. Цель изобретения - автомати:зация процесса измерения и повышение точности измерения путем оптимизации соотношения величины рабочего поро- га и амплитуды входного сигнала. Устройство содержит усилитель 1, поЛосовой фильтр 2, формирователь 3 пачки импульсов и измерительного строба, частотомер 4, N пороговых блоков 5, блок 6 селекции по дву- горбости, фильтр 7 нижних частот, формирователь 8 строба, формирователь 9 импульса сброса, N35 -триггеров 10, N счетчиков 12 и формирователь 14 импульсов обнуления. В описании приведены схемы дешифратора 11, управляющего устройства 13 и временные диаграммы, поясняющие работу устройства. Изобретение - дополнительное к основному авт.св. № 949529. 4 ил. § (Л чш All/