Цифровой частотный детектор

Союз Советских Социалистических Республик(23) Приоритет Государственный комитет СССР оо делам изобретений и открытийДата опубликования описания 210681(72) Автор изобретения бродня Львовский ордена Ленина политехнический и т.юявител 54) ЦИФРОВОЙ ЧЛСТОТНЫЙ ДЕТЕКТ ля ом с- ульИзобретение относится к измерительной технике и предназначено д частотного детектирования в широк диапазоне частот с линейной эавнси-.5 мостью выходного напряжения от ча тоты входного аналогового или имп сного сигнала.Известен цифровой частотный детектор, содержащий ограничитель входных сигналов, соединенный с первым входом сумматора по модулю 2, делитель частоты, выход которого подключен ко второму входу сумматора по модулю 2, а вход соединен с выходом устройства управления тактовым генерато з ром, первый вход которого соединен с выходом. сумматора по модулю 2 и входом фильтра нижних частот, а,второй вход - с выходом тактового гене-ратора 1 1.Недостатками этого цифрового час- тотного детектора являются низкая точность детектирования и ограниченный частотный диапазон детектирования.Цель изобретения - повышение точности детектирования и расширения частотного диапазона детектирования.Укаэанная цель достигается тем, что в цифровой частотный детектор, содержащий устройство управления так- ЭО товым генератором, тактовый генератор, счетчик и фильтр нижних частот,в котором выход устройства управления тактовым генератором соединен свыходом тактового генератора и совходом счетчика, дополнительно введены входной формирователь, триггер,два дешифратора, и-декадный счетчик, выходной формирователь и переключатель детектируемой частоты,причем, выход входного формирователя соединен с установочным входомтриггера, выход которого соединен совходом устройства управления тактовым,генератором, с установочнымивходами счетчика и и-декадного счетчика, а также со входом выходногоформирователя, первые входы первогодешифратора соединены с выходамисчетчика, вторые входы - с переключателем детектируемой частоты, а выход -со входом и-декадного счетчика, выходы которого соединены с первыми входами второго дешифратора, вторые входы которого соединены с переключателем детектируемой частоты, выход второго дешифратора соединен со счетнымвходом триггера, а выход выходногоформирователя соединен со входомфильтра нижних частот.841081 Уравнение (1) можно представить в соответствии с циклом работы детектора как На фиг. 1 представлена блок-схемацифрового частотного детектора; нафиг. 2 - временная диаграмма, нафиг. 3 - зависимость. выходного напряжения от частоты входного сигнала.Цифровой частотный детектор содержит входной формирователь 1, триггер,.счетчик 3, устройство 4 управленияенератором тактовых импульсов, фильтр5 нижних частот, генератор 6 тактовых импульсов, первый дешифратор 7,и-декадный счетчик 8, второй дешифратор 9, выходной формирователь 10,переключатель 11 детектируемой час-тоты,Вход формирователя 1 соединен систочником детектируемого сигнала,а выход - с установочным входом Втриггера 2. Единичный выход триггера2 соединен,с устройством 4 управления тактового генератора, со входомвыходного формирователя 10, с устано вочными входами В счетчиков 3 и 8,Выходы счетчика 3 соединены с первыми входами первого дешифратора 7, выход которого соединен со входом и-декадного счетчика 8, вторые входы дешифратора 7 соединены с переключателем 11 выбираемой частоты детектиро. вания. Первые входы второго дешифратора 9 соединены с выходами и-декадного счетчика 8, а его вторые входы - с переключателем 11 выбираемойчастоты детектирования, выход дешифратора 9 соединен со счетным входомтриггера 2. Выход устройства 4 управления тактового генератора соединен с выходом генератора 6 и со счетным входом счетчиков 3. Выход выходного формирователя 10 соединен совходом фильтра 5 нижних частот:.Устройство работает следующим образом.40В момент перехода входного сигнала через нуль (из минуса в плюс) навыходе входного формирователя 1 появляется короткий импульс, который устатавливает триггер 2 по установочному входу й в "0".На выходе триггера 2 устанавливается нулевой потенциал, который разрешает счет счетчикам 3 и 8, включает устройство 4 управления тактовым 50генератором, на выходе выходного формирователя 10 появляется положительный потенциал на время, равное половине периода выбранной третьоктавнойчастоты. Включенное устройство 4 позволяет проходить тактовым импульсамс выхода генератора 6 на счетныйвход счетчика 3.Когда счетный импульс достигаетвхода дешифратора 9, соответствующего выбранной частоте детектирования 60переключателем 11, на выходе дешифратора 9 появляется потенциал, который опрокидывает триггер 2 по счетному входу в "1". Потенциал на единичном выходе триггера 2 одновременно 65 выключает устройство управления 4, затормаживает генератор 6 тактовых импульсов, устанавливает счетчики 3 и 8 в "0", и на выходе формирователя 10 появляется отрицательный потенциал . При этом устройство находится в исходном состоянии.