Способ стробоскопического преобразования периодического переменного напряжения

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ЯО 1226 504 СО 3 фаз комбиеское аписа атации Рябинин 10.А сциллографиро ое радио, 197 Стра басквани е. - М пическое СаветсСПОСОБ С ВАНИЯ ПЕ РЯЖЕНИЯ забрете(57) тносится к обла ектрических из использовано и ерени оже быт лучении быст о тени ва пр ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Измеритель разностинированный ФК 2-12; Техничние и инструкция по экспо1978. ОБОСКОПИЧЕСКОГО ПРЕИОДИЧЕСКОГО ПЕРЕМЕННО еменных процессов, Цель изобре - повышение точности преобразо.Устройство содержит усилитель. ЕТЕНИЯ, фж:-.У /Ц ограничитель 1, управляемые делители 2 и 3 частоты с переменным коэффициентам деления однополосного преобразователя 4 частоты, кварцевый генератор 5, генератор б строб-импульсов, страбаскапический смеситель 7,усилитель 8 низкой частоты и паласовой фильтр 9, Введение операции суммирования поделенных частот преобразуемого напряжения и напряжения опорного генератора с последующим использованием напряжения полученной частоты для страбиравания уменьшает диа.назон изменения преобразованной частоты при перестройке преобразуемойчастоты, Введение операции суммирования при равном коэффициенте деления обеспечивает синхронное делениеуказанных частот, дает постоянствапреобразованной частоты со стабгльнастью частоты опорного генератора,1 ил.12263Изобретение относится к электрическим измерениям, в частности к области стробоскопических измерений, и может быть использована при излучении быстрспеременных процессов. 5Цель изобретения - повышение точности преобразования за счет уменьшения влияния выходных шумов преобразования путем уменьшения диапазона изменения преобразованной частоты 10 при перестройке преобразуемой частоты.Сущность способа заключается в том, что после деления частоты периодического переменного преобразуемого напряжения на коэффициент й (гпцелое положительное число, большее 1), равный количеству периодов переменного преобразуемого напряжения в периоде стробирования и определяемый 20 частотным диапазоном переменного напряжения, суммируют частоту поделенного по частоте переменного преобразуемого напряжения с частотой напряжения, частоту которого получают делением частоты опорного генератора на тот же коэффициент п . Введение операции суммирования поделенных час"от преобразуемого напряжения опорного генератора с последующим использова нием напряжения полученной частоты для стробирования уменьшает диапазон изменения преобразованной частоты при перестройке преобразуемой частоты. Введение операции суммирования поделенных частот переменного преобразуемого напряжения и напряжения опорного генератора. при равном ксэфциенте деления, что обеспечивается синхронным (т,еодинаковым) делением указанных частот, дает постоянство преобразованной частоты со стабильностью частоты опорного генератора, Это позволяет сузить до любой величины полосу пропускания по выходу стробаскопического преобразователя, что дает возможность установить на выходе стробоскопического преобразователя фильтр с мйлой полосой пропускания (определяемой лишь Формой сигнала) и , тем самым уменьшить уровень пармон. Операция суммирования частоты алгебраическое, что включает и получение разности частот) может представлять собой гетеродинное преобразование, однополосное преобразование (реализсванное, например, в микросхеме 174 ХА 7), смещение частоты с по 18 2молью непрерывного фазовращения, сум.мирование в кольце ФАП.На чертеже изображено устройствостробсскопического преобразования,реализующее предлагаемый способ.Стробоскопический преобразовательсостоит из усилителя-ограничителя 1,управляемых делителей 2 и 3 частотыс переменным коэффициентом деления,однопслосного преобразователя 4 частоты, кварцевого генератора 5, генератора 6 строб-импульсов, стробоскопического смесителя 7, усилителя 8низкой частоты, полосового фильтра 9.