Двухканальный измеритель флуктуаций частоты колебаний Советский патент 1982 года по МПК G01R23/00 

(54) ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТШЬ ФЛУКТУАЦИИ Изобретение относится к радиотехническим измерениям и может быть использовано при исследовании и измерении флуктуации частоты (фазы) колебаний генераторов. - Известно устройство для измерения флуктуации частоты колебаний генераторов, содержащее последовательно соединенные блок дифференцирования (дискриминатор), амплитудный детектор с фильтром, анализатор спектра и индикатор tl Однако это устройство обладает малой .чувствительностью при измерении низкочастотных флуктуации частоты колебаний которая ограничена собственным низкочастотным (фликерным) шумом амплитудного детектора. Кроме того, точность измерения низкочастотных флуктуации частоты . колебаний этим устройством нйЬка ввиду того, что его выходной сигнал пропорционален не величине отклонения частоты от среднего значения, а величине мгновенного значения частоты. ЧАСТОТЫ КОЛЕБАНИЙ Наиболее близким по технической сущности к изобретению является двухканальный (корреляционный) измеритель флуктуации частоты колебаний, содержа - ший разветвитель, подключенный своим входом ко входу устройства, а выходами - через соответствующие последовательно соединенные блок диффер пщрования, амплитудный детектор и малошум5Ш1Ий усилитель ко входам блоков суммирования и вычитания, выходы которых поочередно подключаются к последовательно соединенным анализатору спектра, квадратичному детектору и индикатору с фильтром нижних частот 2. Однако, это устройство имеет низкую точность при измерении низкочастотных флуктуации частоты колебаний, обусловленную тем, что его выходной сигнал содержит как переменную составляющую, пропорциональную флуктуациям частоты исследуемого сигнала, так и постоянную составляющую, пропорциональную среднему значению частоты сигнала. Цель изобретения - повышение точнос гн измерения низкочастотных флуктуации частоты колебаний. Поставленная цель достигается , что в двухканальный измеритшь флуктуаций частоты колебаний, содержащий последовательно соединенные основной блок дифференцирования, основной разветвитель первый основной амплитудный детектор, первый основной усилитель и основной сум атор, последовательно соединенные вто рой основной амплитудный детектор, вто рой основной усилитель, и основной блок вычитания, второй вход которого подклю чен к первому входу основного сумматоpa, второй вход последнего соединен с выходом второго основного усилителя, второй выход основного разветвителя по ключен к входу второго основного амплитудного детектора, основной интегратор и индикатор, введены первый блок возведения в квадрат, последовательно соеди ненные второй блок возведения в квадрат, первый дополнительный интегратор, первы дополнительный блок вьпитания и второй .дополнительный блок вычитания, последов тельно соединенные блок стабилизации ам литуды, дополнительный блок дифференцирования с инвертированием, дополнительНый разветвитель, первый дополнительны амплитудный детектор, первый дополнительный усилитель, дополнительный сумматор, третий блок возведения в квадрат второй дополнительный интегратор и третий дополнительный блок вычитания, последовательно соединенные второй дополнительный амплитудный детектор, второй дополнительный усилитель, четвертый дополнительный блок вычитания, четвертый блок возведения в квадрат и третий дополнительный интегратор, выход которого подключен к второму входу, третьего дополнительного блока вычитания, выход последнего соединен с вторым входом второго дополнительного блока вычитадая, выход которого подключен к входу штегратора, при этом вход блока диф )ерешщрования соединен с выходом блока стабилизации амплитуды, второй выход дополнительного разветвителя подключен к входу второго дополнительного амплитудного детектора, выход первого дополнительного усилителя соединен с вторым входом четвертого дополнительного блока вычитания, первый вход которого подключен к второму входу дополнительного сумматора, вход первого блока возведения в квадрат подключен к выходу основного сумматора, выход первого блока возведения в квадрат соединен с входом интегратора, выход которого подключен к второму входу первого дополнительного блока вычитания, а выход основного блока вычитания подключен к входу второго блока возведения в квадрат. На чертеже изображена структурная схема устройства. Двухканальный измеритель флуктуации частоты колебаний содержит блок I стабилизации амплитуды, вход которого является входом устройства, блоки 2 дифференцирования, разветвители 3, амплитудные детекторы 4, усилители 5, блоки 6 суммирования, блоки 7 вычитания, блоки 8 возведения в квадрат, интеграторы 9 и индикатор Ю,. Блок I стабилизации амплитуды служит для устранения паразитных амплитудных флуктуации входного исследуемого сигнала и содержит, например, делитель напряжения и несколько последовательно соединенных резонансных усилителей - ограничителей, амплитуда выходного напряжения которых постоянна во времени. БЛОКИ 2 дифференцирования служат для переобразования входного частотно-модулированного сигнала постоянной амплитуды в амплитудно-частотно-модулированный сигнал, при этом знаки у переменных составляющих выходных амплитудно-частотно-модулированных сигналов блоков 2 должны быть противоположными, в качестве блоков 2 дифференцирования используют например, частотозависимые линейные активные или пассивные четырехполюсники, у которых середины линейных участков амплитудночастотных характеристик совпадают со значением средней частоты исследуемого сигнала, причем, если у одного частотнозависимого четьфехполюсника блока 2 дифференцирования наклон этого линейного участка амплитудно-частотной характеристики является положител1зным (или отрицательным)., то у частотнозависимого четырехполюсника второго блока 2 дифференцирования должен быть обязательно противоположным, т.