Всесоюзная патент

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК й АТЕЯТУ Со 1 оз Советских Социалистических РеспубликЗаявлено 03.1 Ч,1967 ( 1146416(18-24) с присоединением заявкиПриоритет 04.1 Ч.1966,56352 и 10.111.1967,98324, ФранцияОпубликовано 25.Ч.1971, Бюллетень17 Комитет по делам изооретоиий и открытий при Совета уйииистров СССРДата опубликования описа 1 шя 29 ЛП.1971 Авторизобретения Иностранец Жак Освальд Ф.зн ия( Г ц )ностранная фирматриель де Телекоммю(Франция) явитель пани Э касьо УСТРОЙСТВО ДЛЧАСТОТЫ ПИРОДИЧЕ СПОЗНАВАНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОЛЕБАНИ 2инеи с выходом одг Изобретение относится к устроиству, позволяющему определить частоту синусоидаль. ного или квазисинусоидального электрического колебания, выделив ее из ряда заранее известных частот, или же, если эта частота мо жст плавно изменяться в диапазоне, огра шченном частотами г 1 и 1.,+1 - измерять указанную часто гу с максимальной ошибкой, равной некоторой доле //2 разности между этими предельными частотами, путем лока лизации неизвестной частоты в промежутке мсв;ду двумя известными значениями, отстоящими на величину /.В дальней 1 пем под квазисинусоидальным колебанием будет подразумеваться периоди ческое колебание, мгновенная амплитуда которого не сохраняет одну и ту же полярность в каждом полупериоде. спознавг 1;ия 20риодического жащее кванктовых имматоры, маточника такн со входом а и с однимства, выход рвого разряго мажори Известно устройство для ра одной из двух частот Р 1 и Р, пе электри 1 еского колебания, содер тующег устройство, источник та пульсов, регистр сдвига, полусук жоритарные элементы. Выход ис товых импульсов в нем соедине каждого разряда регистра сдвиг из входов кваптующего устрой которого подключен ко входу пе да регистра сдвига. Вход каждо тарного элемента соед гого из полусумматоров.Цель изобретения состоит в создании устройства, которое позволяет распознавать и измерять неизвестные частоты, лежащие в интервале частот (Р 1, Г+1).Предлагается устройство для распознавания и измерения в двоичной цифровой форме с числом знаков Й (большим единицы) разности между опорной частотой Еи неизвестной часготой г периодического электр 11- ческого колебания, имеющего противоположную полярность в двух последовательных полупеоиодах. Эта частота находится в интервале частот с нижним пределом /1 и верхним г,;+1 и определяется с ошибкой, меньшей 1/2= (Р+1 - г 1) х, где Л 1 - целое число, нс превышающее 21 (опорная частота Е,находится в указанном интервале). В предлагаемом устройстве колебание периодически квантуется с учетом его полярности, с периодом повторения То/2"1 т, где 11 - целое число, минимально равное единице, Получаемые таким образом импульсные выборки преобразуются в двоичные сигналы, равнье О или 1, в зависимости от их полярности, причем эти сигналы сохраняются, по крайней мере, в течение отрезка времени То В данном устройстве время То берется равным 1/4/, а частота Р, - равной:Гт= (2" - 1)2" -/,где Й - целое число, при котором Рт лежит в интервале между Рь и Р+ н наибольшая ИЗ ВЕЛИЧИН (ГХ+Ь - Гт) И (Рт ГЬ) НЕ ОУ дет ььревышать величины 2" - Двоичный сигнал, соответствующий выборке, относящейся к моменту времени 1, складывается по ъьодулю дВа с ьсаььсдых ьз /г дВОичных сигна лов, соответствующих выборкам, сделанным 10 в моменты времени:(1 - То/2 - ), (/ - То/2 г -) (1 - Т,) .Результаты /г сложений по модулю два образуют /г цифр после мажоритарного отбора 15 путем сравнения индивидуально каждого цз указанных результатов, соответствующих нечетному числу последовательных момеы гов квантования.Для достижения постаВленной цели первый 20Эхо каждого полусумматора соединен с выходом" квантующего устройства, а второй ьфод каждого. последующего цолусумматора цодключен к выходу сдответствуьощего четного разряда регистра сдвига. 25Квантующее устройство образует импульсные выборки цз измеряемого колебания в последователы ые моменты с периодом повторения То/2" -и, где /г - целое число, большее единицы, гг - -целое число, большее или 30 равное единице, и преобразует полярность каждой указанной выборки В двоичный сцгнал, причем само кьацтующее устройство управляется от источника тактовых импу;ьсов с периодом повторения То/2: ви.Регистр сдвига содержит по крайней мере 2" ячеек, причем ца вход первой из ццх поступает упомянутый двоишый сигнал, и лиььцю сдвига, управляемую от источника тактовых импульсов. 40Число цолусумматоров равно /г; оььи имеют каждый два входа и однц выход, причем ььа эти входы посту.ьают двоичные сигналы Ог разрядов регистра сдвига, ступени которых Отличаются па гг, 2 и,.,2" -гг для каждого 45 из полусумматоров.