Измеритель девиации частоты

И ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 1(71) Омский политехнический институт (72) И,И. Вешкурцев и Ю.И, Сысоев (53) 621. 317 (088,8)(56) Авторское свидетельство СССР1337796, кл. 0 01 К 23/00, 1987.Авторское свидетельство СССР Р 575578, кл, С 01 Р, 23/00, 1977, (54) И 31 П,РИТЕЛЬ УТЕВИАЦИИ пАСТОТЫ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для определения параметров частотно-модулированного сигнала, Целью изобретения является повьппение точности изменения, Измеритель девиации часЧ тоты содержит вход 1, формирователь 3, элемент 4 совпадения, счетчик 5, блок 6 сравнения кодов, регистр 11, блок 12 деления, блок 13 индикации, блок 16 сравнения кодов, блок 17 управления и генератор 18 опорной частоты,Введение линии 2 задержки, триггеров 7 и 8, ключа 9, счетчика 10, ключа 14 и сердечника 15 позволяет повысить точность измерения пикового значения девиации частоты при несимметричной модуляции, а также определять значение частоты модуляции. 2 ил.Наиболее близким техническим решением к изобретению является измеритель девиации частоты, содержащий включенные последовательно вход из мерителя, Формирователь, элемент совпадения, счетчик, первый блок сравнения кодов, а также включенные последовательно второй блок сравнения кодов, регистр, вычислительное устройство и блок индикации, второй вход которого подключен к третьему выходу ,блока управления, у которого первый11 11 выход присоеринен к входу Сброс счечика, второй выход - к третьему входу вычислительного устройства, первый вход - к выходу формирователя, и генератор опорной частоты, выход которого присоединен к свободному входу элемента совпадения и к ЬО второму входу блока управления, тогда как первый и второй входы второго блока сравнения кодов подключены соответственно к первому входу и выходу , регистра. Работа этого устройства заключается в том, что в течение измерительного цикла оно выделяет Би Б импульсов, пропорциональных1 ма косоответственно девиации круговой частотывверх и девиации круговой частоты "вниз", которые могут быть вычислены по формулам вида(1)55 Щ в бо)Оц о Ь 1ГДЕ ЬЬЯ в - ДЕВИаЦИЯ КРУГОВОЙ ЧаСтстЫвверх аЬЯн - девиация круговой частотывниз Изобретение относится к измерительной технике и может быть использованопри измерении девиации частоты,Известны измерители девиации час 5тотвг, преобразующие входной частотномодулированный сигнал в последовательность прямоугольных импульсов, дли-:тельность которых пропорциональна закону модуляции, 1 примеру, известноустройство, которое содержит Формирователь, два вентиля, два счетчика,блок вычитания, селектор, накапливающий сумматор, вычислительный блок,блок индикации и блок управления. При 15проведении измерений устройство определяет среднее значение девиации часоты, что обусловливает его высокуюточность при любом отклонении законаМодуляции оЬ заданного закона, 20 до - круговая частота в отсутствии модуляции;О - верхняя составляющая спектвра сигнала с частотной модуляцией;Ю - нижняя составляющая спектрансигнала с частотной модуляцией.В известном измерителе число импульсов и экстремальные составляющие спектра сигнала связаны соотношениями- оо б оо ягре Т - период частоты опорного геокнератора.Производимые преобразования в вычислительном устройстве ие позвопяют выделить значения ЬЯ и ЬЮн, а результат выдается в вирепикЬь +Ын(3)Используя известное соотношение ЬЯ = 26 1, выражение (3) может быть в"- писано какНедостатком измерителя является следующее. При условии ЬЯ Ф ЬЮн, т,е, несимметричной модуляции, возникает погрешность в вычислении реального пикового значения девиации частоты, Например, пусть параметры частотно-модулированного колебания имеют следующие значения: 6 ГЬЬ100 Гц, 6 Гр = 1000 Гц. Тогда по Формуле (4) Ь Г пнк = 550 Гц, что не соответствует реальному пиковому значению, равному 1000 Гц, а погрешность измерения при этом составит. 552.1 Ьель изобретения - повышение точности измерения девиации частоты,Указанная цель достигается тем, что в измеритель девиации частоты, содержащий включенные последовательно вход устройства, Йормирователь, элемент совпадения, счетчик и первый блок сравнения кодов, а также включенные последовательно второй блок сравнения кодов, регистр, вычислительное устройство и блок индикации, второй вход которого подключен к третьему выходу блока управления, у которого первый выход присоединен к входу "Сброс" счетчика, второй выход - к1711088 второму входу вычислительного устройства, а первьп вход - к выходу формирователя, и генератор опорной частоты, выход которого присоединен ксвободному входу элемента совпаденияи к второму входу блока управления,тогда как первый и второй входы второго блока сравнения кодов подключены,соответственно, к первому входу и вь ходу регистра, введены линия задержки и две идентичные цепи из последовательно включенных триггера, ключаи счетчика импульсов, выход которогоподключен к первому входу регистра,третий вход которого одновременно приприсоединен к шине "Сброс" счетчикапервой цепи и к первому выходу блокауправления. Выход счетчика второйцепи подключен к второму входу вычислительного устройства и к второму.