е. отрицательным (или положительным). Разветвители 3 служат для предотвращения паразитной связи между измерительными каналами. В качестве разветвителей используют, например, буферные усилители с одним входом и двумя выходами, а на достаточно высоких частотах используют мостовые разветвители. Амплитудные детекторы 4 вьгаопнены в виде двухпопупериодных вьпфямителей с фильтрами нижних частот или в виде двухтактных преобразователей огибающей высокочастотного колебания в ступенча- тую функцию. Усилители 5 представляют собой усилители постоянного тока или усилители йизкой частоты с малым дрейфом нуля и малым уровнем собственных . БЛОКИ 6 суммирования представляют собой двухкодовые сумматоры-усилители с двумя входами и общей нагрузкой, БЛОКИ 7 вычитания представляют собой дифференциальные усилители, нагруз- кой которых является, например, фильтр нижних частот. БЛОКИ 8 возведения в квадрат представляет собой, например, линейные перемножители колебаний, на оба входа которых подается один и тот же сигнал. В качестве интеграторов 9 используют, например, интегрирующие RC цепочки Интегратор Ю содержит, например, вольтметр для измерения амплитудного и эффективного значений напряжения, дискретно-аналоговое или цифровое устройство для вычисления коэффициентов Фурье в тригонометрическом базисе, их модулей, аргументов или квадратов модулей ,и регистрирующий узел. Устройство работает следующим образом. Исследуемый сигнал (t)siH ;%i+4)(i) через вход устройства поступает в блок 1стабилизации амплитуды, где устраняются паразитные амплитудные флуктуации так, что его выходной сигнал принимает вид i - o ivttA ot+sa), который одновременно поступает в блоки 2дифференцирования. Выходной продифференцированный сигнал первого блока 2 вида . Ct) -- ))lcosl ot (.t)3, (где U.U}(fc)dY/dt-мгновенное (текущее) значение отклонения частоты от номинального значения Ui)o через основной разветвитель 3 поступает на два первых параллельных измерительных тракта, каж дый из которых содержит амплитудный детектор и усилитель . Поэтому напряжение на выходе первого основного усилителя 5 имеет вид )).u)Ci)Uy,(t), напряжение на вькоде второго осн I усилителя 5 имеет вид eCt)-Л 1ШоЧ-/,иу (t)-и j,а), гдеи() ) - составляющие, обусловленные шумами измерительных трактов (в том числе основного разветвителя 3, основных детекторов 4 и основных усилителей (5). Следует отметить, что ) и Цуп-г. взаимно некоррелированы, так как они вызываются независимыми источниками шумов. Напряжение д(-Ь) и М измерительных трактов поступают далее одновременно на входы основного блока 6 суммирования и на входы основного блока 7 вычитания, выходные напряжения которых имеют вид: i((.)f()--,l((ьU tUv,,tHlV|t) TC.)C-fc)f4C-bVf5 t)--Uw,,((t). Образованные таким образом сигналы пропускают через блоки В возведения в квадрат и интеграторы 9 так, что на одном входе первого дополнительного блока 7 вычитания образуется напряжение g (.i)--4А ш еА tWo 4 А, ) ) iit) а на другом входе первого дополнительного блока 7 вычитания образуется напряжение(-. Вследствие этого выходной сигнал с первого дополнительного блока 7 , ния принимает вид ,a) 8 () . Во втором канале измерителя процес сы протекают аналогично. Выходной сигнал блока 2 дифференцирования с инвертированием знака переменной составляющей. продифференцированного сигнала принимает вид i-bl-t) Ло1 о-AcwCt) Co5 ;u;o-t + ФС-Ь). 1со1Ч)рый через дополнигельный разветвитель 3 посгупает на два других параллельных измерительных тракта. Поэтому напряжение на выходе первого дополнительного усилителя 5 имеет вид f 4 (-Ь; Ai tWo - Д(4; (t) 4-Оуу1ъ(-Ь), а напряжение на выходе второго дополни тельного усилителя 5 имеет вид iglt) -- L Уo-ЛUuC-t),4.(U Напряжения {(t) и fgCt) измеритель ньпс трактов поступают далее одновремен но на входы дополнительного блока 6 суммирования и на входы четвертого дополнительного блока 7 вьгаитания, выходные напряжения которых принимают вид k)f - 4Wrf5W-2 UJo-A(t) 4-Ov,t-t;4u,(-t) 5 Ы--(ь))--иуу,(ъ)(-Ь) Эти сигналы далее пропускаются через блоки 8 возведения в квадрат и интеграторы 9 так, что на первом входе третьего дополнительного блока 7 вычитания офазуется напряжение g () --4 ш J - 8 А CiJo дшрМА + и(0 ii... а на его втором входе образуется напряf 9(tbu;,(t)u;,(i) Вследствие этого выходной сигнал с третьего дополнительного блока 7 вычитания принимает вид Q(((sol- )C(s((ir(.i), Образованные таким офазом выходной f j Ь ) первого измерительного канала и выходной сигнал (Ь ) второго измерительного канала вычитаются между собой во втором дополнительном блоке 7 вьпштания так, что на индикатор поступает сит-нал ,0 (t) - :f о Н) 1 fe Аifi (-fc) ..( который несет информацию с флуктуации частоты исследуемого сигнала. Таким образом, введение новых элементов, установление новых связей выгодно отличает предлагаемое устройство от известного, так как позволило повысить точность измерения низкочастотных и чрезвычайно низкочастотных флуктуации частоты колебаний за счег исключения в выходном сигнале, поступающим в блок регистрации, постоянной составляющей, пропорциональной номинальному значению частоты исследуемого сигнала, за счет введения новой операции стабилиза- ции во времени амплитуды входного сигнала и за счет замены нелинейной операции квадратичного детектирования операций литейного перемножения. В итоге; повысится достоверность результатов измерения, расщирится область применения таких измерителей флуктуации частоты колебаний и улучшатся технико-окономические показатели этих измерителей. Формула изобретения Двухканальный измеритель флуктуации частоты колебаний, содержащий последовательно соединенные основной блок дифференцирования, основной разветвитель, первый основной амплитудный детектор, первый основной усилитель и основной сумматор, последовательно соединенные второй основной амплитудный детектор, второй основной усилитель, и основной блок вычитания, второй вход которого подключен к первому входу основногосумматора, второй вход последнего соединен с выходом второго основного усилителя, второй выход основного разветвителя подключен к входу второго основного амплитудного детектора, основной интегратор и индикатор, отличающийся T«vi, что, с целью повьдаения точности из мерения, в него введены первый блок возведения в квадрат, последовательно соединенные второй блок возведения в квадрат, первый дополнительный интегратор, первый дополнительный блок вьгаитания и второй дополнительный блок вычитания, последовательно соединенные блок стабилизации амплитуды, дополнительный блок дифференцирования с инвертированием, дополнительный разветвителЬ| первый дополнительный амплитудный детектор, первый дополнительный усилитель, дополнительный сумматор, третий

