Компаратор близких частот Советский патент 1990 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к радиотехническим измерениям и может быть использовано в радиолокации для автоматического измерения кратковременной нестабильности частоты источников стабильных колебаний.

Цель изобретения - повышение точности измерения нестабильности частоты.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 - временная диаграмма, поясняющая работу формирователя временных измерительных интервалов.

Устройство содержит первую входную клемму 1, вторую входную клемму 2 четвертый смеситель 3, первый смеситель 4, второй смеситель 5, третий умножитель 6 частоты,второй делитель 7 частоты,второй умножитель 8 частоты, первый делитель 9 частоты, первый умножитель 10 частоты, пятый смеситель 11, третий смеситель 12, формирователь 13 счетных импульсов , второй амплитудный компаратор 14, первый амплитудный компаратор 15, генератор 16 импульсов интервала измерения, формирователь 17 временных измерительных интервалов, блок 18 управления входами счетчика, формирователь 19. временного интервала пары импульсов, реверсивный счетчик 20 импульсов, формирователь 21 интервала усреднения, регистр 22 результата, индикатор 23 результата, блок 24 переполнения, индикатор 25 переполнения .

Первая входная клемма 1 соединена с первым входом первого смесителя 4 и входом первого умножителя 10 частоты, выход которого соединен с формирователем 13 счетных импульсов, вторая входная клемма 2 соединена с первым входом второго смесителя 5, второй вход которого соединен с выходом первого смесителя 4, второй вход которого соединен с выходом второго делителя 7 частоты, выход второго смесителя 5 соединен с входом второго умножителя 8 частоты, выход которого соединен с первым входом третьего смесителя 12, первая входная клемма 1 соединена с входом второго делителя 7 частоты и первым входом четвертого смесителя 3, выход которого через третий умножитель 6 частоты соединен с первым входом пятого смесителя 1),второй вход которого соединен с выходом

5

0

5

0

5

0

5

0

5

первого делителя 9 частоты и вторым входом третьего смесителя 12, выход которого через первый амплитудньй компаратор 15 соединен с первым входом формирователя 17 временных измерительных интервалов, второй вход которого через второй амплитудный компаратор 14 соединен с выходом пятого смесителя 11, причем первый и второй входы блока 18 управления входами счетчика соединены соответственно с первым и вторым выходами формирователя 17 временных измерительных интервалов и первым и вторым входами формирователя 19 временных интервалов пары импульсов, третий вход соединен с выходом формирователя 13 счетных импульсов, четвертый вход соединен с первым выходом формирователя 21 интервала усреднения, а пятый вход соединен с выходом заема счетчика 20, первый выход блока 18 управления входами счетчика соединен с входом суммирования счетчика 20, второй вход соединен с входом вычитания счетчика 20, а выход формирователя 19 временного интервала пары импульсов соединен с входом формирователя 21 интервала усреднения, второй выход которого соединен с управляющим входом регистра 22 результата, вход сброса формирователя 21 интервала усреднения соединен с входом сброса формирователя 19 временного интервала пары импульсов, . входом сброса блока 24 переполнения, входом сброса счетчика 20 и выходом генератора 16 импульсов интервалов измерения, информационные выходы реверсивного счетчика 20 соединены соответственно с информационными входами индикатора 23 результата через регистр 22 результата, вход блока 24 переполнения соединен с выходом переполнения счетчика 20, а выход - с входом индикатора 25 переполнения, кроме того, второй вход четвертого смесителя 3 соединен с выходом первого смесителя 4, а вход второго делителя 7 частоты соединен с входом первого делителя 9 частоты.

Устройство работает следующим образом.

Пусть входной аналоговый сигнал, обладающий в общем случае как частотной, так и амплитудной нестабильностью, имеет вид

) A(t) + (t), (1)

поступает на клемму 2 и на первый вход второго смесителя 5, а сигнал (Uon) опорного колебания в виде

unn(t) t

U

V1 (t)-U0 cos nu).t +

J

0 -|vw/ «on - 4of J(2,

поступает на клемму I и на первые входы первого и четвертого смесителей 4 и 3, на входы первого и второго делителей 9 и 7 частоты и на вход первого умножителя 10 частоты (Uyi). Умноженный по частоте в п раз сигнал (2) опорного колебания в виде

(3)

поступает на вход формирователя 13 счетных импульсов, где из него формируется последовательность импульсов единичной амплитуды и длительностью, равной длительности полупериода сигнала (3), а моменты появления счетных импульсов соответствуют моментам перехода сигнала через нулевые значения.

