Устройство для измерения частоты электрических сигналов Советский патент 1980 года по МПК G01R23/00 

(54) УСТРОЙСтеО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

I

, Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в анализаторах спектра последовательного и дискретно-последовательного типа.

Известив устройство для формирования частотных меток, используемых для отсчета частоты в пано{ амном анализаторе спектра, содержащее генератор опорной частоты и смеситель, второй вход которого подключен к выходу -генератора качающейся частоты анализатора, а выход смесителя через узкополосный низкочастотный фильтр, детектор и видеоусилитель подключен к модулирующему входу нндик,атора 1 .

При использовании Генератора гармоник опорной частоты определение частоты сигнала производится по индикатору на электронно-лучевой трубке, где и дидируются анализируемые сигналы и яркостные частотные метки. В этом устройстве точность измерения частоты недостаточна вследствде ошибок, обусловленных возможной неидентичностью

настройки фильтров основной селекции в раздельных трактах анализа сигналов и формирования частотных меток, различием временйых характеристик этих фильтров в связи с практически неизбежной ней- дентичностУо их по полосе пропускания и нелинейностью закона перестройки перестраиваемого генератора анализатора. Кроме того, не обеспечивается выдача результатов измерений в виде кодов, т.е.

to отсутствует прямая возможность использования их для автоматической регистрации.

