Следящий аналого-дискретный преобразователь для измерения частоты сигналов допплеровских измерителей скорости

.К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ ин 2,. одаодним, ичем ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(54)(57) СЛЕЦЯЩИЙ АНАЛОГОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ИЗМЕР.ТЫ СИГНАЛОВ 4 ОППЛЕРОВСКИХСКОРОСТИ, содержащий двасигнальными входами синхртора., выходы которых череватель ошибки слежения совходом управляемого генер ство СССР1971-ДИСКРЕТНЫЙ ЕНИЯ ЧАСТО- ИЗМЕРИТЕЛЕЙ соединенных онных детекз формироединены сатора, а два взаимно инверсных выхода управляемого генератора соединены с двумявходами фазорасщепителя, два квадра"турных выхода которого соединены скоммутационными входами синхронныхдетекторов, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точностианалого-дискретного преобразования,в него введен блок сложения .и вычитания частот, два командных входакоторого соединены соответственнос выходами синхронных детекторов, адва тактовых и информационный входысоединены соответственно с выхми управляемого генератора и сиз выходов фазорасщепителя, првыход блока сложения. и вычитания .частот является выходом устройства.Изобретение относится к измерительной технике и предназначенодля использования в электронныхсистемах обработки сигналов допплеровских иэмерителей скорости.Известны следящие аналого-дискретные преобразователи аналоговогодопплеровского сигнала в импульсный сигнал с частотой, соответствующей центральной частоте допплеровского сигнала, содержащие два синхронных детектора, Формирователи ошибки слежения и генератор квадратурныхсигналов 13.Недостатком таких преобразовате"лей является низкая точность преобразования.,Наиболее близким к предлагаемомуявляется аналого-дискретный преобразователь для измерения частоты сигналов допплеровских измерителей скорости, содержащий два синхронныхдетектора и последовательно соединенные с ними Формирователь ошибки слеженця и генератор квадратурных сигналов, выходы которого соединены с ком мутационными входами синхронных детекторов, причем выходом устройстваявляется, выход генератора квадратурныхсигналов 2,Точность аналого-дискретного преобразования данных устройств ограничена статическими и динамическимиошибками, возникающими при слеженииуправляемого генератора за центральной частотой допплеровского сигнала.динамические погрешности определяются постоянной времени системыслежения, минимальная величина которой ограничена требованием обеспечения устойчивости слежения, чтоснижает эффективность применения та Оких преобразователей для исследованиябыстро протекающих процессов, например турбулентных течений.Целью изобретения является повышение точности аналого-дискретного пре 45образования путем устранения из выходного сигнала устройстваошибок слежения управляемого генератора.Поставленная цель достигается тем,что в следящий аналого-дискретный преобразователь для измерения частотысигналов допплеровских измерителейскорости, содержащий два соединенныхсигнальными. входами синхронных детектора, выходы которых через формирователь ошибки слежения соединены с 55входом управляемого генератора, а двавзаимно инверсных выхода управляемогогенератора соединены с двумя входамифазорасщепителя, два квадратурных выхода которого соединены с коммутационбОными входами синхронных детекторов,введен блок сложения и вычитаниячастот, два командных входа которогосоединены соответственно с выходами.синхронных детекторов, а два факто вых и информационный входы соединены соответственно с выходами управляемого генератора и с одним из выходов Фаэорасщепителя, причем выходблока. сложения и вычитания частотявляется выходом устройства,В блоке сложения ч вычитания частот к последовательности импульсов,вырабатываемых генератором квадратурных сигналов, добавляются или из неевычитаются импульсы с частотой следования, соответствующей ошибке слежения этого генератора, в результате чего повышается точность аналого- дискретного преобразователя.На Фиг. 1 приведена схема следящего аналого-дискретного преобразователя, на фиг. 2 - временные диа- . граммы изменения напряжений на выходах: О, о - управляемого генератора, 8- Фазорасщепителя; ., д - синхронных детекторов; Е, Зс, у - :инхронизирующих Э- триггеров; и., к - импульсных формирователей;,А -ЭК-триггера, М " элемента И-НЕ, для случаев, когда частота входного сигнала устройст ва больше частоты генератора квадратурных сигналов 7% и меньше этой частоты 1 з 1,-.