Число маькорььтарыых элементов логики равно Й. Каждый цз их имеет вход, сьзязаььпый с выходом соответствукццего полусумма- тора, и выход, соединеннььй с одним цз /г выходных зажимов в цепи нагрузки, Прикаждый из мажорцтарььыхвыдает ца выходе двоичный сигнал, равный большему цз сигналов, поступаюших из полусумматора, причем число сигналов равно нечетному числу ььоследовательцых выборок.На фиг. 1 изображена временная диаграмма; на фиг. 2 - электрическая схема устройства; ца фиг. 3 -- электьшческая схема, иллюстрируощая действие устройства, выцол. цяющего мажоритарную логическуо операцию и используемого в схеме ца фцг. 2.На фиг. 1 иллюстрируется зависимость ог неизвестной частоты Г наиболее вероятной Велиьььыы логической суммы цо модулю два 65 двух двоичных сигналов, соответствуюццх двум выборкам, взятьв в заданном интервале времени. Каждый из двоичных сигналов имеет величину О или 1 в зависимости от той или иной полярности соответствующей выборки, Величины этих интервалов времени для различных линий а, б, в и г следующие:для линии а: То=1/Ео,для линии б: Т 2=2 Ео,для линии в: То 4=1,А Го,для линии г: То/8=1/8 Ео В случае, соответствуьощем лишш а, представляется очевидыьпь, что, если периодические выборки берутся с частотой Го из колеоания, имеющего ту же частоту Г=Ео, то две последовательные выборки всегда буду. иметь одинаковую полярность. Следователь цо, оба упомянутых двоичных сигнала в егда будут од; овремецно равны О или 1, а сумма 5 этих величин В операции суммирования по модулю два всегда будет равна нулю в соответствии с нравиламц булевой алгебры. Тот же результат будет получен, если Г будет целым кратным от Го.Напротив, если частота колебания Г равна Г,/2 или нечетному целому кратному от Г,/2, то две последовательные выборки будут всегда иметь противополоснуо полярность, и сумма 5 всегда будет равна единице. Промежуточное положение будет иметь место тогда. когда, например, Е находится в интервале между Го/2 и Ео Предполагая фазы выборок произвольными, ле ко видеть, что вероятность того, что сумма 5 будет равна единице, больше, чем 5=1 2 в случае, если Г ближе к Го/2, чем к Го, и 5 меньше 1/2, если Г ближе к Го, чем к Го/2Предполагая теперь, что операции нахождения суммы повторяются несколько раз через короткие промежутки времени в течение указаного периода То и что для выбора ьеличшы 5 процзводися макоритарная операция, получим для наиболее вероятной всличицы 5, как функции Р, график, представленный в верхней части а фиг. 1.Лььалогььчньье рассуоьсдеььия ожо применить к графикам б, в и г для соогветсьвующцх периодов квантования. Наконец, последовательььые строки таблицы д на фиг. 1 показывают численные значеььия, полученные для суммы 5 шосле выполнения мажоритар ой логи еской оььерации для различных перцодо кван ования, соответствующих лиььььях а, б, в и г.Цифры таблицы д то шо представляют циклическом двоичном коде величину Г, отсчитанную от средней частоты Гт=2 Ро, причем единица изменения частоты равна =г о/4. Очевидно также, что для линии г период То равен 1/4/.Таким образом, фиг. 1 соответствует случаю, когда /о=4 с максимальной измеряемой частотой Гхь = 4 Е и минцмальной измеряемой частотой, равной нулю. Весь диапазон510 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 частот, равный 4 Ро, делится на 16 равных поддиапазонов и, следовательно, результат кодирования дает величину Р с точ:остью, равной / от ширины этого диапазона частот, если взять за номинальное значение кодированной частоты значение средней частоты соответствующего поддиапазоца. Любая частота г, содержащаяся в указанной полосе частот, может быть, таким образом, закодирована цифровым кодом с той же степенью точности.В общем случае, если максимальная допустимая ошибка по частоте равна 1/2, то возможное цифровое кодирование ограничивается полосой частот, полуширица котовой це превышает 2 -1 по обе стороны от средней частоты Ркоторая должна быть целым, нечетным, кратным этой полуширицы.В устройстве (см. фиг. 2, где 1=5, п = - 2) генератор 1 служит источником колебаний, частота которых должна быть измерена. На один из входов кваптующего устройстга 2 известного типа (например, амплитудного модулятора или логического элемента И) подается колебание от источника 1, а на другой вход - короткие импульсы выборок, подаваемые источником тактовых импульсов 3 с периодом То/32. где ТО=1/4 и 1/2 - максимальная допустимая ошибка измерения неизвестной частоты г. С выхода источника тактовых импульсов 3 снимается двоичный сигнал, равный О или 1, в зависимости от мгновенной полярности колебация, поступившего от генератора 1. В точке 4 выход источника тактовых импульсов 3 соединен сг. входом первого разряда регистра 5 сдвига, имеющего 32 ячейки 6 - 37, каждая из которых содержит триггер с двумя устойчивмц состояниями. С помощью линии сдвига 36 регистра 5, на которую подаются импульсы от источника тактовых импульсов 3, осуществляется перенос сигналов, поступивших г, точку 4, от одного разряда к другому.