Измеритель частот бигармонического сигнала Советский патент 1988 года по МПК G01R23/00 

САд Ч

СО

сд

Изобретение откосктся к радиотехнике и предназначено для кгзмерения частот бигармонического.сигнала,

Г-;ел.ь изобрете ьчя - повьтаение быст родействик„

На чертеже приведена функци.ональ- ная схема измерителя частот бигармо ш ческого сигнала о

Измерич ель содаржнт лв:ш-1го -1 за- держкИэ блок 2 возведения в квадрат, компаратор 3, ключ 4, фиксирующую цепь 55 блок b нелинейного преобра- зовакия делитель ,., лкниж 8 эа,церж KKj сум14атор 9 5 перемко:ет1тель 10,, fjj оч : зькгк -ачг делитель 12, ключ 13 i. .b ii6pa op 14 j фршьтр 15 5 ге тйссд:;г |С; 2и .с. 17, фильтр 18; л. nj 9 эцеггк с -:, перемно;китель 20,, л:.- , л 21 - 22 с др.ржкк, сзт-даатор 23. перемнсйжтель 2 линию 25 за- блок 26 зычктания,, перемно- зитель 275 масштабньш усилитель 28, блоки 23 и 30 вычитания и источник 3 2талонного капмяжЕния,

Линия t задержки через последовательно соедикенг-аю линию 8 задержки сумматор 9f делитель 7, ключ 4 фиксирующую цепь 55 блок 6 нелинейного преобразования и блок 29 вычитания соединена с первьм входом блока 30 вьгеитания,, к второщ - входу которого подключен выход источника 31 эталонного напряжения, Вьвсод линии 1 задержки соединен с вторым входом делителя 7 через послед0ватет1ьно соединенные блок 2 возведения в квадрат и компаратор 3 с вторым входом ключа АО Ключ 13, к управпяющему входу ко- -торого подключен выход мультивибратора 14, через последовательно соединенные фильтр 15 и гетеродин 16 соединен с первым входом смесителя 17j второй вход которого является входом измерителя, Выкод смесителя 17 через фильтр 18 подключен к входу ЛИКЖ- 1 задержки;, з горому входу сумматора 9 н вход:/ тиш-ти 19 задержки э

выход которой подключен к первым входам перемножителей 20 и 24, а через сумматор 23-х второму входу перемножителя 24 и первому входу перемножителя 27, второй вход которо- го соединен с первьм входом перемно- ягителя 10, второй вход сумматора 23 соединен с выходом линии 22 задержки выход сумматора 9 -- с вторыми входа- t-m перемножнтелей tO и 20. Выход перемножителя 10 через блок 11 ВЬЕЧИТЕ- , ко второму входу которого через линию 21 задержки подключен выход перенножителя 20 подключен к первому входу делителя 12, к второму входу которого через последовательно сое- диненные линию 25 задержки и блок 26 вьр-штания jKo второму входу которого подключен выход перемножителя 27,, подключен выход перемножителя 24. Выход делителя 2 соединен с вторым входом ключа 13„ Выход фильтра 15 через масп1табный усилитель 28 соединен с вторым входом блока 29 вычитания, выход которого является первьв-5 выходом измерителя. Выход блока 30 вычитания является вторым выходом измерителя. Линии 1, 8, 19, 22 21 и 25 задержки, сумматоры 9 и 23, блоки 11 и 26 вычитания, перемножители 10. 275 20 и 24 и делители 7 и 12 образуют блок определения козффи- ииентов авторегрессии (А, и А), бло 2 возведения в квадрат, компаратор 3, ключ 4 и фиксирующая цепь 5 - блок ликвидации шумовых выбросов напряжений, ключ 13s фильтр 15, мультивибратор 14 и масштабный усилитель 28 - блок управления, блок 6 нелинейного преобразования, блоки 29 и 30 вычитания и источник 31 эталонного напряжения - блок формирования значений частот входного сигнала

Измеритель частот бигармонического сигнала работает следуюш-ш образом.

На вход измерителя поступает би- гаомонический сигнал вида

Изобретение относится к радиотехнике и позволяет повысить быстродействие измерителя частот бигармони- ческого сигнала. Измеритель частот содержит последовательно соединенные линию 1 задержки, блок 2 возведения в квадрат, компаратор 3, ключ 4, фиксирующую цепь 5, блок 6 нелинейного преобразования, делители 7 и 12, линии 8, 19, 21, 22, 25 задержки, сумматоры 9 и 23, перемножители 10, 20, 24 и 27, блоки 11, 26, 29 и 30 вычитания, масгатабный усилитель 28 и источник 31 эталонного напряжения. В измеритель введены ключ 13, мультивибратор 14, фильтры 15 и 18, гетеродин 16 и смеситель 17, Частоты преобразованного сигнала системой автоматической подстройки частоты измерителя поддерживаются такими, чтобы коэффициент авторегрессии А,,был ра вен нулю. По коэффициенту авторегрессии AJ вычисляется значение частот входного бигармонического сигнала. Устройство позволяет измерить частоты сигнала за время, меньшее, чем величина, обратная разности частот входного сигнала. 1 ил. i СЛ

. t О , /. V

1 и,0., t -f- ( +9) при t 0. Смеситель 17 переносит спектр входного сигнала на новые частоты

fr частота гетеродина 16), тогд бигармонический сигнал на выходе

-

ч- 1 и .с

.

