Устройство для измерения параметров частотно-модулированных колебаний Советский патент 1991 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к электро- радиоизмерениям и может использоваться для определения мгновенной частоты частотно-модулированного (ЧМ) гармонического колебания и частоты его модуляции.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства} на фиг.2 - вычислитель аргумента; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство для измерения параметров ЧМ колебаний содержит аналого- цифровой преобразователь (АЦП) 1, вычислитель 2 аргумента, арксинусный преобразователь 3, умножитель 4, вычислитель 5 аргумента, арккосинусный преобразователь 6, умножитель 7, делтель 8, арккосинусный преобразователь 9, умножитель 10, генератор 11 тактовых импульсов, делитель 12 частоты, элемент 13 задержки, запоминающие устройства 14-16.

Каждый из вычислителей аргумента содержит (фиг. 2) регистры 17-20 сдвига, сумматоры 21 - 23, умножители на два 24 и 25, ключи 26 - 29, элементы ИЛИ 30 и 31, делитель 32 и цифровой компаратор 33.

Выход АЦП 1.информационный вход которого является входом устройства, через последовательно соединенные вычислитель 2 аргумента, арксинусный преобразователь 3, умножитель 4, вычислитель 5 аргумента, арккосинусный преобразователь 6 подключен к первому входу умножителя 7, выход которого является дополнительным выходом устройства. Второй вход умножителя 7 соединен с выходом делителя 8, первый вход которого, объединенный с управляющим входом делителя 12 частоты, подключен к выходу запоминающего устройства 14, при этом выход вычислителя 2 аргумента через арккосинусный преобразователь 9 подключен к первому входу умножителя 10 выход которого является выходом устройства, а второй вход, объединенный с. вторым входом делителя 8, соединен с выходом запоминающего устройства 15. Выход генератора 11 тактовых импульсов подключен к тактовым входам АЦП 1 и вычислителя 2 аргумента непосредственно, а к тактовому входу

вычислителя 5 аргумента - через последовательно соединенные делитель 12 частоты и элемент 13 задержки. Второй вход умножителя 4 подключен к выходу запоминающего устройства 16,

Работа устройства для измерения параметров ЧМ колебаний основана на следующих математических соотношениях между параметрами гармонических колебаний.

Мгновенная частота f может быть определена из

15

cos 2/ufIn

или

где U«, Ua,

V U4 И U

5 - мгновенные значения напряжения гармонического колебания, взятые последовательно через интервалы времени Т0. Мгновенная частота ЧМ сигнала в момент tK определяется выражением

f (tK)fK fH+fc sin(2 «FMtK+q)M) fnHf(tK),

где Јц - частота несущего колебания; fj - девиация частоты; Fw - модулирующая частота; - начальная фаза модулирующего сигнала;

Д-f (t,) - текущее отклонение частоты ЧМ колебания от несущей в момент времени tK.

Тогда получают

cos zfi Te(fH + ДЈк)

SUM

fD sin(27FM- tK + (),

где k 3, 4, 5,...

Последнее выражение по существу определяет последовательность выборок, взятых из модулирующего гармонического сигнала. Следовательно, воспользовавшись этими выборками, можно вычислить частоту модуляции FW. При этом для повышения точности измерений Fw целесообразно использовать не подряд следующие одна за другой выборки, а выборки, следующи через определенное число измерений, например 10..Это число определяется соотношением .

Перед началом работы устройства выбирается значение f0 согласно выражению:

f Д «f го ц ГН

и устанавливается частота следования тактовых импульсов, а также вычисляются и вводятся в запоминающие устройства 15 и 16 коэффициенты 1/2 fiT и -1/2 ичХ0 соответственно. Исходя из примерного знания отношения ftf/Рдд п, в первое запоминающее устройство 14 вводится число п. Например, при fH 1000 Гц и F.M « #s выбирают f0 4000 Гц и п - 10. В результате устройство может производить измерение F в диапазоне 0 - 200 Гц. I

Устройство работает следующим образом.

На информационный вход АЦП 1 подается ЧМ гармоническое колебание (фиг. За), на тактовый вход с выхода генератора 11 тактовых импульсов поступают импульсы опроса с интервалом Т0 (фиг.Зб), фаза которых не привязывается к фазе ЧМ сигнала, В моменты поступления тактовых импульсов АЦП 1 производит выборки из входного сигнала (фиг.Зв), которые подаются на информационный вход вычислителя 2 аргумента. АЦП 1 сохраняет на выходе значение полученной выборки до прихода очередного тактового импульса (на фиг.Зв это не показано) . Вычислитель 2 аргумента, также тактируемый от генератора 11 тактовых импульсов, вычисляет значение аргумента функций arcsin и arccos

S UM,/2 SUM ;

166

16606

на основании которого арккосинусный преобразователь 9 вычисляет значение

arccos

2§ им„

которое после умножения в умножителе 10 на коэффициент 1/27Т0 дает значе- ние мгновенной частоты ЧМ сигнала, вычисленное по формуле

, 1 . S UM

f к arccos г- .

