Автоматический гетеродинный частотомер инфранизкочастотных колебаний Советский патент 1980 года по МПК G01R23/02 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано как по прямому назначению, так и при экспериментальном определении динамических характеристик систем автоматического контроля и регулирования, для измерения неэлектрических величин, предварительно преобразованных в частоту.

Известны устройства, содержащие гетеродин, смеситель, фильтр нижних частот и индикатор 1J .

Недостаток известных устройств - низкая точность измерения.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее два генератора, дифференциальный частотомер, блок памяти, смеситель и фильтр нижних частот 2 .

Недостаток этого устройства - низкая точность измерения.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные первый генератор и дифференциальный частотомер, последовательно соединенные блок

памяти, второй генератор, смеситель и фильтр нижних частот, второй вход смесителя соединен с выходом первого генератора, а второй вход дифференциального частотомера подключен к выходу второго генератора, введены формирователь временных интервалов, последовательно соединенные автоматический переключатель,избирательный

10 усилитель, усилитель-ограничитель, фазовый детектор и интегратор, при этом выход интегратора подключен к входу блока памяти, выход формирователя временных интервалов соединен со вторым входом интегратора, первый вход автоматического переключателя подключен ко входу формирователя временных интервалов выход фильтра нижних частот соединен со вторым

20 входом автоматического переключателя, выход первого генератора подключен к третьему входу автоматического переключателя, а второй вход фазового детектора соединен со вторым входом дифференциального частотомера.

На чертеже изображена схема устройства.

Устройство содержит автоматический переключатель 1, генераторы 2,

30 3, смеситель 4, фильтр 5 нижних час тот, избирательный усилитель б, усилитель-ограничитель 7, фазовый детектор 8, интегратор 9, формиров тель 10 временного интервала, блок 11 памяти, дифференциальный частот мер 12. Устройство работает следующим образом. На входы автоматического переключателя 1 поступает напряжение мзмеряемой инфранизкой частоты Л. 4(t) Um,sm( ) и напряжение опорной перестраиваемо инфранизкой частоты UJt)(), (2) где -Р и начальные фазовые сдвиги сравниваемых напряжений (1) (2) V. где f м т начальные фазовые сдв ги выходных напряжений генераторов 2 и 3. Напряжение (2) формируется следу щим образом. Напряжения генераторов 2 и 3 частоты LJ и (л) поступают на смеситель 4 частоты. С помощью фильтра 5 нижних частот из выходног напря)кения смесителя 4, содержащего составляющие сумг-1арной и разностной частоты (U), Ыг), выделяется напряжение (2) разностной частоты ). Автоматический переключатель 1, управляемый напряжением генератора 2кварцованной частоты сО,осуществляет периодическое взятие выборо на входных напряжениях (1) и (2-) частоты Лх и Л-о с частотой дискре тизации U)77A.;j. Выходное напряжение автоматического переключателя 1, состоящее из последовательности вы борок из инфранизкочастотных напря жений, имеет вид .Sin(2n-1)(uj,t-f)U3(i)U,Sin()|. 2 Sin(2n-l)(,) .Sin(iV/-S j f|r После тригонометрических преобразований выражение (3) записыва ется как сумма инфранизкочастотной ,(irл,,lл « COS(2n-l)(jg:-9J coSC2n-l)CU)/U3e)t-ffi 4)x к . ь -16 Г ,п лГ. , (2n--l)(2) K 24lR|,-(2)()t-(-P,) 1ч51п(9п--1)ЙД 4Л U (Г .-Р агсУ ° °Д Л

