Устройство для измерения нестабильности частоты

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 09) (11) 01 К 23/О САНИЕ ИЗОБРЕТЕН 41 ОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕБИЛЬНОСТИ ЧАСТОТЫ ство СССР 00, 1981.Меазцгешепг. п Тппе апй 1 гегхп 8 ой пз. 1 пзсгцш.575-578.РЕНИЯ НЕСТА(57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в контрольно-измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения. Устройство содержитфазовый детектор 1, перестраиваемыефильтры 2 и 8, измеритель 9 среднеквадратичных значений, фильтр 10 фазовой автоподстройки частоты, опорныйгенератор 11 и переключатель 12. Введение регулируемых усилителей 3 и 6,перестраиваемых фильтров 4 и 5 и сумматора 7 повышает точности измерения.2 ил.Изобретение относится к импульснойтехнике и может быть использовано вконтрольно-измерительной технике,Целью изобретения является повыщение точности измерения,На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для измерениянестабильности частоты; на фиг, 2график функции С , который иллюстрирует влияние введения дополнительных фильтров на оценку нестабильностичастоты,Устройство содержит фазовый детектор 1, первый перестраиваемый фильтр 152, первый регулируемый усилител:ь 3,третий перестраиваемый фильтр 4, четвертый перестраиваемый Фильтр 5, второй регупируемый усилитель б, сумматор 7, второй перестраиваемьй Фильтр 208, измеритель 9 среднеквадратичныхзначений (ИСКЗ), фильтр 10 фазовойавтоподстройки частоты, опорный генератор 11 и переключатель 12,Выход Фазового детектора 1 через 25первый перестраиваемый фильтр 2 ипервыи регулируемый усилитель 3 соединен с первым входом сумматора 7, ачерез третий перестраиваемый фильтр4, четвертый перестраиваемый фильтр 305 и второй регулируемый усилитель 6подсоединен к второму входу.сумматора 7, выход сумматора 7. через второйперестраиваемый филь гр 8 соединенс входом ИСКЗ 9, между выходом и опорным входом фазового детектора 1 включены последовательно соединенныефильтр 1 О фазовой автоподстройки частоты и опорный генератор 11. Измерительный вход фазового детектора 1соединен с выходом переключателя 12первый вход которого является входомустройства, а второй - соединен сопорным входом фазового детектора 1 еУстройство работает следующим образом.В исходном состоянии переключательн 112 ус танавливается в положение 1Сигнал исследуемого генератора поцается на измерительный вход фазовогоцетектора 1. На опорный вход Фазового 50,цетектора 1 поступает сигнал с выхода опорного генератора 11, которыйдпя обеспечения работы на линейномучастке фаэовой характеристики управляется сигналом с выхода Фильтра 10Фаэовой автоподстройки. Напряжение,пропорциональное фаэовым флуктуациямисследуемого сигнала, с выхода фаэового детектора 1 поступает на вход первого перестраиваемого фильтра 2 с частотной характеристикой Н(сезы -- и на входы последовательно 2соединенных третьего 4 и четвертого 5 перестраиваемых Фильтров соответственно с частотными характеристикаИ/ е, О/ ш ми Н (ы) = з 3.п - /и) и Н (ы) = в 1 п6 ф 2Отфильтрованный первым перестраиваемым фильтром 2 сигнал через первый регулируемый усилитель 3 с коэффициентом передачи, пропорциональным 1 с, - 1/1 + 2 Г/27(1 + с 1, поступает на первый вход сумматора 7. Сигнал с выхода четвертого перестраиваемого Фильтра 5 через второй регулируемый усилитель 6 с коэффициентом передачи, пропорциональным 1 с= 4/3(1 + + с 1)71 + 2/27(1 + с 1, поступает на второй вход сумматора 7. В выражениях для 1 с, и 1 сБ (и) д и/Б (ш) д и (ц - а теоше-ф -соние сигнал-шум на выходе фазового детектора 1).Следовательно, для спектра сигнала Ч -(м) на выходе сумматора 7 можно записать Ч(ы) = Б(ы) Г 1 с,/Н,Ь) + + 1 с з(о)4(с) ) = 8 В(д) Н(ы)1, Сигнал на выходе сумматора 7 пропорционален среднему на интервале времени 7 значению ды случайных флуктуаций частоты дыЯ ) исследуемого сигнала, так как:модуль1 с,Н, (ьз) + 1 с 2 Нд (ы) Н (ы) =1;Импульсная (весовая) характеристика 8(Г; 7) Фильтра Н(ю) =. 1 с Н,(о + + к Нз (ы) Н (ы), определяемая обратным преобразованием Фурье, отлична от нуля только на интервале времени Г.