Дискриминатор частоты допплера

318252 ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК ПАТЕНТУ Союз Соеетских Социалистических РеспубликЗависимый от патента кчое Заявлено 14.Ч.1968 (М 1238788/26 МПК Н 03 с 1 3/06 иоритет Номитет по делам зобретеиий и открытий прп Совете Мииистрое СССР.1971, Бюллетень3 ия описания 21.Х 11.19 Дата опубл иков а Авторизобретен Иностранец фрэнсис Маклеод, Смл(Соединенные Штаты Америки) Иностранная фирма Меннен Грейтбэтч Электроникс Инкявите СКРИМИНАТОР ЧАСТОТЫ ДО постущнй из й мере, оторого го сигПОСТОотрак аноду одного диода и лючены резисторы 1 б,Изобретение относится к области радиотехники и может быть иапользовано в дискриминаторах сигналов частоты Допплера, которые образуювся посредством отражения колебаний несущей частоты от движущегося объекта.В известных дискриминаторах обычно практически слабый сипнал частоты Додплера непосредственно сравнивается с сигналом несущей частоты. Это требует высокой стабилизации схемы, но удовлетворительной точности измерений при этом, как,правило, не достигается.В предлагаемом дискриминаторе с целью повышения стабильности характеристик, точности дискриминатора и упрощения схемы к разнополярно включенным на выходе фильтра диодам подключены два детектирующих каскада, вьсполненные, например, по схеме с удвоением. Нагрузки каскадов соединены с общей птиной.На фиг, 1 изображена схема дискриминатора; на фиг. 2 - векторная диаграмма натряжений; на фиг. 3, 4 - диаграммы напряжений на выходе дискриминатора. Дискриминатор содержит фильтр 1, детекторный каскад 2, конденсаторный каскад 8, усилительный каскад 4, каскад б, состоящий из двух детектирующих каскадов, выполненных, например, по схеме с удвоением, нагрузки которых соединены с общей шиной.На входные клеммы б, 7 фильтра 5 пает сигнал высокой частоты, состоясигнала несущей частоты и,;по крайне одного сигнала Допплера, частота к сдвинута относительно частоты несуще нала соответственно переменной или 10 яниной . скорости движущегося объектажающего сигналнесущей частоты.Фильтр 1 состоит, например, из катушек8 - 10 индуктивности. Оси катушек расположены пар аллельно. Один конец катушки 9 15 присоединен к .концу катушки 8, а другой -к средней точке 11 катушки 10. Катушка ипдуктивности 10 и,конденсатор 12 образуют резонансный 1.Счконтур, настроенный на несущую частоту, которая подается на клеммы 20 б, 7. Фильтр имеет два выхода (точки А и В).Сигналы с выходов фильтра поступают навходы двухканального детекторного каска.да 2. В каждом кампале этого каскада имеется по одному диоду 13 (14), причем диод одного 25 канала включен встречно относительно диода другого канала.На выходе каскадак катоду другого подк1 б, место соединения, которых связанно с общей шиной.Фильтр 1 является двухканальным с нелинейными характеристиками пропускания, одна из которых является положительной относительно одного канала, а другая - отрицательной относительно другого.Элементы фильтра 1 настраиваются таким образом, чтобы сигналы, поступающие от отражающего объекта, который находится в покое, на выходе фильтра, в точках А и В, могли быть изображены посредством двух выходящих из общей точки О сдвинутых аротивоположно по фазе векторов ОА и ОВ, Причем точки А и В векторов лежат на касающихся окружностях ги и а, а вектор, соединяющий точки А и В проходит через точку касания х этих окружностей.Сигнал в точке А и, следовательно, вектор ОА, содержат две составляющие. Первая составляющая ОХ - это напряжение сигнала в точке 11 схемы, совпадающее по фазе. Вторая составляющая ХА представляет собой сигнал, сдвинутый по фазе на 90 при прохождении через резонансный контур 1.С. От-+- - - -3 -+- -)сюда ОА=ОХ+ХА и ОВ=ОХ+ХВ.