входу первого блока сравнения кодов,выход которого подключен к счетномувходу триггера каждой цепи, Р-нходтриггера первой из которых присоединен к первому выходу блока управления, а Б-вход и Р-нход триггера второй цепи подключены, соответственно.к второму и четвертому выходам блока управления, второй выход которогоприсоединен к входу Сброс" счетчикавторой цепи, н которой свободныйвход ключа присоединен к выходу элемента совпадения, а выход ключа --к свободному входу ключа первой це 35пи. Между двумя входами Формирователяпопключена линия задержки,Использование новых блоков позволяет осуществить преобразованиечастота-Ьазовьп". сдвиг-интервал времени и провести измерения максимальных значений Фазовых сдвигов вместоизмерения минимальных и максимальных значений частоты при преобразовании частота-.интервал времени, Наличие максимальных фазовых сдвиговзначительно повьппает точность измерения пикового значения девиации частоты даже при условии Ь УЬ Я и .На Фиг, 1 представлена структурная схема измерителя девиации частоты; на Фиг. 2 - временные диаграммы,поясняющие работу измерителя,Из 1 еритель девиации частоты содержит включенные последовательновход 1, линию 2 задержки, формирователь 3, элемент 4 совпадения, счетчик 5 импульсов, первьп блок 6 сравнения кодов, выход которого подключен к счетному входу триггеров 7 и 8,кроме того, линия 2 задержки включенамежду первым и вторым входами формирователя 3. Триггер 7, ключ 9 и счетчик 10 образуют первую цепь, выходкоторой подключен к последовательному соединению регистра 11, блока 12деления и блока 13 индикации. Выходвторой цели, образованной триггером8, ключом 14 и счетчиком 15, присоединен к второму входу первого блока6 сравнения кодоМ и второму входублока 12 деленияК второму входуключа 9 присоединен выход ключа 14,у которого второй вход подключен квыходу элемента 4 совпадения. К первому входу регистра 11 подключен выход блока 16 сравнения кодов, первыйи второй входы которого присоединены.соответственно, к второму входу ивыходу регистра 11. Выход формирователя 3 подключен к первому входублока 17 управления, второй вход которого подключен к второму входу элемента 4 совпадения и выходу генератора 18 опорной частоты. Первый выход блока 17 управления подключен кР-входу триггера 7, входам сбросасчетчиков 5 и 10, регистра 11, второйвыход - к Б-входу триггера 8, входаМсброса счетчика 15 и блока 12 деления, третий вьход - к второму входублока 13 индикации, а четвертыйвыход - к Р-входу триггера 8,С целью еткого изложения последующего материала обозначим низкийпотенциал - логическим нулем). Этот импульс является установочным для счетчиков 5, 10, 15, регистра 11, триггера 7, блока 12 деления,на инФормационных выходах которыхприсутствует "Лог. 0", При этом выходной сигнал триггера 8, блоков 6и 16 сравнения кодов равен "Лог. 1",В этот же момент времени и блоке 12деления формируются постоянные коэФ( Лфициенты -2 и и., где, - постоянлная времени линии 2 задержки.Поступающее на вход 1 частотномодулированное колебание ;1 (фиг,2), например, видаЫЦ =П з 1 пЯ 1 + ззпД, (5)ЕХОогде И - амплитуда несущего колеобания;5 Я = Г 2 п - круговая частота несущейо ачастотно-модулированного колебания;И = АГ 2- девиация круговой частооты частотно-модулированного колебания; й= Г 2 Ф- круговая частота модуляМции частотно-модулиро.,ванного колебания, с помощью 1 линии 2 задержки задержиЬЛ вается во времени на интервалСледовательно, на выходе линии 2 задержки сигнал имеет видБ =Ц в 1 п Я (С- )+ - зю (С-ь)2 , (б)ЬМл 1 20 е о о ЯНа выходе формирователя 3 с учетомл компенсации им фазового сдвига (до ь при поступлении двух сигналов (5) и (6) появляется импульс 6 (Ьиг,2). Этот импульс поступает в блок 17 управления и открывает элемент 4, церез элемент 4 и ключ 14 импульсы генератора 18 подсчитываются счетчиками 5 и 15 (иг,2 Ж,). После окончания импульса о (Ьиг.2) элемент 4 закрывается и работа счетчиков прекращается. В этот момент времени на первом и четвертом выходах блока управления Формируется импульс 8 (Фиг 2 д), кото 35 рый устанавливает счетчик 5 в исходное состояние, а выходной потенциал триггера 8 в "Лог. 0". Ключ 14 закрь 1- вается. Таким образом, в течение одного периода исследуемого колебания в счетчике 15 оказывается записанным число импульсов И,5, пропорциональное мгновенному значению фазового сдвига двух сигналов (5) и (6), а именно115 ЧМГН 1 =Я, ь 2 Н Ь Г, ь (7)Во второй период колебаний исследуемых сигналон Формирователь 3 вы 50 рабатынает импульс о (Ьиг. 2), длительность которого пропорциональна новому мгновенному Ьазовому сдвигу Чмгн о . Этот импульс поступает в блок , 17 управления и открывает элемент 4, Теперь работает только счетчик 5,55 так как в препыдущем периоде "Лог,О" с выхода триггера 8 закрыл ключ 14. Такое состояние сохраняется до тех пор, пока на счетный нход триггера 8 не поступит переход тактового.