Одновременно с этим значение аргумента поступает на вход арккосинус- ного преобразователя 13, который вычисляет значение arcsin SUM,, и,будучи умноженным в умножителе 4

на коэффициент 1/2 frig, дает оценку текущего отклонения частоты по формуле

1

5

&ТК 2Т Т,

arcsin

U M

Значения u.fK (фиг. Зг) также как и значения f вычисляются на каждом тактовом интервале. Значения Af| поступают на информационный вход вы-- 0 числителя 5 аргумента, на тактовый вход которого подаются тактовые импульсы, частота следования которых в п раз меньше f (фиг.Зб, импульсы, заключенные в прямоугольники). Эти импульсы проходят элемент 13 задержки, время задержки которого выбрано несколько большим времени вычисления одного значения u-fK.

Таким образом, в регистры вычис- Q лителя 5 аргумента записываются значения текущего отклонения частоты

. AfK AfK+n, ifK+Zn (Фиг.Зд),

на основании которых он производит вычисления аргумента:

5

45

AfK+n+ Ј&12Л

или

f K4-4n f li

0 .

Арккосинусный преобразователь 6 вычисляет от этого значения функцию арккосинус, результат вычисления умножается в умножителе 1 на

коэффициент поступающий на

второй вход умножителя 7 с выхода делителя 8. На дополнительном выходе устройства появляется значение частоты модуляции, вычисленное по формуле

1

2ftnT,

arccos

SUM.

2 S UMi

которое сменяется через промежутки времени пТ (фиг.Зе).

Таким образом, предлагаемое устройство в сравнении с известным позволяет измерять наряду с мгновенной частотой и частоту модуляции ЛМ гармонических колебаний и, следовательно, расширить функциональные возможности.

Формула изобретения

Устройство для измерения параметров частотно-модулированных колебаний, содержащее аналого-цифровой преобразователь, вход которого является входом устройства, первый вычислитель аргумента и генератор тактовых импульсов, выход которого объединен с тактовыми входами аналого- цифрового преобразователя и первого вычислителя аргумента, причем выход аналого-цифрового преобразователя подключен к входу первого вычислителя аргумента, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него

5

0

5

0

дополнительно введены последовательно соединенные арксинусный преобразователь, первый умножитель, второй вычислитель аргумента, первый арк- косинусньй преобразователь, второй умножитель, выход которого является дополнительным выходом устройства, последовательно соединенные второй арккосинусный преобразователь и третий умножитель, выход которого является выходом устройства, а также делитель частоты, элемент задержки, делитель, первое, второе и третье запоминающие устройства, причем выход первого запоминающего устройства объединен с управляющим входом делителя частоты и первым входом делителя, второй вход которого объединен с выходом второго запоминающего устройства и вторым входом третьего умножителя, а выход подключен к второму входу второго умножителя, выход генератора тактовых импульсов через последовательно соединенные делитель частоты и элемент задержки подключен к управляющему входу второго вычислителя аргумента, выход третьего запоминающего устройства подключен к второму входу первого умножителя, а выход первого вычислителя аргумента объединен с входом второго арккосинусного преобразователя и входом арксинусного преобразователя.

выход

Изобретение относится к области электрорадиоизмерений и может использоваться для определения мгновенной частоты частотно-модулированного гармонического колебания и частоты его модуляции. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей. Устройство для измерения параметров частотно-модулированных колебаний содержит аналого-цифровой преобразователь 1, вычислитель 2 аргумента и генератор 11 тактовых импульсов. Введение арксинусного преобразователя 3, умножителя 4, вычислителя 5 аргумента, арккосинусного преобразователя 6, умножителя 7, делителя 8, арккосинусного преобразователя 9, умножителя 10, делителя 12 частоты, элемента 13 задержки и запоминающих устройств 14 - 16 позволяет измерять не только мгновенную частоту колебаний, но и значение частоты модуляции. 3 ил.

Фиг. 2

В

и I I I |ГПм и I til ilTli i i м i i i |ГП| i i i i i i i iRIi

8

Л

wt

г

vK.l ..Ml

Ј .