Если отражающий объект движется, и частота отраженного сигнала (сигнала Допплера) отклоняется от частоты несущего сигнала, то сигналы в точках А и В изображаются векторами ОА, ОВ, которые сдвинуты по фазе относительно векторов ОА, ОВ и точки А 1, В, которых лежат на окружностях т и л, а р аэностный вектор А 1 В 1 проходит через точку Х. Отсюда следует, что, если амплитуда сигнала повышается на одном из выходов фильтра (в точке А или В) при повышении частоты Допплера, то при этом на другом выходе амплитуда сигнала понижается,С выходов фильтра сигналы несущей частоты и частоты Довплера проступают на входы детекторного каскада 2, на выходах которого (в точках С и Д) в качестве продуктов модуляции возникают низкочастотные сигналы противоположной полярности. Как показано на фиг. 2, один низкочастотный сигнал имеет абсолютное значение, соответствующее длине вектора ОА, а другой низкочастотный сигнал абсолютное значение, соответствующее длине вектора ОВ, Возникающие в детекторном каскаде продукты модуляции содержат сигнал низкой частоты, значение которого пропорционально значению напряжения высокой боковой частоты, 1 подаваемой на детекторный каскад, а частота равна разности между несущей и боковой частотами, Поэтому при возрастающей частоте высокочастотной боковой полосы возрастает значение напряжения низкой частоты в точке С, в то время как падает значение напряжения низкой частоты в точке Р. Когда падает частота высокочастотной бобековой полосы, происходит обратное. Это соотношение показано на фиг, 3 и 4, где обозначены частота Допплера через, несущая частота череза абсолютное значение сдвига частоты Донплера через Л.абсолютные значенияе, иед напряжений продукта модуляции низкой частоты в точках С и Р,приведены на фиг. 3 и 4, в функции абсолютной величиныЬсдвига частоты Допплера.Если движущийся объект, приближается к приемной антенне, то )о, а значение напряжения в точке С падает с уменьшающейся скоростью по линии от 1 к 5. Одновременно растет напряжение в точке 0 вдоль линии г 5. Если отражающее тело удаляется от антенны приемника, то ( а напряжение в точечке С растет с уменьшающейся скоростью но линии г 5, в то время как напряжение в точке 0 падает по линии 15, Так как показанные на фиг. 3 и 4 соотношения имеют форму буквы К, то каскад 2 обозначается как К-детекторный (каскад.Частота напряжений е, и еа продукта модуляции является низкой частотой для боковой частоты Допплера, удаленной довольно далеко от несущей частоты, но падает для боковых частот вблизи несущей частоты на пороге низких частот и, наконец, при совпадении боковой частоты с несущей частотой доходит до нуля, то есть напряжения продукта модуляции становятся постоянными напряжениями, Таким образом, имеется информация сигнала До 1 пплера в форме переменных напряжений в точках С и Р, в то время как несущее напряжение выпрямляемся:в,посто. янное. Преобразование несущего напряжения в,постоянное имеет большое преимущество, так как несущий сигнал обычно намного мощней, чем сигнал Допплера, поэтому в из 1 вестных схемах дискриминатора слабые сигналы Допплера часто практически затухали.Так как первоначальный сигнал несущей частоты,преобразуется посредством каскада 2 в сигнал постоянного тока, то составляющие несущей частоты входного сигнала исключаются посредством конденсаторного каскада 8 (каскада блокировки постоянного тока), который в простейшем варианте состоит из. двух последовательно включенных ,конденсаторов 17, 18. На выходе каскада 8 стоит каскад 4 усиления низкой частоты. Так как этот каскад практически блокирует очень низкие частоты вблизи уровня постоянного тока, то отрезки линий фиг. 3 и 4 вблизи 5 и 5 в действительности прерываются. Усилительный .каскад 4 имеет усилитель 19 с конденсатором 20 на выходе и усилитель 21 с конденсатором 22 на выходе.Конденсаторы 17, 18, 20, 22 и усилители низкой частоты 19, 21 не изменяют характеристик, показанных на фиг. 3 и 4 (не говоря уже об упомянутых очень низких частотах), так что напряжения, поступающие на точки Е и Р, соответствуют напряжениям, на точках С и 0 на фиг. 3 и 4. С другой стороны, сдвиг частоты Допплера Ь пропорционален скорости движения объекта, так что фиг, 3 и 45изображают также напряжения в точках Е и 1 в функции этой скорости.