Входной сигнал () формирователя 13 счетных импульсов в виде

Uc ц (t) sign nw0t + ncfon } (4

поступает на третий вход блока 18 управления входами счетчика. Сигнал (2) опорного колебания в делителях 7 и 9. частоты подвергается делению соответственно в У. г и К, раз. В результате этого выходной сигнал (, первого делителя 7 частоты, поступающий на вторые входы третьего и пятого смесителей 12 и 11, принимает вид

U,

,.,)

(5

а выходной сигнал (Uq ч 4) второго делителя 7 частоты, поступающий на второй вход первого смесителя 4, принимает вид

- UCM4U) cos

СUp п |

KI KI J

(9)

Полученные таким образом сигналы (8) и (9) умножаются по частоте в тп раз умножителями 6 и 8 частоты (1 у/И1, U ум г ) и в виде

4V

raw,, t /. /1 ---hnif(t)-m(l- --) KzК2

(10,

U „(t)

Ч1Л1

аЈГ+Эк1- (11)

поступают на первые входы соответственно третьего и пятого смесителей 12 и II, на вторые входы которых поступает сигнал (5) с выхода первого делителя частоты. В результате этого выходные сигналы (UCMi,UC(MS) третьего и пятого смесителей 12 и 11 принимают соответственно вид

U

см э

(t)Ucw3cos|(Ј- - )6j.t+mv(t)- L К.2 К,

-то - г л,„ к.

П

(12)

UCM 5 (исм5 COS

onl

5

которые поступают далее на входы соответственно первого и второго амплитудных компара.торов 15 и 14„ Амплитудные компараторы 15 и 14 формируют из сигналов (12) и (13) импульсные

последовательности (U

ЛК.1

U

АК-2

) еди

ничной амплитуды п длительностью, равной величине полупериода сигналов,

(12) и (13) в виде

{ f Ј-)wct+mcXt)

Изобретение может быть использовано для измерения кратковременной нестабильности частоты источников стабильных колебаний. Целью изобретения является повышение точности измерения нестабильности частоты. Для этого в компаратор близких частот введены четвертый смеситель 3, третий умножитель 6 частоты, пятый смеситель 11, второй и третий амплитудные компараторы 14 и 15, генератор 16 импульсов интервала измерения, формирователь 17 временных измерительных интервалов, блок 18 управления входами счетчика, формирователь 19 временного интервала пары импульсов, формирователь 21 интервала усреднения, регистр 22 результата, индикатор 23 результата, блок 24 переполнения и индикатор 25 переполнения. Счетчик 20 импульсов при этом выполнен реверсивным. Кроме того, компаратор близких частот содержит две входные клеммы 1 и 2, первый и второй смесители 4 и 5, второй делитель 7 частоты, второй умножитель 8 частоты, первый делитель 9 частоты, первый умножитель 10 частоты и формирователь 13 счетных импульсов. 2 ил.

U

,.4.t(t) -A, t +,(6)

где К., и Ка- коэффициенты деления. В результате этого выходной сигнал (UCM1) первого смесителя 4 принимает вид U

С«1

(t)UCM1 cos (I- )4t+(l- Ј-)/„ 5°

1Л 7,

т,

в результате этого выходные сигналы соответственно второго и четвертого

смесителей 5 и 3 (U мают вид

CMl(t)

-,

С«2

U ом 4) прини

UCM,(

cosf +(t)-(l- IL

. (8)

-ш

I

U.

(I i.)y Л U

1

(14)

sign

(( -

IX к,

m

- ,1

)wflt+(Ј- - кг

(15)

5°

55

Анализируя (14) и U5) видно, что импульсные последовательности, образованные таким образом, различаются длительностями за счет наличия в (14) частотной нестабильности. Вычисляя разность длительностей сигналов (14) и (15), можно получить искомую информацию (U ) о нестабильности частоты исследуемого сигнала (1) в виде

иин, (t)-u/1M(t)-u/,K7(t) -sign ((t)-4VTl}

(16)

а так как cfo ri const, то искомая информация является величиной ni/(t) . Далее (16) подвергается усреднению. Процесс определения разности (16) из (14) и (15) осуществляется в два этапа. На первом этапе формирователь 17 временных измерительных интервалов формирует предварительную разность, а на втором этапе счетчик 20 вычисляет окончательную разность, которая усредняется за определенный (задаваемый формирователем 21 интервала усреднения) промежуток времени, а результат усреднения фиксируется регистром 22 результата и индицируется индикатором 23 результата

Рассмотрим подробнее процесс формирования предварительной разности формирователем 17 временных измерительных интервалов.

I

На фиг.2а и б показаны в упрощенном виде выходные сигналы (12) и (13) соответственно третьего и пятого смесителей 12 и П. На фиг.26 и в изображены временные диаграммы импульсных последовательностей (14) и (15) выходных сигналов первого и второго амплитудных компараторов 1Э и 14, которые поступают соответственно на первый и второй входы формирователя 17, на выходах которого образуются соответственно импульсные последовательности (фиг.2ж из), которые поступают далее соответственно на первый и второй входы блока 18 управления входами счетчика. Сформированные таким образом импульсные последовательности (фиг.2ж и 2з) имеют длительности, которые определяются разницей между временем появления и временем исчезновения импульсных сигналов на первом и втором входах формирователя 17. Таким образом, из сигналов (фиг.2в и г) исключается тот промежуток времени, когда оба эти сигнала одновременно присутствуют на первом и втором входах формирователя 17. Вычисление окончательной разности в длительности импульсных последовательностей (фиг.2ж из) производится счетчиком 20. Блок 18 управления реверсивным счетчиком 20 работает так, что первый приходящий импульс (фиг„2ж из) попадает на вход

5

0

5

0

5

0

5

0

5

суммирования счетчика 20, а второй импульс - на вход вычитания.