При этом вход устройства подключен квходам стробоскопического смесителя 7и усилителя-ограничителя 1, выход которогс через первый управляемый делитель 2 частоты подключен к первомувходу однаполоснаго преобразователячастоты, к второму входу которого через второй управляемый делитель 3частоты подключен выход кварцевогогенератора 5, Выход сднаполасногопреобразователя 4 частоты через генератор 6 строб-жпульссв подключенк входам опорного сигнала стробоскопичгскога смесителя, выход которогочерез усилитель 8 низкой частоты подключен к входу полосового фильтра 9,выход которого является выходом устройства. Управляющие входы делителей2 и 3 частота. подключены к управляющим кодовым шинам,Усилитель-ограничитель представляет :обой обычный усилитель-ограничитель, коэффициент усиления и уровеньограничения выбраны такими, чтобы выходное напряжение было достаточнодля запуска последующих делителейчастоты. Управляемые делители 2 и 3часготы представляют собой обычныецифровые делители частоты с переменным коэффициентом деления, Величинакоэффициента деления поступает вцифровом коде из внешних устройств,Делители могут представлять собой делители на счетчиках типа 155 ИЕ 7, Делитель 2 может быть выполнен на микросхемах типа серии 193 Делителидолжны выдавать напряжение формой,необходимой дня преобразователя (регенеративные делители) либо иметь навыходе Фильтры для выделения основной гармоники, Однополосныи преобразователь 4 частоты представляет собой, например, микросхему 174 ХА 7 либо другое устройство однополосногопреобразования частоты. Кварцевый ге(4) 30 тт,штд откуда 35 45 50 сдпр= 2 "Рвр нератор 5 представляет собой обычный кварцевый генератор с выходным напря жением, например уровнями логики,Генератор строб-импульсов - обычный генератор-обостритель с одновременной выдачей разнополярных импульсов, Стробоскопический смеситель представляет собой обычный строб-смеситель, например, с мостиком диодов, Усилитель 8 - общепринятый низкочастотный усилитель, например, на микросхеме 544 УД 2. фильтр 9 - низкочастотный полосовой фильтр.Устройство работает следующим образом.Периодическое напряжение Б частоты Г усиливается и ограничивается усилителем 1, С выхода усилителя-ограничителя импульсы стандартной формы поступают на управляемый делитель 2 частоты, на котором по внешним сигналам устанавливается коэффициент деления ш, На выходе делителя выдается напряжение частоты сУправляемый делитель 3 частоты выдает на выходе напряжение частоты Рпггде Р - выходная частота ш фкварцевого генератора 5. Однополосный преобразователь частоты выдает на выходе напряжение разностной часгсш ш Генератор 6 строб-импульсов иэ напряжения полученной частоты формирует короткие разнополярные импульсы, одновременно поступающие на стрсбоскопический смеситель 7. Стробоскопический смеситель 7 стробирует поступающее на него переменное периодическое напряжение Б стробирующими импульсами и запоминает напряжение в момент стробирования. Усилитель 8 усиливает выборки запомненного напряжения, Полосовой фильтр 9 выделяет огибающую частоты Р , огра. ничивая полосу шумов выходного преобразованного напряжения,Рассмотрим более подробно работу устройства.Так как входной сигнал является периодическим с периодом Тс, то его можно записать в общем виде как функцию аргумента я, Е Б = 1(и г.) = Г( - )2 рс с Тс гдето; - 2"с Напряжение Б на выходе стробоскопигческого смесителя можно записать в П = К Е(ТК) (2)2 йТ и фс где Т - период дискретных выборок,определяемый по теории Котельникова;К - 0,1,2,;К 4 - коэффициент. передачи пристробировании.Так как выражение (2) представляет собой периодическую функцию, то его можно записать в виде- К 1 - -- (Т - шТ )К (3) 1 27 Тс ф где т - любое целое число, в нашем случае равное коэффициенту деления ш. Частота импульсов стробирования на выходе генератора 6 строб-импульсов запишется какс Рп где ш - коэффициент деления частоты.