Если движущийся ооъект,приближается со скоростью о, то ординаты У и С/ изображают напряжения в точках Е и Р. Если этот объект удаляется с равномерной скоростью, то эти напряжения изображаются в точках Е и Р посредством ординат К и В", Отсюда видно, что Ф=Г и разность У - Ф"=Л пропорциональна о. Скорость о при этом может быть измерена посредством разности напряжений в Е и Е и для этой цели, как показано на фиг. 1, предусмотрен двухканальный каскад 5. Каскад 5 может быть выполнен ао обычной схеме, чтобы подавать к выходным клеммам 23, 24 отдельное напряжение, значение которого и полярность показывают, насколько велика скорость движущегося объекта и приближается он или удаляется. Если имеется большое число движущихся объектов, которые перемещаются с различными скоростями, то на выходных клеммах 23, 24 получают преимущественно среднее квадратичное значение скоростей всех этих объектов.Каскад 5 содержит два детектирующих каскада, выполненных, например, по схеме с удвоением. В первом каскаде предусмотрены выпрямители 25 и 2 б, резистор 27 и КСконтур с резистором 28 и конденсатором 29,Во втором каскаде включены выпрямители 30, 31, резистор 32, КС-контур с резистором 33 и конденсатором 34.Место соединения КС-контуров подключено к общей шине. Данные параметров выбираются таким образом, чтобы на клеммах 23, 24 получалось среднее квадратичное разностей входных напряжений.Необходимо заметить, что обычные схемы и приспособления средней квадратичной величины могут быть заменены рассмотренным выше двухканальным дифференциальным каскадом. Напряжения в точках Е и Р могут, например, быть превращены в тепловую энергию, которая затем может быть измерена и выделена с помощью термоэлементов, для того чтобы,получить выходной сигнал квадратичной средней величины.Изобретение преимущественно может быть иопользовано для измерения потомака жидкости, частички которой отражают высокую частоту, при этом поступает большое число сигналов Допплера. 318252 Обычно диаграмма жидкости проводникаили трубы содержит, полосы потоков различной скорости, при этом скорость, вбЛизи стен.ки трубы равна почти нулю, а около оси тру.бы наибольшая. Различные полосы потока воспроизводят широкий спектор частоты Допплера и отсюда желательно комбинировать ,соответствующие измерительные составляющие таким образом, чтобы комбинация отоб ражала весь поток. Имеющаяся в каждой составляющей мощность должна слагаться, что может быть зафиксированно электрически, при этом образуется среднее квадратичное амплитуд составляющих (среднее квадратичное зна.15 чение) .К-детекторный каскад может быть такжеиспользован и для диокриминаторов модулированной частоты в приемниках станций дистанционной передачи и т. д. при модулиро ванной частоте с одной боковой полосой. Приподобном применении используется двухка.нальный каскад 5 для образования средней квадратичной величины.Следует отметить, что рассматривались и 25 были выделены существенно новые признакиизобретения и описывалась предпочтительная конструкция дискриминатора. Однако,различ.ные признаки могут быть опущены, замене.ны или изменены, принимая во внимание, ка.50 кая форма и какие узлы различных показан.ных приспособлений и .цепей тока имеются в виду, без отклонения от сущности изобрете ния.Предмет изобретения35Дискриминатор частоты Допплера, содер.жащий фильтр на входе, состоящий из двух индуктиано связанных катушек индуктивности и 1 С-контура, настроенного на несущую 40 частоту, к средней точке катушки Индуктианости которопо подключен конец одной из упомянутых катушек индуктивностей, а нагрузкой фильтра являются два разнополярно включенных диода с резисторами, соединен ными с общей шиной, и два усилителя, отличаюиийся тем, что, с целью повышения стабильности характеристик, точности дискриминатора и упрощения схемы, к упомянутым диодам через конденсаторы подключены два 50 детектирующих каокада, выполненные, например, по схеме с удвоением, нагрузки которых также соединены с общей шинной.едакт Типография, пр. Сапунова, 2 Заказ 3536/13 Изд.1485 Тираж 473 ПодписноеЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССРМосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5