Устройство для измерения нестабильности частоты Советский патент 1988 года по МПК G01R23/00 

о KJ

о

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в контрольно-измерительной технике.

Целью изобретения является повьше- г ние точности измерения.

На фиг. 1 представлена функциона,пь- ная схема устройства для измерения нестабильности частоты; на фиг. 2 - график функции Q С;), который иллюст-10 рирует влияние введения дополнительных фильтров на оценку нестабильности частоты.

Устройство содерлдат фазовый детектор 1, первый перестраиваемый фильтр 15 2, первый регулируемый усилитель 3, третий Перестраиваемьй фильтр 4, четвертый перестраиваемый фильтр 5, второй регупируемый усилитель 6, сумматор 7, второй перестраиваемый фильтр 20 8, измеритель 9 среднеквадратичных значений (ИСКЗ), фильтр 10 фазовой автоподстройки частоты, опорный генератор 11 и переключатель 12.

Выход фазового детектора 1 через 25 первый перестраиваемый фильтр 2 и первый регулируемый усилитель 3 соевого детектора 1 поступает на вход первого перестраиваемого фильтра 2 с частотной характеристикой Н , (аО

W sin -- и на входы последовательно

соединенных третьего 4 и четвертого 5 перестраиваемых фильтров соответственно с частотными характеристиками Н з(ш) sin 7-/) и Н (LJ) sin-.

Отфильтрованный первым перестраиваемым фильтром 2 сигнал через первый регулируемьй усилитель 3 с коэффициентом передачи, пропорциональным k, l/Dd + (1 + q) , поступает на первый вход сумматора 7. Сигнал с выхода четвертого перестраиваемого фильтра 5 через второй регулируемый усилитель 6 с коэффициентом передачи, пропорциональным k 4/3(1 + + q) + 2«/27(1 + q)J , поступает на второй вход сумматора 7. В выражениях- для k , и k q

:динен с первым входом сумматора 7, а | S/a)dw/J S(u;)du (q - отношечерез третий перестраиваемый фильтр 4, четвертый перестраиваемый фильтр 30 5 и второй регулируег-1ьш усилитель 6 подсоединен к второму входу.сумматора 7, .выход сумматора 7- через второй перестраиваемый фильтр 8 соединен с, входом ИСКЗ 9, меж,:гу выходом и опор-;, ным входом фазового детектора 1 включены последовательно соединенные фильтр 10 фазовой автоподстройки частоты и опорный генератор 11. Измерительный вход фазового детектора 1 п соединен с выходом переключателя 12, первый вход которого является входом устройства, а второй - соединен с опорным входом фазового детектора 1„

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии переключатель 12 устанавливается в положение 1, Сигнал исследуемого генератора по- цается на измеритехгькый вход фазового детектора 1. На опорный вход фазового детектора 1 поступает сигнал с выхо- да опорного генератора 11j который ,адп обеспечения работы на линейном участке фазовой характеристики управляется сигналом с выхода фильтра 10 55 (разовой автоподстройкИо Напряжение, аропорциональное фазовым фпуктуациям исследуемого сигнала, с выхода Фазоние сигнал-шум на выходе фазового детектора 1).

Следовательно, для спектра сигнал (LJ) на выходе сумматора 7 можно записать V(u5) SgCoj) k ,/Н (w)i + -f kjH j(U))l-tH Ди))1 S0(w) IH(w)l. Сиг нал на выходе сумматора 7 пропорционален среднему на интервале времени D значению ( С1гучайных флуктуации частоты dtoCU) исследуемого сигнала, так как:

модуль lkiH,{u)) + k.jHj (ш)Н (LO),

45

Импульсная (весовая) характеристи ка g(t; ) фильтра Н(ш) ,(ы) + + k-гНд (а))Н (w), определяемая обратны преобразованием Фурье, отлична от ну ля только на интервале времени f.

Для спектра S2(uj) сигнала на выходе второго перестраиваемого фильтр 8 с передаточной характеристикой

OJ,)

и() sin-- можно записать Sj(u)) Sg(u)lkiH (ы) +

+ kjH3(w)H(uj)M Н, (w) S0(u))|H(u))h HH(u))((1)

вого детектора 1 поступает на вход первого перестраиваемого фильтра 2 с частотной характеристикой Н , (аО

W sin -- и на входы последовательно

соединенных третьего 4 и четвертого 5 перестраиваемых фильтров соответственно с частотными характеристиками Н з(ш) sin 7-/) и Н (LJ) sin-.

Отфильтрованный первым перестраиваемым фильтром 2 сигнал через первый регулируемьй усилитель 3 с коэффициентом передачи, пропорциональным k, l/Dd + (1 + q) , поступает на первый вход сумматора 7. Сигнал с выхода четвертого перестраиваемого фильтра 5 через второй регулируемый усилитель 6 с коэффициентом передачи, пропорциональным k 4/3(1 + + q) + 2«/27(1 + q)J , поступает на второй вход сумматора 7. В выражениях- для k , и k q

ние сигнал-шум на выходе фазового детектора 1).

Следовательно, для спектра сигнала (LJ) на выходе сумматора 7 можно записать V(u5) SgCoj) k ,/Н (w)i + -f kjH j(U))l-tH Ди))1 S0(w) IH(w)l. Сигнал на выходе сумматора 7 пропорционален среднему на интервале времени D значению ( С1гучайных флуктуации частоты dtoCU) исследуемого сигнала, так как:

модуль lkiH,{u)) + k.jHj (ш)Н (LO),

Импульсная (весовая) характеристика g(t; ) фильтра Н(ш) ,(ы) + + k-гНд (а))Н (w), определяемая обратным преобразованием Фурье, отлична от нуля только на интервале времени f.