Из Формулы (4) можно получить, заменяя частоты периодами, выражение Т,ТТ - шТ, (6)ис ТПодставив выражение (6) в (3), полу- чим Г 2 ь Т Тп(7)Так как Т сс Тр и выполняются условия теоремы Котельникова о выборках,то после усиления на выходе полосового Фильтра 9 имеем напряжение Бцц,которое получаем, заменяя дискретныевременные выборки текущим временемс учетом коэффициента передачи 1(, г.) 2 Я вьюг Т пр С 1 ор ) фгде К. - коэффициент передачи усилителя и фильтра 1К= К,Кб 318 Составитель Н.МихалевТехред Л,Олейник Редактор А.Шишкина Корректор С,Черни Тираж 28ВНИИПИ Государственного комитета СССРо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д.4/5 Заказ 2125/42 Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул.Проектная, 4 3 12 Можно аналогично показать, что период повторения напряжения Бь,ц равен1ТйСравнивая уравнение (1) и (8), видим, что напряжение Цпо форме совьюпадает с преобразуемым напряжением, но имеет трансФормированную частоту О, которая не зависит от изменения входной частоты Яс = 2 О , В случае, если однополосный преобразователь 4 й,выдает частоту -- + --- , тош, твыражение (8) меняет свой знак т,е,входное и выходное напряжения противофазны. Можно также аналогично показать, что если коэффициент делениячастоты Е в 36 раз больше, чем коэффициент деления частоты преобразуемого напряжения 1 с, то на частоте 1на выходе выделится напряжение Ж -йгармоники входного напряжения Со. Повеличине этой гармоники можно судитьо нелинейных искажениях входного сигнала в случае, если, например, вход, ной сигнал имеет форму синусоиды.Полученные выражения можно также получить более строгим методом с использованием спектральных методов,Выбор коэффициента деления .а наиболее просто решается в том случае,если частота Й априорна известнаТогда, например, при выбранном диапазоне изменения К =1-2 МГц длядиапазона частоты 1 2-4 МГц долженвыдаваться коэффициент деления ш=2для й 4-6 МГц - коэффициент делесния ш = 3 и так далее, Коэффициентделения для выбранного диапазона выбирается постоянным и прк этом нетребуется проведение каких-либо наст.роечных или измерительных ручных операций, Стробоскопический преобразователь полностью работает в автоматическом режиме, Коэффициент деле -ния может также выбираться последовательным делением в автоматическомрежиме частоты входного преобразуемого напряжения с последующим сравнением результата деления частотным компаратором с эталонным значением частоты. При положительном результа те сравнения выдается требуемая величина коэффициента ш. Из рассмотрения формулы (8) видно, что частота выходного преобразованного напряжения не зависит от час.тоты вхоцного напряжения и равна- выдаваемой частоте кварцевогогенератора. Установив узкополосный Фильтр, можно существенно сузить г.олосу выходных шумов и соответствен.15но повысить точность преобразования, например, по фазовому сдвигу. Формула кз обре тения ОСпособ стробоскопкческого преобразования перкоцического переменного напряжения с трансформацией временного масштаба, заключающийся в стробированки импульсами, засинхронкзованными с преобразуемым напряжением, запоминании мгновенных значений пере.менного напряжения в момент времени стробкрования, выделения огибающей преобразованного низкочастотного напряжения с формированием моментов стробированкя делением по частоте входного переменного напряжения на коэффициент щ , равный количеству периодов переменного напряжения в пеЗ 5 ркоде стробкрования, где В - целоечисло, большее 1, и определяемый час.тотным диапазоном переменного напряжения, о т л и ч а ю щ к й с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, генерируют опорную частоту, равную выбранной частоте огибающей преобразованного низкочастотного напряжения, делят ее на коэффиц ент ш, суммируют с поделенной частотой преобразуемого переменного напряжения и кз нагряжения полученной частоты формируют по длительности и амплитуде стробкруюшие импульсы.