Для спектра Б(и сигнала на выходе второго перестраиваемого фильтра 8 с передаточной характеристикой Н (и) = вп можно записать2Б(сд) = 8 в(ы) 1 с 1 Н (ы) +1 3( ) ф( ) ( ) В(Н Ы (1)13960 Соответственно, на выходе измерителя 9, выполняющего операции интегрирования, извлечения квадратного корня и умножения на коэффициент 1 Й) вью5 рабатывается напряжение1н= - Г 1 нн(ы) н ьФн,ы нысс),ффо 79 20 25 36 г 47 г Г 1+27/27( 1+с 1 Цлоговый фильтр нижних частот с частотой среза ы= 1/1 с)",Формула изобретения Б Ь) = ьы; у.50 Устройство для измерения нестабильности частоты, содержащее последовательно соединенные фазовый детектор и первый перестраиваемый фильтр, последовательно соединенные второй перестраиваемый фильтр и измеритель среднеквадратичного значения, а также последовательно, соединенные фильтр фазовой автоподстройки частоты и опор-(-21в 55Ф пропорциональное среднеквадратичной 10 относительной вариации 6 (ю) частоты исследуемого сигнала.Найдем значение мощности помехи(,1) на выходе второго перестраиваемого фильтра 8: 15ОЭг (4) =Б (ы) Н (с,гН (сс 1 гс 1.с,) Фг1 + 2 с /2 7 ( 1 +с 1 )г+ -з 1 п -з г.п 1 г в 1 п да,. 3 (1+Ч)ы 6 3 2 Из (1) можно получить Для сравнения точности известного и предлагаемого устройств найдем от- ЗОношениег /6 г (а) = 1 + 2;27(1 + с 1) ) 1. (2) Из (2) видно, что это отношение всегда больше единицы, т,е. имеем умень 35 шение мощности паразитных фазовых флуктуаций из-за адцитивных шумов измерителя. Например, при 9 Ф 1 и 3 Ф 100 с г /г (,1)Определим далее влияние предлагаемой структуры фильтра Н(ы) на оценку нестабильности частоты сигналов высокостабильных генераторов, учитывая, что характерной моделью спектра мощ 45 ности частотных флуктуаций рассматриваемого типа генераторов является модель вида С этой целью определим отношениеФО =Я (с,1 Н ( ) гсГс/ФФО.я (с з п г2 Произведя интегрирование, получим( ) 28(1/3) -2 " (4/3)-2(23 1+83 О, 7 (+3) (+2) На фиг. 2 приведен график функции Я, который характеризует степень влияния применения фильтров с суммарной частотной характеристикой Н (ы) на оценку нестабильности частоты. Из приведенной зависимости видно, что для характерных моделей спектра мощности Я (ы) оценка дисперсии с помощью фильтра с суммарной частотнойхарактеристикой Н (о) при условии отсутствия аддитивных шумов измерителя практически не отличается от использования фильтра среднеинтегральной оценки с частотной характеристик)Дкой здп= . При измерении в присут 2 ствии аддитивных шумов измерителя предлагаемая структура фильтра позволяет значительно снизить шумовую погрешность измерения, т.е, повышается точность измерения.При реализации устройства на элементах цифровой техники фильтры с частотными характеристиками Н,(ь, Н г(м) н Н 3(ю) и Н (и) могУт быть построены как цифровые нерекурсивные фильтры.При построении данного устройства на элементах аналоговой техники хорошую аппроксимацию частотой характебристики вида зп - можно получить2 с помощью фильтра верхних частот счастотой среза с),= 1,/1 с), В качестве фильтра с частотной характеристил 1 лкой (з 1 п -- ) / -- используется ана 21396079 Составитель Е, Минкин Техред И.Ходанич Корректор И.Му" Редактор Л. Маковская Заказ 2492/47 Тираж 772 ПодписноеВ 1111 ИЛИ Государственного комитета СССРло делам изобретений и открытий11303, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 111 ол-,;л тненно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, уп, 111 ос,ад,ный генератор, включенные мекку выходом и опорным входом фазового детектора, переключатель, о т л и ч а ю -щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности измерения, в него дополнительно введены пос,ледовательно соединенные первый регулируемый усилитель и сумматор, второй регулируемыйусилитель, последовательно соединенные третий и четвертый перестраиваемые фильтры, вход первого регулируемого усилителя соединен с выходом первого перестраиваемого фильтра, вход третьего перестраиваемого фильтра - с выходомфазового детектора, выход второго регулируемого усилителя - с вторым входом сумматора, выход которого соединен с входом второго перестраиваемого фильтра, при зтом измерительный вход фазового детектора соединен с выходом переключателя, первый вход которого является входом устройства, а второй вход соединен с опорным входом фазового детектора.