Наиболее близким по технической сущJJ ностн к изобретению : является устройство, содержащее последовательно соединенные генератор опорных частот, смеситель и узкополосный фильтр с детектором, а также счетчик импульсов с пепя2Q ми сброса. Устройство снабжено блоком сравнения мгновенного значения частоты с эталоном и управляемым ключом, вклктченным между уакополосным ({яльтром с детектором и входом счетчика импульсов. . 37 причем один управляющий вход управляемого ключасоединен с выходом блока qэaвнeния, другой - с выходом радиоприемника, и вход блока сравнения - с вьнходом перестраиваемого генератора качаю щейся частоты радиоприемника и вторым Екодом смесителя 2 .При появлении импульса сигнала с ъы хода радиоприемного устройстза счетчик фиксирует код числа импульсов частотных меток, накопленньгх счетчиком за время перестройки гетеродина приемника от определенной частоты (эталона) до частоты, соответствующей моменту попаДания сигнала в тракт промежуточной час тоты. Это позволяет, зная шаг сетки генератора калибрационной частоты, вид преобразования и номинал промежуточной частоты, определить значениечастоты применяемого сигнала, Недостатком этого устройства является невысокая точность измерен11й вследствие отклонения от номиналов частотной настройки фильтров основной селекции в тракте радиоприемного устройства и в тракте формирования частотных меток, временной неидейтичности вспомогательного тракта выделения частотных ме ток и тракта основной селекции радиоприемного устройства. Кроме того, yci ройство не позволяет произвести измерение частоты нескольких сигналов присутствующих в полосе обзора радиоприем ного устройства на одном рабочем, ходу. Целью изобретения является повышеше точности и расширение функциональных возможностей устройства, которое в ражается б автоматизации измерения час тоты всего Множества сигналов, присутствующих в полосе анализа, на одном рабочем ходу. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные генератор фржсированной частоты и смеситель, один из вх дов которого соединен с входной шиной устройства, блок сравнения и управляемый ключ, введены коммутатор, частотомер, три ключа, измеритель времени, блок управления, управляющий триггер, элемент ИЛИ и решающий блок, причем выход смесителя и входная шина устрой ства подключены соответственво к первому и второму входам коммутатора, вы ход которого соединен с сигнальным вхо дом частотомера, к другому входу которого подключен выход элемента ИЛИ, выхоп частотомера соединен с информац 5 нным входом первого иключа и сигнальым входом управляемого ключа, выход оторого подключен к первому входу ешающего блока, выход первого ключа ерез блок сравнения соединен с первыи входами управляющего триггера и иэмерителя времени, со вторым входом последнего соединена управляющая шина устройства и информационный вход второго ключа, управляющий вход которого соединен с управляющим входом управляемого ключа и первым выходом управляющего триггера, втфой выхрд которого подключен к управляющим входам первого и третьего ключей, третий вход ком-мутатора соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен непосредственно со вторым входом управляющего триггера и через, третий ключ с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго ключа, выход измерителя времени подключен ко второму входу решающего блока. На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для измерения частоты, на фиг. 2диаграмма, поясняющая принцип работы устройства. У стройс(гво содержи смеситель 1, один вход которого соединен с входной шиной устройства, на которую может подаваться сигнал внешнего перестраивае- . мого генератора, а другой вход - с выходом генератора 2 фиксированной частоты, коммутатор 3, первый вход которого соединен с выходом смесителя 1, а второй - с входной шиной устройства, частотомер 4, сигнальный вход которого подключен к выходу коммутатора 3, а выход - к сигнальному входу управляемого ключа 5, выход которого подключен к одному из входов решающего блока 6. Другой вход решающего блока 6 соединен с выходом измерителя 7 времени, один вход которого подключен к выходу блока 8 сравнения частоты входного сигнала с эталоном,; а .другой - к управляющей шине устройств.а, момент появления сигналов на которой определяется входным сигналом внешнего генератора, К коммутатору 3 подключен выход блока 9 управления, втфой выход которого соединен с одним из входов управляющего триггера 10, другой вход последнего соединен с выходом блока 8 сравнения входной частоты с эталоном. Первый выход триггера 10 соединен с управляющим входом управляемого ключа 5. Второй выход триггера 10 соединен с управляющими входами первого ключа 11 и третьего ключа 12. Информационный вхо ключа 11 соединен с выходом частотомера 4, а выход этого ключа соединен с входом блока 8 сравнения. Первый вы ход триггера 10 соединен также с управляющим входом второго ключа 13, и формационный вход которого соединен с управляющей шиной устройства, на .которую подается сигнал от внешнего форми рователя откликов сигналов. Выход клю 12 соединен с первым входом элемента ИЛИ 14, выход ключа 13 соединен со вторым входом элемента ИЛИ 14, выхо которого соединен с управляющим входо частотомера 4. На фиг. 2 приведена диаграмма, на которой обозначено следу щее: - искомое значение частоты сигнала; - пределы изменения частоты смаке itMHH сигнала; -промежуточная частота, -частота настройки внешне фильтра основной селекции; П значения входных частот, соответствующие попадашпо сигнала в тракт промежуточной частоты при точной настройка внешнего генератора f ; f . ,fp2o измеряемые заданные зна чения частоты, соответствующие началу каждого рабочего хода перестройки вход ной частоты, Т - время перестройки частоты входной в пределах oTfj до ,,,т,о1х „ 11Огшчлл ) ° гамин Г1 Г2. - измеряемые текущие значения частоты в момент разрешения сигна™ 1 , п Г9 измеряемые интервалы времени, соответствующие времени перестройки входной частоты устройства внешпt него генератора от значения « °тЛго ДО С-. Otj. ошибка частотной настройки внешнего фильтра основной селекции; cPif, - ошибка временного положения отклика сигнала, связанная с наличием utj - время задержки сигнала на управляющей шине устройства, оп|)еделяемо групповым временем задержки и динамикой процесса перестройки входной частоты;ip , f2 f THHHoe временное положение сигнальных откликов в случае точной 156 настройки тракта промежуточной частоты и отсутствия временной задержки. На смеситель 1 подается сигнал, частота которого последовательно через период изменяется по симметричному закону то в найрйвлений возрастания, то в направлении убывания частоты,под влиянием управляющего йапряжения треугольной формы, поступающего с блока 9 уцэавления, который вырабатывает также импульсы синхронизации в моменты перегиба управляющего напряжения, используемью для управления триггером 10 и коммутатором 3. В начале участка возрастаний частоты импульсом синхронизации триггер 10 устанавливается в состояние, при котором nepJBbifi 11 и третий 12 ключи открыты, упрйБПЯющий ключ 5 и второй ключ 13 закрыты. Сигнал входной частоты непосредственно через коммутатор 3 поступает на частотомер 4. Под влиянием синхроимпульса, прошедшего с блока управления через открытый ключ 12 и элемент ИЛИ 14, частотомер 4 измеряет входную частоту до тех пор, пока на блоке 8 сравнения входной частоты с эталоном не будет зафиксирована идентичность кодов измеряемого значения частоты и заданного значения частоты эталона момент однозначности сравниваемых кодов импульсом с выхода блока 8 сравнения приводится в исходное cocTOHHifie измеритель 7 времени и опрокидывается триггер 1б. Сигналом с выхода триггера закрываются ключ 12, запрещающий прохождение синхроимйульсов с блока 9 управления на элемент. ИЛ И 14 и первый ключ 11, исключающий захват частоты эталона f в конце участка возрастания входной частоты. Управляемый ключ 5 и ключ 13 по связям с триггером 10 открываются. Второй ключ 13 исключает сбои в работе схемы за счет откликов сигнала до выхода на рабочий участок внешнего генератора. При отсутствии откликов сигналов измерение частоты внешнего перестраиваемого :генератора не производится. Пояившийся отклик сигнала проходит через открытый ключ 13, элемент ИЛИ 14 и запускает частотомер 4, одновременно фиксируется результат измерения tp в измерителе 7 времени и заносятся код времени в решающий блок 6, Код измеренной частоты при этом через открытый ключ S заносится в соответствующую ячейку решающего блока 6 в паре со значеием irp . Временному положению з ре746315гистрированного сигнала -t соответствует измеренное значение частоты внешнего генератора f , которое в общем отличается от действительного номинала на суммарную величину составляющих ошибок иэ-за неточной настройки внешнего фильтра основной селекции - dfnr и временного запаздывания cff (см, фиг. 2), т.е. -f . . + . cff n PI nr 3 Таким образом производится измерение входных частот и времени появления откликов для всех сигналов диапазона изменения входных частот и дареное измеренных значений f и i: в решающий блок. В MoKfeHT перегиба управляющего напряжения блок 9 управления вырабатывае импульсы синхронизации. Начинается учас ток убывания входной частоты. Триггер 10 приходит Б исходное состояние, в результате чего управляемый 5 и второй 13 ключи закрываются, первый 1.1 и третий 12 ключи открываются. Через коммутатор 3 подается напряжение входной частоты со смесителя 1, В смесителе с помощью генератора фиксированной частоты с номиналом .Р, обеспеР 2Р IP tpp чивается преобразование вида f Коды измеряемой преобразованной частот с частотомера 4.через первый ключ 11 поступают на сравнения При достижении заданного зна,чения f импульсом с выхода блока 8 сравнегшя опрокидывается триггер 10, закрывая первый 11 и третий 12 ключи, открывая управляемый. 5 и второй 13 ключи. Измеритель 7 времени приводится в исходное состояние. При появлении отклика .С11)гнала произ водится измерение входной частоты f,, и времени и перенос их значений в решающий блок 6. Как видно на фиг. 2 если t;, f,,,cf4,TO t ,. Используя преобразования (, возрастания входной частоты на участке f f f на участке убывания часто Г( LP2 т:пг ты при условии fpg ,P . Искомое значегаге частоты сигнала находят по формуле Указанное вычисление осуществляется в решающем блоке 6. При наличии нескольких сигналов в полосе перестрой ки внешнего генератора необходима иде тификация частотных .отсчетов и с целыо определения ях принадлежности к одним и тем же сигналам.