Аналогично обрабатывается следующая пара импульсов, но при этом учитывается начальное состояние счетчика 20 от результата предыдущей разности. При этом пары импульсов с первого и второго выхода формирователя 17 временных измерительных интервалов (фиг.2ж из) поступают соответственно на первый и второй входы формирователя 19 временного интервала пары импульсов, который формирует на своем выходе кратковременный импульс после окончания прохождения на первом и втором входах пары импульсов. Формирователь 21 интервала усреднения подсчитывает число пар обрабатываемых импульсов и формирует на своем первом выходе сигнал, длительность которого определяется числом обрабатываемых пар импульсов (или формирует интервал усреднения). Выходной сигнал формирователя 21 поступает на четвертый вход блока 18 управления входами счетчика и определяет время разрешения поступления импульсов на входы счетчика 20. При этом выходной сигнал с второго выхода формирователя 21 интервала усреднения поступает на разрешающий вход регистра 22 результата и разрешает запись сформированного кода числа результата усреднения определенного количества разности пар импульсов из счетчика 20 в разряды регистра 22. При этом одновременно с записью кода числа в регистр 22 результата происходит индикация кода числа регистра 22 результата индикатором 23 результата. Если в процессе вычисления среднего значения величины (16) хотя бы однократно происходило переполнение счетчика 20 импульсов, то блок 24 переполнения подает на индикатор 25 переполнения сигнал, равный логической единице. Такой результат вычисления не несет достоверную информацию об измеряемой величине, и этот результат измерения необходимо исключить из рассмотрения. Генератор 16 импульсов интервала измерения формирует кратковременные импульсы положительной полярности, следующие с частотой, равной частоте проведения измерений.

Таким образом повышенная точность измерения устройства повышается за счет вычисления счетчиком 20 им

пульсов математического ожидания измеряемой величины из строго определенного числа однократных измерений и за определенный интервал усреднения.

Формула изобретения Компаратор близких частот, содержащий две входные клеммы, два делителя частоты, формирователь счетных импульсов, три смесителя, два умножителя частоты и счетчик импульсов, причем первая входная клемма соединена с первым входом первого смесителя и входом первого умножителя частоты, выход которого соединен с входом формирователя счетных импульсов, вторая иходная клемма соединена с первым входом второго смесителя, второй вход которого соединен с выходом первого смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго делителя частоты, выход второго смесителя соединен с входом второго умножителя частоты, выход которого соединен с первым входом третьего смесителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены четвертый и пятый смесители, третий умножитель частоты, два амплитудных компаратора, формирователь временных измерительных интервалов, генератор импульсов интервалов измерения, блок управления входами счетчика, формирова- тель временного интервала пары импульсов, формирователь интервала усреднения, регистр результата, индикатор результата, блок переполнения, индикатор переполнения, а счетчик им- пульсов выполнен реверсивным, при этом первая входная клемма соединена с входом второго делителя частоты и первым входом четвертого смесителя, выход которого через третий умножи- тель частоты соединен с первым входом пятого смесителя, второй вход которого соединен с выходом первого делителя частоты и вторым входом третьего смесителя, выход которого через

5

ю 50 0 5 0 5 0

первый амплитудный компаратор соединен с первым входом формирователя временных измерительных интервалов, второй вход которого через второй амплитудный компаратор соединен с выходом пятого смесителя, первый и второй входы блока управления входами счетчика соединены соответственно с первым и вторым выходами формирователя временных измерительных интервалов и первым и вторым входами формирователя временных интервалов пары импульсов, третий вход блока управления входами счетчика соединен с выходом формирователя счетных импульсов, четвертый вход блока управления входами счетчика соединен с первым выходом формирователя интервала усреднения, пятый вход блока управления входами счетчика соединен с выходом заема счетчика импульсов, первый и второй выходы блока управления входами счетчика соединены соответственно с входом суммирования и входом вычитания счетчика импульсов, выход переполнения которого соединен с входом блока переполнения, вход сброса которого соединен с входом сброса формирователя интервала усреднения, входом сброса счетчика импульсов, входом сброса формирователя временного интервала пары импульсов и выходом генератора импульсов интервала измерения, выход формирователя временного интервала пары импульсов соединен с входом формирователя интервала усреднения, второй выход которого соединен с управляющим входом регистра результата, информационные выходы счетчика импульсов соединены соответственно с входами индикатора результата через регистр результата, выход блока переполнения соединен с входом индикатора переполнения, второй вход четвертого смесителя соединен с выходом первого смесителя, а вход второго делителя частоты соединен с входом первого делителя частоты.