7 t.- (где Е сите.гтя 17 может быть записан как

Г

С

TJ.coB(2irf.,,., f) -«- U,cos(2Tf.,, t с) при t

fr частота гетеродина 16), тогда бигармонический сигнал на выходе смесите.гтя 17 может быть записан как

при t . 0;

(2)

Известно, что значения бигармони- ческого сигнала в любые пять последовательных моментов времени, разделенных интервалом Т, связаны соотношением:

U(t) -A,U(t - Т) - А

- A,U(t - ЗТ) - U(t - 4Т),

lUCt

U(t), U(t-T), 2T),U(t-3T), - 4Т)

15

A, и A,

значения бигармо- нического сигнала в моменты времени t, t - Т, f-21, t - ЗТ, t -AT,

постоянные коэффициенты, связан- 20 ные с частотами бигармонического сигнала соотношением;

А, (, Т) + + со8(.Т) ;

А, 2 + 4 cos(2irfnp.,T)( хсо8(275„р.,Т) .

При фиксированной величине Т для любых значений f и f можно подобрать частоту f.f. гетеродина 16 та- 35 КИМ образом, чтобы

cos(, Т) -cos(2irf,j,,T), (5) тогда, как следует из выражения (4)

А, О,

А„ -2соз41Г5,

РТ.

Отсюда

np.f

1 4 itT

arccos(- - ,

т.е.

f,

arccos(-A)

- f.

Учитьшая (5), получим

f J- 1 2Т

1437795

Таким образом, значение частот f, и f входного бнгармонического сигнала U(t) может быть определено по g величинам А и f при условии, что А , 0. Частота гетеродина 16 fr может быть измерена. Величина коэффи10

циентов А, и Aj находится по значениям бигармонического сигнала U(t) в шесть последовательных моментов времени. Действительно, из выражения (3) и аналогичного ему

15

U(t - Т) (t - 2Т) -

(t- - ЗТ) - A,U(t - 4Т) - U(t - 5Т)

следует, что

А

U(t - 4Т) + U(t) U(t-2T) U(t-5T)+U(t-T) U(t-3T)

U(t-T) + U(t-3T) U(t-2T) U(t-2T)+U(t-4T) U(t-3T) (8)

30

Если вычисленное значение коэффициента А, использовать для управления частотой f.f гетеродина 16 так, чтобы получить А, О, то, как следует из соотношения (3)

А, U(t) + U(t - 4Т)

U(t - 2 Т) Алгоритм вычисления частот

(9)

f,

f, и

входного бигармонического сигнала U(t), реализуемый измерителем состоит в следующем:

-входной бигармонический сигнал U(t) преобразуется на новые частоты

fnp., f. - fr fpp. f ff

-по значениям преобразованного

бигармонического сигнала U(t) в шести последовательных моментах времени, отстоящих друг от друга на интервал

6)

7)

Т, вычисляется значение коэффициента А в соответствии с выражением (8),

-вычисленное значение А используется для управления частотой гете50 родина fp таким образом, чтобы уста- новившее ся значение А О,

-по истечении времени установления через значение--преобразованногс) сигнала U(t) вычисляется величина

gg коэффициента А в соответствии с выражением (9) и оценивается частота гетеродина f -вычисляются частоты f и f в соотвествии с формулами (6) и (7).

Смеситель 17 преобразз ет входной бигармонический скгншт на козью частоты fr,p,, f ; f.. ,, :-: f,j f

Получившееся в з-гроцасса преобразования разностные частоты f,,.; - f - f,. ес 2 г стфилътровывэлотся фильтром 18, Динки I, 8, 19, .2, 21 и 25 задержки5 сумматоры 9 к 23, блоки 1 1 и 26 вь читания, пepe п-;;o7faI aJ и 10, 20, 24 и 27 к делитель 12 осуществляют вычисление коэффгащента AJ в соответствии с выраженкег- ; (8) , При этом линии 19, 22, 21 и 25 задержки задерживают сигналы на время Т каяс- дая, а ЛИНИИ 8 и 1 задержки, аасержи™ вают сигнал на время 2Т каг,-дая, Время, требуемое для вы гнслекл-уя коэф™