блок возведения в квадрат, второй дополнительный интегратор, и третий дополнительный блок вычитания последовав тельно соединенные второй дополнительный амплитудный детектор, второй дополнительный уситштель, четвертый дополнительный блок вычитания, четвертый блок возведения в квадрат и третий дополнительный интегратор выход которого подключен к второму входу третьего дополнительного блока вычитания, вькод последнего соединен с вторым входом второго дополнительного блока вычитания, выход которого подключен к входу индикатора, при этом вход блока дифференцировашш соединен с выходом блока стаби-шазации амплитуды, второй выход дополнительного развегвителя подключен к входу второго дополнительного амплитудного детектора, выход первого дополнительного усилителя соединен с вторым

входом четвертого дополнительного блока вычитания, первый вход которого подключен к второму входу дополнительного сумматора, вход первого блока возведения в квадрат подключен к выходу основного сумматора, выход первого блока возведения в квадрат соединен с входом интегратора, выход которого подключен к второму входу-первого дополнительного блока вычитания, а выход основного бло-. ка вычитания подключен к входу второго блока возведения в квадрат.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Малахов А. Н. Флуктуации в автоколебательных системах. М., Наука , 1968, с. 586, рис. 14.1.

2.Корнилов С . А., Савминский В. А., Уман С. Д. Шумы клистронных генераторов малой мощноста;. М., Сов, радио ,, 1972, с. 120-124, фиг. 2.20 и фиг. 2.21.

ф у

.