Способ стробоскопического преобразования периодического переменного напряжения Советский патент 1986 года по МПК G01R13/20 

1

Изобретение относится к электрическим измерениям, в частности к области стробоскопических измерений, и может быть использовано при излучении быстропеременных процессов,

Цель изобретения - повышение точности преобразования за счет уменьшения влияния выходных myiMOB преобразования путем уменьшения диапазона изменения преобразованной частоты при перестройке преобразуемой частоты.

Сущность способа заключается в том , что после деления частоты периодического переменного преобразуе- мого напряжения на коэффициент m (ni- целое положительное число, большее I), равный количеству периодов переменного преобразуемого напряжения в периоде стробирования и определяемый частотным диапазоном переменного напряжения, суммируют частоту поделенного по частоте переменного преобразуемого напряжения с частотой напряжения, частоту которого деле- .нием частоты опорного генератора на тот же коэффициент .т . Введение операции суммирования поделенных преобразуемого напряжения опорного генератора с последующим использова- нием напряжения полученной частоты для стробирования уменьшает диапазон изменения преобразованной частоты при перестройке преобразуемой частоты. Введение операции суммирования поделенных частот переменного преобразуемого напряжения и напряжения опорного генератора при равном коэф- цненте деления, что обеспечивается синхронным (т.е„одинаковым) делением указанных частот, дает постоянство преобразованной частоты со стабильностью частоты опорного генератора. Это позволяет сузить до любой величины полосу пропускания по выходу стро боскопического преобразователя, что дает возможность установить на выход стробоскопического преобразователя фильтр с милой полосой пропускания (определяемой лишь формой сигнала) и , тем самым уменьшить уровень цгумов.

Операция суммирования частоты (алгебраическое, что включает и получение разности частот) может представлять собой гетеродинное преобра™ зование, однополосное преобразование (реализованное, например, в микросхеме 174ХА7)5 смещение частоты с по182

мошью непрерьшного фазовращения, суммирование в кольце ФАЛ,

На чертеже изображено устройство стробоскопического преобразования, реализующее предлагаемый способ.

Стробоскопический преобразователь состоит из усилителя-ограничителя 1, управляемых делителей 2 и 3 частоты с переменным коэффициентом деления, однополосного преобразователя А частоты, кварцевого генератора 5, гене-, ратора 6 строб-импульсов,, стробоскопического смесителя 7, усилителя 8 низкой частоты, полосового фильтра 9 При этом вход устройства подключен к входам Стробоскопического смесителя 7 и усилителя-ограничителя 1 ,, выход которого через первый управляемый делитель 2 частоты подключен к первому входу однополосного преобразователя 4 частоты, к второму входу которого через второй управляемый делитель 3 частоты подключен выход кварцевого генератора 5, Выход однополосного преобразователя 4 частоты через генератор 6 строб-импульсов подключен к входам опорного сигнала стробоскопического смесителя, выход которого через усилитель 8 низкой частоты подключен к входу полосового фильтра 9, выход которого является выходом устройства. Управляющие входы делителей 2 и 3 частоть: подключены к управляющим КОДО13ЫМ шинам.

Усилитель-ограничитель представляет собой обычный усилитель-ограничитель, коэффи.циент усиления и уровень ограничения выбраны такими, чтобы выходное напряжение бьшо достаточно для запуска последующих делителей частоты с Управляемые делители 2 и 3 частоты представляют собой обычные цифровые делители частоты с перемен- ньм коэффициентом деления. Величина коэффициента деления поступает в цифровом коде из внешних устройств, Делители могут представлять собой делители на счетчиках типа 155ИЕ7, Делитель 2 может быть выполнен на микросхемах типа серии 193, Делители долукны выдавать напряжение формой, необходимой для преобразователя (регенеративные делители) либо иметь на выходе фильтры для выделения основной гармоники. Однополосный преобразователь 4 частоты представляет собой, например, микросхему 174ХА7 либо другое устройство однополосного преобразования частоты. Кварцевый ге31

нератор 5 представляет собой обычный кварцевый генератор с выходным напряжением, например уровнями логики.Генератор строб-импульсов - обычный ге- нератор-обостритель с одновременной выдачей разнополярных импульсов. Стробоскопический смеситель представляет собой обычный строб-смеситель, например, с мостиком диодов. Усилитель 8 - общепринятый низкочастотный усилитель, например, на микросхеме 544УД2. Фильтр 9 - низкочастотный полосовой фильтр.

Устройство работает следующим образом.

Периодическое напряжение U частоты ff, усиливается и ограничивается усилителем 1. С выхода усилителя-ограничителя импульсы стандартной формы поступают на управляемый делитель 2 частоты, на котором по внешним сигналам устанавлршается коэффициент деления т. На выходе делителя выдается напряжение частоты

---. Управляемый делитель 3 частоты m

выдает на выходе напряжение частоты

р png р выходная частота

m

кварцевого генератора 5. Однополосный преобразователь частоты выдает на выходе напряжение разностной часто ты

fc Fnfi

m

m

Генератор 6 строб-импульсов из напряжения полученной частоты формирует короткие разнополярные импульсы, одновременно поступающие на стробоскопический смеситель 7. Стробоскопический смеситель 7 стробирует поступающее на него переменное периодическое напряжение U. стробирую- щими импульсами и запоминает напряжение в момент стробирования. Усилитель 8 усиливает выборки запомненного напряжения. Полосовой фильтр 9 выделяет огибающую частоты , ограничивая полосу шумов выходного преобразованного напряжения.

Рассмотрим более подробно работу устройства.

Так как входной сигнал является периодическим с периодом Т, , то его можно записать в общем виде как функцию аргумента о,, t

и f(u,t) f(-|--t),

L,if

где MC 21Tf .