Следящий аналого-дискретный преобразователь для измерения частоты сигналов допплеровских измерителей скорости содержит синхронные детекторы 1 и 2, сигнальные входы которых объединены и являются входом 3 устройства, последовательно соединенные с ними формирователь 4 ошиб" и слежения, управляемый генератори фазорасщепитель б, выходы которого соединены с коммутационными входами синхронных детекторов 1 и 2, блок 7 сложения и вычитания частот, командные входы которого соединены с выходами синхронных детекторов 1и 2, тактовые входы соединены с выходами управляемого генератора 5,а информационный вход соединен с выходом фазорасщепителя б, причем выход блока 7 сложения и вычитания частот является выходом устройства.Блок 7 сложения и вычитания частот содержит два синхронизирующих В -триггера 8 и 9, первый импульсный Формирователь 10, образованный инвертором 11, элементом И-НЕ 12 и конденсатором 13, второй импульсный формирователь 14 образован инвертором 15., элементом И-НЕ 16 и конденсатором. 17, и третий импульсный форми рователь 18 - инвертором 19, элементом И-НЕ 20 и конденсатором 21; ,7 К-триггер 22, инвертор 23 и элемент И-НЕ 24. В каждом иэ импульсных формирователей вход и выход инвертора соединены с входами элемента И-НЕ, а точка соединения выхода ин-вертора с входом элемента И-НЕ подключена через конденсатор к общейшине, причем общий вход инвертора и элемента И-НЕ является входом им" пульсного Формирователя. Вход второ го и вход третьего импульсных формирователей 14 и 18 соединены соответственно с инверсным и прямым выходами Э -.триггера 9, а общий вход элементов И-НЕ 16 и 20 - с выходом Р -триггера 8. Выходы первого и второго импульсных формирователей 10 и 14 объединены и общей точкой соеди иены с входом инвертора 23 и Э-входом ЭК-триггера 22, а выход третье- . го импульсного Формирователя 18 соединен с К-входом ЭК-триггера 22. Инвертор 23 и элемент И-НЕ 24 соеди нены последовательно, причем к второму входу элемента И-НЕ 24 подключен выход ЭК-триггера 22. Выход элемента И-НЕ 24 является выходом блока 7 сложения и вычитания частот.Э -входы Р -триггеров 8 и 9 являют ся командными входами блока 7 слокения и вычитания частот, С-входы Р-триггеров 8 и 9 - тактовыми входами, а вход первого импульсного фор мирователя 10 - информационным входом.Аналого-дискретный преобразователь работает следующим образом.С выходов управляемого генератора 3 5 поступают два взаимно инверсных импульсных сигнала (, фиг. 2 а и 2 й, кото рые фазорасщепителем б преобразуются в две пары импульсных сигналов с частотой, вдвое меньшей частоты уп-.равляемого генератора 5Импульсные сигналы, составляющие одну пару, взаимно инверсны, а каждая пара сигналов квадратурна по отношению к дру-. гой.ПГи этом каждому сигналу с выходов 4 О управляемого генератора 5 ( фиг. 2 б ) соответствует сигнал с выхода фазо- расщепителя б ( фиг. 24), у которого перепады уровня нуль-единица располагаются во времени посередине меж ду такими же перепадами уровня в сигнале с выхода управляемого генератора 5, что обеспечивает разнесение во времени перепадов уровня нуль- единица этих сигналов. На коммутационные входы каждого из синхронных детекторов поступают сигналы, составляющие одну пару, Поскольку каждая пара сигналов квадратурна по отношению к другой, выходные импульсные сигналы синхронных детекторов 1 и 2 также находятся в квадратуре ( Фиг. 22, и 2 д). При этом частота выходных сигналов соответствует частоте биений, равной частотному рассогласованию входного сигнала 60 устройства и сигнала генератора 5 с выхода Фазорасщепителя б. Знак частотного рассогласования определяет знак Фазового сдвига между сигналами с выходов синхронных де текторов 1 и 2. Формирователь 4 ошибки слежения выдает сигнал, необходимый для изменения частоты управляемого генератора 5 в сторону уменьшения величины частотного рассогласования.Синхронизирующие З -триггеры 8 и9 повторяют сигналы с выходов синхронных детекторов 1 и 2 с задержкой, величина которой не превышает периода следования импульсовс выходов управляемого генератора 5,при этом перепады уровня сигналовна выходах синхронизирующих Э -триг.