фициента А, равно

r.fr

А f вьг исляется по шести значениям прео5-оазовг1Н -- кого сигнала следующих друг за другом через иктервал Т моментов времени) t, Поэтому интервал выдачи информаи ;и о величине Aj, определяемый периодом замыкания ключа 13„ ссста: злрег 5Т, Этот интервал задается r ьтивибpa- тором 14, работающим в колебательном режиме, замыкающем Ключ 13 на время . Вычисленные значения А поступают на фильтр 15, выполняющий двойную роль: во-первыкд считанное значение А, запоминается ка время 5Т во-вторых, этот фильтр определяет динамические свойства систе азто- подстройки частоты гетеродина 16 Поэтому фильтр 15 состоит нэ последовательно соедикеннмх Ажскрующей цепи нулевого порядка и интегратора о Напряжение на выходе фильтра 15 yji- равляет частотой гетеродина 16, После того, как частота гетеродина 16 станет такой, что AJ 0 вычисляется коэффициент А в соответствии с выражением (9). В вычислеияи величины Aj участвуют линии 1 и 8 задерзгски,) сумматор 95 делитель 7,, блок 2 возведения в квадрат, кокяэ.ратор 3 и фиксирующая цепь 5с Блок 2 возведеШ гя в квадратS компаратор 3 и ЖГЕОЧ 4 необходимы потому3 что возно жны случаи, когда знаменатель з; залект й (9) (напряжение U(t - 2Т) обращается з нуль а числитель (U(t) ; UCt - 41 ,, в силу присутствия во входном сигнале измерителя хотя бы очекль спабых шумов, в это время о нуля Это приводит к появлеамзо выбросов „ напряжения на выходе де.т тел1я ., Для исключения такг-га выб оосов кащ я:яение

37795

U(t - finoiKe

10

2Т) возводится в кзадрат з 2 и в момеь ты времени, когда. (t - 2Т) близко к ,, срабатывает KOfTiapaTO D 3., размытсая ключ 4, пюц. 4 вновь замыкается, когда U Ct -Т) превысит ПОТ5ОГ срабатывания ксл-шаратора 3 , Фикст-грующая цепь 3 слуготт для запоминания напряжения в момент ,rкaния ключа. 4. Блок 6 нелинейного поеобразования .еств ля 5т оператшю

arcccsC- 4). Нап

ряженке с выхода этого блока посту- пэ.ет на блок 29 вь читаш- я, на второй вход которого с маситабного усилкте- 28 поступает нагфяжение, пропор- щ-гональкое величине частоты гетеро™ дина f|. о На выходе блока. 29 зьтита- ник в соответствии с выражением (6) получается напряжение; пропорциональное чистоте f( входного бигармо- ни ч е с S о г о сиг н ала U(t) , Ко э ффицке н т усилеш тя масп табкого усилителя 28 Влзб лрается равнг- гч крутизне управителя гР. геродина 16.. Вторая частота би- гармопического сигнала u(t) определяется в блоке 30 вычитаьмя в соответствии с вьтрз-жекиам (7), На второй вход блока 30 вычитания подается постоянное напряжение, пропорциональное по величине 1/21, Это напряжение формируется 3 исто - ккке 31 эталонного напряжекзи:.

Форм у л а изобретения

Измеритель частот бигзрмоническо- го сигна.па,. содерча глй последовательно соадинекные первьй с г я-гатор, пер- вьй делитель, первый ключ, к уггаав- ляющему входу которого подключен выход компаратора, фиксирующую цепь и блок нелинейного преобразования,

последовательно соединенные первуЮр линз- ю задержки, а также пер- р-ьй перемно жителЬр второй перемножт-- - тепь,, о л и ч а. ю s и и с я тем что, с п:елью позьпленкя быстродейств;яя, в него ззедены послепонательно соедикеняхе дторой хлюч к уп-оазляю- те.№/ входу которого подключен зь ход м /льтивкбр.атора,. первый фильтр-гетеродин. смеснталь, второй фильтр,,

выход которого соединен с входом первой ликжк задержки3 входом третьей лкнин эаяергцсн и вторым входом первого cyva ciTopa-. БГгОсод третьей линик соепикен с пяг)

входом второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом второй линии задержки, и с первыми входами третьего и четвертого перемножителей, выход второго сумматора соединен с вторым входом четвертого перемножителя и с первым входом второго перемножителя, второй вход которого подключен к выходу второй линии задержки, блок возведения в квадрат, выход которого подключен к входу компаратора, а вход соединен с входом первого делителя и выходом пер- вой линии задержки, с которым соединей вход четвертой линии задержки, выход которой подключен к второму входу первого сумматора, выход которого соединен с вторым входом первого перемножителя и вторым входом третьего перемножителя, выход которого через пятую линию задержки соединен С первым входом первого блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом первого перемножителя, выход четвертого перемножителя через шестую линию задержки подключен к первому входу второго блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом второго пере- -множителя, выход первого блока вычитания соединен с первьм входом второго делителя, второй вход которого соединен с выходом второго блока вычитания, выход второго делителя

подключен к втором входу второго ключа, выход первого фильтра через масштабный усилитель соединен с пер- вым входом третьего блока вычитания, второй вход которого подключен к

выходу блока нелинейного преобразования, выход третьего блока вычитания соединен с первым входом четвертого блока вычитания, к втором входу которого подключен выход источника

эталонного напряжения, причем второй вход смесителя является входом измерителя, выход третьего блока вычитания .является первым выходом измерителя, выход четвертого блока

вычитания является вторым выходом измерителя„