8 Такая идентификация для постоянно рисутствующего множества сигналов ожет осуществляться на том основании, то временная последовательность измеений по мере поступления откликов сигала от начала рабочего участка возрасания входной частоты зеркальна по отношению к врем.енной последовательности измерений по мере поступления откликов тех же сигналов от начала рабочего участка убывания вхрдной частоты. Изобретение.позволяет повысить точность измерений за счет компенсации ошибок, вызванных неточностью настройки и временной неидентичностью трактов анализа сигналов и формирования меток путем формирования и использовашгя специального закона изменения частоты высшего перестраиваемого генератора. Высокая точность измерегшя частоты обеспечивается в автоматическом режиме для всего множества сигналов, присутствующих в полосе перестройки внешнего генератора, на одном рабочем ходу с выдачей информации в виде кодов, . Формула изобретен и я Устройство для измерения частоты электрических сигналов, содержащее последовательно соединенные генератор фиксированной частоты и смеситель, один из входов которого соединен с входной шиной устройства, блок сравнения и управляемый ключ, отличающеес я тем, что, с целью повышения точности -и расширения функциональных возможностей устройства, в него введены коммутатор, частотомер, три ключа, измеритель времени, блок управления, управляющий триггер, элемент ИЛИ и решающий блок, причем, выход смесителя и входная шина устройства подключены соответственно к первому и второму входам коммутатора, выход которого соединен с сигнальным входом частотомера, к другому входу которого подключен выход элемента РШИ, выход частотомера соединен с информационным входом первого ключа и сигнальным входом управляёмого ключа, выход которого подключен к первому входу решающего блока, выход первого ключа через блок сравнения соединен с первыми входами управляющего триггера и измерителя времени, со вторым входом последнего соединена управляющая шина устройства и информашгонный Bxon второго ключа, управляющий вхоп которого соединен с управляющим входом управляемого ключа и первым выходом управляющего триггера, второй выход которого подключен-к управляющим входам первого и третьего ключей, третий вход коммутатора соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен непосредственно со вторым входом управляющего, триггера и через третий ключ с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которог соединен с выходом второго ключа, выход измерителя времени подключен ко второму входу решающет-о блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 4605О8, кп. G 01 R 23/00, 1969.

2.Авторское сигдетельство СССР № 471550, кл. G 01 R 23/00, 1971.