Для спектра S2(uj) сигнала на выходе второго перестраиваемого фильтра 8 с передаточной характеристикой

OJ,)

и() sin-- можно записать Sj(u)) Sg(u)lkiH (ы) +

+ kjH3(w)H(uj)M Н, (w) S0(u))|H(u))h HH(u))((1) .

31396079

Соответственно, на выходе измерителя 9, выполняющего операции интегрирования, извлечения квадратного корня и умножения на коэффициент l/Wg, вырабатывается напряжение

Произведя интегрирование, получим

., 2U(1/3f if (A/ЗЙ( о 7(ЗЩ+2}

На фиг. 2 приведен график функи, (uOlH(w)|2iH,(u))Hdu,), ц™ . который характеризует степень влияния применения фильтров с суммарной частотной характеристикой H(ij) на оценку нестабильности частоты. Из приведенной зависимости видно, что для характерных моделей спектра мощности SjCij) оценка дисперсии с помощью фильтра с суммарной частотной характеристикой ) при условш отсутствия аддитивных шумов измерителя практически не отличается от пс пользования фильтра среднеинтеграль- ной оценки с частотной характеристипропорциональное среднеквадратичной относительной вариации 6 (ц)) частоты исследуемого сигнала,

Найдем значение мощности помехи J (iO на выходе второго перестраиваемого фильтра 8:

«J

бЧа) S S,(w)l H,,(w)|2 ) 2du

I

1

r . W

2 П +2 /27 (1 +q)2 1- 2

,

4 .01- . uf т . . u)1S j M-(Hq): Sin--dw..

Произведя интегрирование, получим

., 2U(1/3f if (A/ЗЙ( о 7(ЗЩ+2}

ц™ . который характеризует сте

пень влияния применения фильтров с суммарной частотной характеристикой H(ij) на оценку нестабильности частоты. Из приведенной зависимости видно, что для характерных моделей спектра мощности SjCij) оценка дисперсии с помощью фильтра с суммарной частотной характеристикой ) при условш отсутствия аддитивных шумов измерителя практически не отличается от пс пользования фильтра среднеинтеграль- ной оценки с частотной характеристикой

. wV sin-При измерении в присут

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в контрольно-измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения. Устройство содержит фазовый детектор 1, перестраиваемые фильтры 2 и 8, измеритель 9 средне- квадратичньк значений, фильтр 10 фазовой автоподстройки частоты, опорный генератор 11 и переключатель 12„ Введение регулируемых усилителей 3 и 6э перестраиваемых фильтров 4 и 5 и сумматора 7 повышает точности измерения. 2 ил.

Из (1) можно получить 36

25

) 4 ri+2t/27(1-«-q)J

Для сравнения точности известного

и предлагаемого устройств найдем от- зо нощение

62/62 (d) 1 + (1 + q)j 1.(2)

Из (2) видно, что это отношение всегда больше единицы, т.е. имеем уменьшение мощности паразитных фазовых флуктуации из-за аддитивных шумов измерителя. Например, при q«1 и 1 100 с

62/бЧл) 5.

Определим далее влияние предлагаемой структуры фильтра H(uj) на оценку нестабильности частоты сигналов высо- костабильных генераторов, учитьшая.

что характерной моделью спектра мощности частотных флуктуации рассматриваемого типа генераторов является модель вида

S,,ao) hw ; ЗЛы)

С этой целью определим отношение

00

Q(j.) S Sg(to)lH(Lo)|2dw/

-сь 0& ,.л

/JSe(u)) dw.

25

зо

35

40

50

55

45

ствии аддитивных шумов измерителя предлагаемая структура фильтра позволяет значительно снизить щумовую погрешность измерения, т,е, повьшгается точность измерения.

При реализации устройства на элементах цифровой техники фильтры с частотными характеристиками H,(aj), Н CLJ) , Н j(w) и Н(ы) могут быть построены как цифровые нерекурсивные фильтры.

При построении данного устройства на элементах аналоговой техники хорошую аппроксимацию частотой характеI. fw«

ристики вида sin -- можно получить

с помощью фильтра верхних частот с частотой среза u)j. l./loj t. В качестве фильтра с частотной характеристи„ , . fu. , .lu)f

кои (sin--- )/--- используется аналоговый фильтр нижних частот с частотой среза u) l/lu).

Формула изобретения

Устройство для измерения нестабильности частоты, содержащее последовательно соединенные фазовый детектор и первый перестраиваемый фильтр, последовательно соединенные второй перестраиваемый фильтр и измеритель среднеквадратичного значения, а также последовательна соединенные фильтр фазовой автоподстройки частоты и опорный генератор, включенные между выходом и опорным входом фазового детектора, переключатель, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены последовательно соединенные первый регулируемый усилитель и сумматор, второй регулируемый усилитель, последовательно соединен- р ные третий и четвертый перестраиваемые фильтры, вход первого регулируемого усилителя соединен с выходом первого перестраиваемого фильтра, вход третьего перестраиваемого фильтра - с выходом фазового детектора, выход второго регулируемого усилителя - с вторым входом сумматора, выход которого соединен с входом второго перестраиваемого фильтра, при зтом измерительный вход фазового детектора соединен с выходом переключателя, первый вход которого является входом устройства, а второй вход соединен с опорным входом фазового детектора.