Сигналы на входе ячейки 6 и нг выходе ячейки 7 соответствуют двум выбогкам, разделенным интервалом времени То/16. Сигналы на входе ячейки 6 и на выходе ячейки 9 соответствуют выборкам, разделенным интервалом времени Т,/8 и т. д. Соответственцо сигналы на входе ячейки 6 и на выходе ячейки 37 относятся к выборкам, разделенным интервалом времени То, Образованные таким образом составляющие каждой пары сигналов подаются на два входа каждого из полу- сумматоров 39 - 43, Эти полусумматогы (логические ячейки ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ) выполняют логическое сложение по модулю два сигналов, поступающих на оба их входа,Выходы полусумматоров 39 - 43 соответственно связаны со входами элементов 44 - 48, выполняющих мажоритарную логическую операцию, работой которых управляет источник тактовых импульсов 3 через соединительную линию 49. Элементы 44 - 48 сравнивают величины цечегного числа сигналов, соответствующих посл"доватсльцым моментам квантования и подвинь:х ца вход каждого цз нпхот соответствующих полусумматоров. Результатом сравнения является сигнал, имеющий величииу большего из сравниваемыхсигналов,Выходы элементог 44 - 48 соответственносоединены с пятью зажимами 50 - 54, на которых появляются кодированные двоичныесигналы, представляющие численное зцачсцце измеряемой частоты колебания, поступакццего от генератора 1.На примере элемента 48 с помощью фцг. 3кратно поясняется выполнение мажоритарнойоперации.Выход полусумматора 43 соединен со входом пергой ячейкц регистра сдвига, имеющего три ячейки 55 - 57 и входящего в элсмсцт 48. Перенос сигналов цз одной ячейкиэтого регистра в следующую управляется отисточника тактовх импульсов, поступающихпо соединительной пицци 49. Выходы ячеек55 - 57 связацы соответственно: первый с одним из входов блоков И 58 и 60, второй -с другим входом блока И 58 ц одним ивходов блока И 59, третий - с другцмцвходамц бло,ов И 59 ц 60. С этими ячейками 55 - 57 соединены три блока И58 - 60.Выходы блоков58 - 60 соответственносоединены е тремя входамц олока ИЛИ 61,выход которого соединен с выходным зажимом 54 элеме:та 48. выполняющего мажорцтагцую операцию.Система работает следмющим обпазом.Когда выходные сигналы двмх цз трехячеек 55 - 57 равнь 1, а тпетий сигнал равен О, то два блока И дадут на выходеО, а третий . Следовательно, блокИЛИ 61 дает на вгяходе сигнал 1, поскольку на одцч цз его входов подан сцгцал1, а на два лгугих - сигнал О. Наоборот,если на выходах двух цз трех ячеек 55 - 57сигнал будет О, а на третьем выходе - 1,то все блоки И дадут на выход сигналыО и, следовательно, блок ИЛИ 61 выдаетсигнал О. Таким образом, сигнал ца выходном зажиме 54 во всех случаях совпадает сбольшинством сигналов на выходах ячеек55 - 57.Можно применить также регистры с пятьюили семью ячейками и с соответствующимколичеством комбинации блоков И иИЛИ. Их работа будет тем более надежной, чем больше число сравниваемых сигналов ц чем больше число выборок и, взятых запромежуток времеци Т/2" - , при данном числе цифр принятого кода ц при данной максимальной допустимой ошибке в величинеизмеряемой частоты.Из фиг, 2 следует, что кодированные сигналы, полученные ца выходных зажимах 50 -54 устройства, могут быть затем использованы любым известным способом; для зритель304773 пой индикации, для управления работой реле п т. п., как пепосредствснно, так и после преобразования кода, например, в двоичный или десятичный код. Пять двоичных сигналов, полученньх а закимах 50 - 54, можно скомбинировать также для управления адресным дешифратором па 32 направления, позголяюшпм посылать какой-либо сигнал со входа этого дешифратора с помощью соответствующей релейной системы к одной из 32 цепей потребления. Устройство для распознавания и измерения частоты периодического электрическогоПредмет изобретения колебания, содержащее квантующес устройство, источник тактовых ип 1 ульсов, регистр сдвига, полусумматоры, мажоритар)ые элементы, причем выход источника тактов,х пм пульсов соедине со входом каждого разря арегистра сдвига и с одним из входов к".,антующего усгройства, выход которого подкгочен ко входу первого разряда регистра сдвига, а вход каждого макоритарного элемента 10 соединен с выходом одного из полусуюаторов, отличающееся тем, что, с цель)о расширения функциональных возможностей, в нем первый вход каждого полусумматора соединен с выходом кваптующего устройства, а 15 второй вход кжкдого последующего полусумматора подключен к вь)ходу соответствующего четного разряда регистра сдвига,зол-з ставитель Е. А, СеменоваКорректор Е. И. Миронов нов сдакто Заказ 1909/18 Изд. М 805 Тираж 4(3 Подписное ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 ип огра фин, и р. Сапуно