Длительность положительного потенциала на выходе формирователя 10 равна половине периода выбранной третьоктавной частоты ТО)2, длительность отрицательного потенциала на выходе формирователя 10 равна Т -- где ТТоХ ф Х период детектируемой частоты.Потенциал положительного и отрицательного импульсов по модулю равны. Следовательно, сигнал на выходе фильтра 5 нижних частот линейно пропорционален разности длительностей импульсов и описывается уравнением,Эпюры напряжений в различных точках детектора представлены на фиг. 2, где а - входное напряжение; б - напряжение иа установочном входе триг. гера.2; в - напряжение на счетном входе счетчика 3 1 г - напряжение на счетном входе триггера 2; д - напряжение на единичном выходе триггера 2, е - напряжение на входе фильтра 5 нижних частот.Если на фиг. 2 апервый переход через нуль дедектируемого сигнала;с - второй переход через нуль детектйруемого сигнала,с - третий переход через нуль детектйруемого сигнала,:то -с - положительная полуволна синусоидый -с - отрицательная полуволг.на синусоиды.Для синусоидального сигнала Для сигналов импульсной формы Если имеется сдвиг по напряжениюсрабатывания входного ФормирователяТ- (бзфьО -К примеру, если о =5, тогда и=8.5 Следовательно, в предлагаемом устройстве частотный диапазон детектирования в и раз шире, чем в известном.Кроме того, применение выходногоформирователя 10 позволяет избавиться от постоянной составляющей прималых девиациях частоты относительно Г,Формула изобретенияЦифровой частотный детектор, содержащий устройство управления так 5 товым генератором, тактовый генератор, счетчик и фильтр нижних частот,в котором выход устройства управления Тактовым генератором соединен свыходом тактового генератора и со30 входом счетчика, .о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью повышения точности детектирования и расширения частотного диапазона, в него дополнительно введены входной формироЪатель, триггер, два дешифратора, идекадный счетчик, выходной формирователь и переключатель детектируемойчастоты, причем выход входного формирователя соединен с установочным вхо 0 цом триггера, выход которого соединенсо входом устройства управления тактовым генератором, с установочными входами счетчика и и-декадного счетчика,а также со входом выходного формирователя, первые входы первого дешиф 5 ратора. соединены с выходами счетчика,вторые входы - с переключателем детектируемой частоты, а выход - со входом и-декадного счетчика, выходы которого соединены с первыми входамивторого дешифратора, вторые входы которого соединены с переключателем детектируемой частоты, выход второго дешифратора соединен со счетным входомтриггера, а выход выходного формирователя соединен со входом фильтра нижних частот.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент Японии Р 52-35274,кл. 98(5) Е 21 (Н 03 О) 3/00 , 08.09.77 Из приведенных рассуждений видно, что (2) и (3) равны, следовательно, точность детектирования не зависит от формы входного сигнала и качества входного формирователя,. так как цикл измерения определяется периодом входного сигнала.2Линейная зависимость (1) верна в пределах ГКГо, следовательно, час-, тотный диапазон детектирования огра-ничен частотой Г . Для расширения частотного диапазона детектирования. необходимо повышать частоту генератора (или уменьшать. длину счетчиков),Детектировать с самой высокой частотой Г малые 1 х, не имеет смысла, так как вых ) маь Из (4) видно, что чем выше Гр, 3 тем меньше динамический диапазон де-: тектирования.Для расширения динамического диапазона детектирования применяется счетчик 3, преобразующий частоту следования импульсов тактового генератора 6 в третьоктавный ряд частот, кратный 1; 1,25; 1,68 Гц.С помощью дешифратора 7 и перекЛючателя 11 выбирается необходимая частота о, а с помощью и-декадного счетчика 8 частоты частота 1 р понижается в 10" раэ, и определяется переключателем 11 и дешифратором 9. Выбор Го по третьоктавному ряду предопределен требованиями выделения девиации частоты, выраженной в процентном отношении, при спектральном анализе в третьоктавных полосах.Если предположить динамический диапазон выходных напряжений детектора М =10 (60 дБ), а число необходимых различных полос равным М " 10 в по рьФ 3 лосе примерно 1=0, 232 (третьоктавная полоса), то ширина частотного диапазона детектирования с фиксированной 50 на время с, то заполнение счетчиковначинается в с = с + дс, а следующеезаполнение счетчиков начинается вй= сз+ьт Подставив в (2) новые значениявремен, получаем частотой Гр и с требуемым динамическим диапазоном определяется из откуда Ер ) 0,232 Г,Число переключаемых частот Го, необходимое для перекрытиясС декад по частоте, определяется841081 Составитель Д. Ходыревикова Техред Н. Бабурка КОРРектоР Г едакт П "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная или каз 4799/80ВНИИПИпо д113035, М Тираж 988Государственного комитета елам изобретений,и открыт осква, 3-35, Рауаская. наб ПодписноеСССРйд. 4/5 ов ) 1.8 Х1 фО1