(1)

263184

Напряжение И на выходе стробоскопического смесителя можно записать в виде

5 и K,f(. Т„.К), (2)

где Т - период дискретных выборок, определяемьш по теории Ко- тельникова; 10 К - 0,1,2,.,.;

К - коэффициент, передачи при

стробировании.

Так как выражение (2) представляет собой периодическую функцию, то 15 его можно записать в виде

U,

K, f ( тТ,)к, (3)

где m - любое целое число, в на- 20шем случае равное коэ41фнциенту деления т„

Частота тшульсов стробирования на выходе генератора 6 строб-импульсов запишется как

25 f - Ё - Еяе

m

(4)

где m - коэффициент деления частоты.

Из формулы (4) можно получить, заме- 30 няя частоты периодами, выражение

1

1

Тц

(5)

откуда

Тп -

Jlln

Т --пр

(6)

Подставив выражение (6) в (3), получим

„ Kf -|i- (-1|1.-)к .

L J-c -по -J

K,f(inp

Р Т„-К).

(7)

Так как и выполняются усло- ВИЯ теоремы Котельникова о выборках, то после усиления на выходе полосового фильтра 9 имеем напряжение Ug,, которое получаем, заменяя дискретные временные выборки текущим временем t с учетом коэффициента передачи

и.ь,. К,К f( t)

55

K,f( ),

(8)

где Кл - коэффициент передачи усилителя и фильтра j

К К,- пр 2iiFf,p .

S122

Можно аналогично показать, что период повторения напряжения Ug равен

Т

-пр

-пр

Сравнивая уравнение (1) и (8), ни- ДИМ, что напряжение и по форме совпадает с преобразуемьгм напряжением, но имеет трансформированную частоту , которая не зависит от изменения входной частоты Wj. ZlTf, . В случае, если однополосный преобразователь А

частоту

f m

EE.L

m

то

вьфажение (8) меняет свой знак, т.е, входное и выходное напряжения пр)оти- вофазны. Можно также аналогично показать, что если коэффициент деления частоты Ffip в эе раз больше, чем коэффициент деления частоты преобразуемого напряжения f, , то на частоте Рд„ на выходе выделится напряжение X й гармо ники входного напряжения По величине этой гармоники можно судить о нелинейных искажени-чх входного сигнала в -случае, если, например, входной сигнал имеет форму синусоиды. Полученньш выражения можно также получить более строгим методом с использованием спектральных методов,

Выбор коэффициента деления .tn наи- .более просто решается в том случае, если частота f..- априорно известна. Тогда, например, при выбранном диапазоне изменения f. 1-2 МГц для диапазона частоты f 2-4 МГц должен вьщаваться коэффициент деления . для f- 4-6 МГц - коэффициент деления m 3 и так далее, Коэффициент деления для выбранного диапазона выбирается постоянным н при этом не требуется проведение каких-либо настроечных или измерительных ручных операций. Стробоскопический преобразователь полностью работает в автоматическом режиме. Коэффициент деления может также выбираться последо- вательньм делением в автоматическом режиме частоты входного преобразуеРедактор А.Шишкина

Составитель Н.Михалев Техред Л.Олейник

Заказ 2125/42

Тираж 728Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4.

,

0

.5

0

5

0

5

186

мого напряжения с последуюшлм сравнением результата деления частотным компаратором с эталонным значением частоты. При положительном результате сравнения выдается требуемая величина коэффициента т.

Из рассмотрения формулы (8) видно, что частота выходного преобразованного напряжения не зависит от частоты входного напряжения и равна ffjp - выдаваемой частоте кварцевого генератора. Установив узкополосный фильтр, можно существенно сузить полосу выходных шумов и соответственно повысить точность преобразования, например, по фазовому сдвигу.

Формула изобретения

Способ стробоскопического преобразования периодического переменного напряжения с трансформацией временного масштаба, заключающийся в строби- ровании -мпульсами, засинхронизован- ными с преобразуемым напряжением, запоминании мгновенных значений пере- менно1 о напряжения в момент времени стробирования, эьщеления огибаюш;ей преобразованного низкочастотного напряжения с формированием моментов стробирования делением по частоте входного переменного напряжения на коэффициент m , равный количеству периодов переменного напряжения в периоде стробирования, где № - целое число, большее 1, и определяемый частотным диапазоном переменного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности преобразования, генерируют опорную частоту, равную выбранной частоте огибающей преобразованного низкочастотного напряжения, делят ее на коэффициент т, с -ммируют с поделенной частотой преобразуемого переменного нап- ряясения и из напряжения полученной частоты формируют по длительности и амплитуде стробирующне импульсы.

Корректор С,Черни

Изобретение относится к области электрических измерений и может быть использовано при излучении быст- ропеременных процессов. Цель изобретения - повышение точности преобразования. Устройство содержит усилитель Яй/Г|:У: . агра}шчнтель 1, управляемые делители 2 и 3 частоты с переменным коэффициентом деления однополосного преобразователя 4 частоты, кварцевый генератор 5, генератор 6 строб-1-1Мпуль- соБ, стробоскопический смеситель 7, усилитель 8 низкой частоты и полосовой фильтр 9. Введение операции суммирования поделенных частот преобразуемого напряжения и напряжения опорного генератора с последующим Использованием напряжения полученной частоты гцш стробирования уменьшает диапазон изменения преобразованной частоты при перестройке преобразуемой частоты. Введение операции суммирования при равном коэффициенте деления обеспечивает синхронное деление указанных частот, дает постоянство преобразованной частоты со стабильностью частоты опорного генератора, 1 иэт, с «3 вь/к. Fnp