Измеритель частоты Советский патент 1988 года по МПК G01R23/00 

)

W

iW

Вхйд

to

Р ел

Изобретение относится к электро- радиоизмерениям и нреднаэначено для измерения частоты гармонического сигнала за время меньше длительности периода колебания.

Цель изобретения - повышение быстродействия путем уменьшения времени измерения,

На чертеже представлена структур- ная схема устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные линию 1 задержки (ЛЗ) вход которой является входом устройсва, перемножитель 2, сумматор 3 и ;блок 4 вычисления отношения, а так- же блок 5 возведения в квадрат, ЛЗ 6 сумматор 7, ЛЗ 8, сумматор 9, ЛЗ 10, и блок 11 нелинейного преобразования, выход которого является выходом устройства. Входы сумматора 7 соединены соответственно с входом ЛЗ 1 и выходом ЛЗ 6, а выход - с вторым входом перемножителя 2, выход которого соединен с вторым входом суммато- ра 3 через ЛЗ 8, выход ЛЗ 1 подключен к входу ЛЗ 6 и через блок 5 возведения в квадрат - к входу сумматора 9 и входу ЛЗ 10, выход которой соединен с вторым входом сумматора 9, причем второй вход блока 4 вычисления отношения подключен к выходу сумматора 9, а выход - к входу блока 11 нелинейного преобразования.

Приндип работы измерителя часто- ты можно пояснить с позиций теории линейного предсказания. Линейный ;предсказатель определяется как уст- ;ройство, на выходе которого

л м . : U,(t) -Ila U,(t-mO)

при t 7, М -г (1)

где и(t) - входной сигнал;

и(t) - предсказанное значение

входного сигнала; а - коэффидиент авторегрессии (предсказания); М - порядок предсказателя;

i - время задержки.

5

Q

Основная задача анализа заключается в определении коэффициента наблюдаемой и задержанным реализациями и, (t). Наиболее распространен- нь1М критерием оценки а является критерий минимума кратковременной энергии погрегиности предсказания ().Погрешность предсказания e(t) определяется как

e(t)Ui (t)-U,(t)

м 51 а U Ct-roU.)

m; 1°

при t 7/ М-1,,, ft

Тогда Е lZe(t-K4t) (3)

k o

при t 7/ TO ,

где At - малый интервал времени,

О

Тр - интервал времени, в течение которого производится оценка коэффициента а,„.

Величина N связана с интервалом врет

мени Тр соотношением

Т. N dt М,.

(4)

В частном случае, при (предсказатель второго порядка и aj 1 (это соответствует предсказанию вхоного сигнала в виде незатухающего - гармонического колебания) имеем

U,(t) -a,U/t-y - и, (t-2) при t 7/

N

Е S1 и, (t-K ) + а ,. и, (t- f, -

- к 4t) + U( К4 t)

при t 7/ N iJt + 1,.

в соответствии с выбранным критериI ,,

ем полагаем --;;- О, За,

Изобретение предназначено для измерения частоты гармонического сигнала за время, меньшее длительности периода колебаний. Измеритель содержит линии 1 и 6 задержки, перемножитель 2, сумматор 3, блок 4 вычисления отношения, блок 5 возведения в квадрат и блок 11 нелинейного преобразования . Введение линий 8 и 10 задержки, сумматоров 7 и 9 и образование новых функциональных связей П9 вышает быстродействие измерителя. , 1 ил.

а, (N,t) - jI,U, t) U,()+U,.( К л t)

71

SZu/t- -г,- кл t)

при t. N-dt+2 i j .

Между коэффициентом а и частотой входного сигнала w имеется соответствие

(5)

u)(N,t) arccos () при

t7, N-4t + 2Cj..(6)

Величину N можно выбрать, руководствуясь следующими рассуждениями. Минимальное значение интервала времени 2Г.. Это соответствует тому случаю, когда оценка at прЬиэводит- ся по трем значениям входного сигнала, сдвинутым друг относительно друга на время С., при этом N О (выражение (4) в случае М 2). Однако при такой оценке внешние помехи мо

I

Zlu,(t- -К at) CUiCt-K4t) + U,(t-2 -К4 t)

. Vio

HuVt-to-Kd t) при t7, 2 f,+ л t. krC

Алгоритм оценки параметра a,(t) H4acTOTHW(t) (выражения (6), (7)), реализуется с помощью предлагаемого устройства.

Устройство работает следующим образом.

Входной гармонический сигнал задерживается в каждой из ЛЗ 1 и 6 на

время t i , при этом напряжение на выо

ходе перемножителя 2 выра;(сается в виде

U5(t) - U,(t- ) CU,(t) +

+ U,(t- 2,)

при t 7/

Ч

1

на выходе блока 5 возведения в квадрат

Uj(t) U,4t-fj) при t7,C,

на выходе сумматора 3

1 U,(t) SI U.(t-,,-K4 t) U,(t-K4t) +

7

+ U, (t-2f,- К и t)npH t + at,

на выходе сумматора 9

1 U(t) ZIu, ()

при t 7, C + 4 t,

на выходе блока 4 вьиислейия отно- .шения

U,(t)

a,(t) при t 7/2 fy + d t.

на выходе блока 11 нелинейного преобразования

, (t) oo(t) при t 7/ 2 2у + dt.

Время

ляет

измерения частоты составгут привести к ложной оценке величины а,, когда U(t-f.) близко к нулю. Увеличение N ведет к повьппению помехоустойчивости оценки и одновременно- к возрастанию времени То- Поэтому при сравнительно слабых внешних помехах (например, когда уровень входного шума значительно меньше уровня входного сигнала) целесообразно выбирать , тогда

(7)

0

5

0

5

0

В

0

5

I / -1

во всем диапазоне частот от Юллмн до oJ|tf,(c не зависит от величины ( при этом SOj, а на выходе измерителя частоты отсутствуют выбросы напряжения при воздействии на него аддитивных внешних помех.

Формула изобретен ия

Измеритель частоты, содержащий последовательно соединенные линию задержки, вход которой является вхо- ; дом устройства, перемножитель, сумматор и блок вычисления отношения, а также вторую линию задержки, блок возведения в квадрат, входы которых объединены с входом перемножителя, и блок нелинейного преобразования, выход которого является выходом устройства, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения быстродействия, в него введены второй и третий сумматоры, третья и четвертая линии задержки, причем входы второго сумматора соединены соответственно с входом первой линии задержки и выходом второй линии задержки, а выход - с вторым входом перемножителя, выход которого через третью линию задержки подключен к второму входу первого сумматора, выход блока возведения в квадрат соединен с первым входом третьего сумматора и через четвертую линию задержки - с вторым входом третьего сумматора, выход которого подключен к второму входу блока вычисления отношения, а вход блока нелинейного преобразования соединен с выходом блока вычисления отношения .