Jm,-Urr,,)t-(.) о - о) « u-4j;;;TS5p7V4«)lJ ,..(,.высокочастотной составляющих в иде u,(t)o,(,t-p)(t-Ф,) WU Vm2-Un.(rl,)t-(-P. f,) хв. Р ar. V bnvv т; .-u „cosr(.-ЛJt--(,-,f Sin(2n-J)(() С помощью избирательного усилителя б, настроенного на частоту и) с полосой пропускания ДЫ , где Л-хтох максимальное значение измеряемой частоты, из напряжения 4 вьщеляют высокочастотную составляюую k, Г2U.,,Ц.,cos((), X s,nat-P-arcw- ib; l:ii:: x, S,na,t P arct ..L Sin(Wt-9)(5) где k - коэффициент передачи избирательного усилителя 6, которую усиливают и ограничивают по амплитуде в усилителе-ограничителе 7. В результате на сигнальный вход фазового детектора поступает нормированное по амплитуде напряжение .n(2n-1)A,,, -Um.sin((9,-vpJ m.UmCoS(Д,-)t-(-P,-P,) . n(2n-i)( где Umg 1На управляющий вход фазового детектора 8 поступает с выхода второго высокочастотного генератора 3 напряжение Sm(2,-1)(U),t-.-P,,) U,(t)4l 2h-i где Urno Высокочастотные напряжения (6) и (7) перемножают между собой с помощью фазового детектора 8. В результате формируется напряжение ,,„,„,,-,.gt.,..),.: .A.t44-4H-vfe.)-.-cy:; :: выходное напряжение (8) фазового петектора 8 интегрируют за половину Периода напряжения измеряемой инфрачизкой частоты с помощью интегратора 9 время интегрирования которого зада ют посредством формирователя 10 временного интервала. Напряжение, ко торое получают на выходе интегратор 9, используют для перестройки частот генератора 3. При Л. в выходном напряжении интегратора исчезает переменная составляющая, управляющая частотой высокочастотного генератора 3. Постоянная составляющая выходного напряжения интегратора 9, при iff.. . ..4n..) i: 4 o,rx A U,(-P,%)зависит от соотношения амплитуд и начальных фазовых сдвигов напряжений измеряемой и опорной инфранизких частот, и определяет область устойчивой работы высокочастотного генератора 3. БЛОК 11 запоминает значение постоянной составляющей (9) выходного напряжения интегратора 9 и обеспечивает устойчивую работу генератора 3 на частоте LJj-Wjo, при которой оСеспечивается равенство Лд-Л-хРазность частот Ы,-Ыщ Л.,, измеряется и индицируется с помощью дифференциального частотомера 12. Повышение быстродействия и точПовышение быстродействия и точности измерения частоты инфранизкоч тотных колебаний в предложенном авт матическом гетеродинном частотомере счет формиобеспечивается за опорной перования напряжения рестраиваемой инфранизкой частоты; переноса спектров напряжений сравниваемых измеряем и опорной инфранизких частот -в область повьш енной кварцованной частоты функциональной обработки преобразованного напряжения на пов шенной частоте, а также переноса спектра его на нулевую частоту пут перемножения с напряжением повышен ной частоты LOi и интегрирования ; -s.n(.2,,-,). ;i,.}-° а половину периода напряжения иэмеяемой инфранизкой частоты. Интегрирование за половину периоа напряжения измеряемой инфранизкоП астоты позволяет исключить погрешность измерения от наличия второй армоники напряжения измеряемой частоты в спектре выходного напряжения фазового детектора. Формула изобретения Автоматический гетеродинный частотомер инфранизкочастотных колебаний, содержащий последовательно соединенные первый генератор и дифференциальный частотомер, последовательно соединенные блок памяти, второй генератор, смеситель и фильтр нижних частот, второй вход смесителя соединен с выходом первого генератора, а второй вход дифференциального частотомера подключен к выходу второго генератора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены формирователь временных интервалов, последовательно соединенные автоматический переключатель, избирательный усилитель,усилительограничитель, фазовый детектор и интегратор, при этом выход интегратора подключен к входу блока памяти, выход формирователя временных интервалов соединен со вторым входом интегратора, первый вход автоматического переключателя подключен ко входу формировачателя подключен ко входу формир временных интервалов, выход фильтра нижних частот соединеннее вторым входом автоматического переключателя, выход первого генератора подключен к третьему входу автоматического переключателя, а второй вход фазового детектора соединен со вторым входом дифференциального частотомера. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1 Авторское свидетельство СССР № 356581, кл. G 01 R 23/10,29.04.71. 2. Авторское свидетельство СССР № 428294, кл. G 01 ft 23/02,25.09.72.