геров 8 и 9 синхронизированы поперепадам уровня нуль-единица сигналов с выходов управляемого генератора 5 (, Фиг, 2 е,Ж,Д)Первый импульсный формирователь10 выдает короткие отрицательныеимпульсы по каждому, перепаду уровнянуль-единица сигнала с выхода фазорасщепителя б (фиг. 2 о., импульсы 0,О. Оъ, 04 . Второй и третий импульсные Формирователи 14 и 18 выдают короткие отрицательные импульсыпо перепадам уровня нуль-единицасигналов с выходов синхронизирующегоЪ -триггера 9 при наличии разрешающего сигнала "Единица" на общем входеэлементов И-НЕ 16 и 20 1 фиг. 2 к,импульс Я и фиг. 20,.импульс Оь) .При этом для предотвращения совпадения во времени импульсов с выходов импульсных Формирователей их длительность должна быть меньше половины периода следования импульсов отуправляемого генератора 5, что обеспечивается выбором номиналов конденсаторов 13, 17 и 21,В .случае, когда частота входногосигнала устройства больше частоты .управляемого генератора 5 Ь х 7 Хдля второго импульсного формирователя 14 перепад уровня нуль-единицасигнала на его входе совпадает с раз;решающим сигналом "Единица" на общемвходе элементов И-НЕ 1 б и 20, тогдакак для третьего импульсного Фор"мирователя 18 такого совпадения непроисходйт, В результате:импульсыформируются вторым импульсным Форми-рователем 14, а третий импульсныйформирователь 18 импульсов не Формирует, При этом ЭК-триггер 22 находится в состоянии "единицафф 1 Фиг, 2 Л) иимпульсная последовательность собщего выхода вторбго и первого Формирователей 14 и 10 через инверторф 3 и элемент И-НЕ 24 поступает на выход устройства (,фиг. 2 и), Частотавыходного сигнала равна сумме частоты управляемого генератора 5 и частоты биений,В случае, когда частота входногосигнала ниже частоты управляемогогенератора 5 Цс, для третьего1018192 каз 3558/51 Тираж 936 Подпис НИИПИ филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная,4 нуль-единица сигнала на его входе совпадает с разрешающим сигналом "единица" на общем входе элементов И-НЕ 16 и 20, тогда как для второго импульсного формирователя 14 такого совпадения не происходит. В результате импульсы Формируются третьим импульсным формирователем 18, а второй импульсный Формирователь 14 имульсов не формирует. По каждомуульсу, поступающему с выхода тре О ьего импульсного Формирователя 18, фК-триггер 22 перебрасывается в состояние "нуль", при этом запрещается прохождение импульсов с выхода первого формирователя 10 на выход устройст.15 ва Очередыой импульс, поступающий с вьисода первого импульсного Формирователя 10, не проходит на выход элемента И-НЕ 24, но перебрасывает своим перепадом уровня нуль-единица К-триггер 22 в положение "единица", подготавливая элемент И-НЕ 24 к прохождению последующих импульсов с вы.хода первого формирователя 10Фиг,2 л).-25При этом по каждому импульсу с тре. тьего импульсного Формирователя 18 иэ импульсной последовательности, формируемой первым импульсным форми рователем 10, происходит вычитание одного импульса фиг. 2 м). Частота выходного сигнала равна разности частоты генератора 5 и частоты биений. Таким образом, в блоке 7 сложения и вычитания частот к последовательности импульсов, вырабатываемых управляемым генератором 5, добавляются или из нее вычитаются импульсы с частотой следования, соответствующей ошибке слежения этого генерато-. ра. В результате, изменение частоты входного допплеровского сигнала вызывает изменение частоты выходного сигнала преобразователя независимо от постоянной времени системы слежения.В предлагаемом устройстве блок 7 сложения и вычитания частот может иметь иную конструкцию, например, с применением четырехканального мультиплексора.Испытания аналого-дискретного преобразователя в составе лазерного доп" плеровского измерителя скорости дают следуюшие результаты: случайная погрешность й 0,004; систематическая погрешность + 0,05, диапазон измеряемых частот 300-1800 кГц.При этом выходной сигнал с частотой 1 равной частоте входного допплеровского сигнала, вырабатывается без запаздывания, независимо от постоянной времени системы слежения, что позволяет использовать аналого- дискретный преобразователь при исследованиях быстропрртекающих процессов, например при изучении турбулентности потока.