сигнала из "Лог, 0" н "Лог. 1" с выхода первого блока 6 сравнения кодов (фиг. 2 И). Как только счетчиком 5 будет заЬиксировано число импульсов, равное предыдущему результату измерения, Фронт импульса. при переходе из "Лог,О" в "Лог. 1" с блока 6 переводит триггера 7 и 8 в состояние "Лог. 1". Ключ 14 открывается и последующие импульсы доэаписываются в счетчик 15, т,е. И 5- увеличивается (Ьиг,2), Ключ 9 также открывается и эти же импульсы записываются н счетчик 10 (Фиг. 2 К).После окончания импульса о (фиг.2) элемент 4 закрывается, и работа счетчикон 5, 15, 10 прекращается. Блок управления выдает сигнал 8 (Ьыг.2), который переписывает цифровой код в регистр 11 (фиг 2 А) из счетчика 10 по разрешающему состоянию "Лог. 1" с выхода блока 16, а также устанавливает счетчики 5 и 10 в исходное состояние и выходной сигнал триггеров 7 и 8 н состояние "Лог, 0", Выход блока 16 сравнения, Фиксирующий результат сравнения - больше или равно, переходит н состояние "Лог, 0", так как цифровой код на первом входе оказался меньше, чем циЬровой код на втором входе блока 16 сравнения, Количество импульсов, заЬиксиронанное н регистре 11, пропорционально разности между последующим и предыдущим мгновенным Ьазовым сдвигом, а именнолЙ Чн Ммн Щ 6 Я ь Й Т щ(8)где Т - период несущей частоты часОтотно-модулированного колебания.Если последующие значения мгновенных Фазовых сдвигов оказываются меньше предыдущих, то выходной сигнал блока 6 сравнения не воздействует на триггера 7 и 8, и выходной сигнал блока 16 сравнения не переходит из состояния "Лог. О" в "Лог. 1". Тем самья, за время измерения, определяемое импульсами(Аиг. 2), фиксируются максимальное значение И 5 и максимальное значение П 1, равные (7)(10)25 и (8), По окончании времени измерения эти значения поступают в блок 12деления, который обеспечивает определение пикового значения девиациичастоты по входным результатам М иБ в соответствии с Формулой ПотнВ 1(После вычисления результат регистрируется в блоке 13 индикации и не меня-ет своего значения до появления нового результата вычисления по формуле 5 (9) .Предложенный измеритель отличается от известного еще и тем, что позволяет расширить его функциональные возможности, Ланным измерителем можно 20 определить частоту модуляции из соот- ношения Причем постоянный коэЬфициент Тможет быть установлен в блоке 12 делпения так же, как 2 и иБлок 12 деления может быть выполнен на интегральнь 1 х схемах серий 30К 155, К 133, Е 556, К 589, либо в видемикро-ЭВИ, построенной на базе микропроцессорного комплекта К 588,Формирователь 3 может быть построен с использованием известных принципов преобразования, как, например,это сделано в отчете о ПИР,В качестве линии 2 задержки можетбыть использована линия задержки наприборах с зарядовой связью (ПЗС), 40дискретная линия задержки (ДЛЗ),кварцевая и др,Остальные функциональные узлы измерителя могут быть выполнены на интегральных схемах серий К 155, К 133. 45Использование преобразования частота - базовый сдвиг - интервал времени позволяет значительно повыситьточность измерения пикового значениядевиации частоты при неравенствеЬЯФ. ЬО,и р и м е р, Пусть сохраняются условия 6 Гн = 100 Гц, Ь 1 = 1000 Гц,Тогда измеритель, в соответствии сформулой (9), выдает значение ЕЙл= .551000 Гц, т,е. максимальное значениедевиации .частоты, При этом погрешность измерения пикового значения певиации частоты составит 07,. Следовательно, предлагаемый измеритель существенно повышает точность измеренияпикового значения девиации частоты,Формула изобретения Измеритель девиации частоты, содержащий последовательно соединенные Формирователь, первый вход которого явлется входом устройства, элемент совпадения, первый счетчик и первый блоксравнения кодов, последовательно соединенные второй блок сравнения кодов,регистр, блок деления и блок индикации, а также блок управления и генератор опорной частоты, выход которогоподключен к второму входу элементасовпадения, причем первый и второйвходы блока управления подключены,соответственно, к первому и второмувходам элемента совпадения, а первый,второй и третий выходы блока управления соединены соответственно с входами сброса первого счетчика, блокаделения и вторым входом блока индикации, первый и второй входы второгоблока сравнения кодов подключены соответственно к второму входу и выходу регистра, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точностиизмерения, в него дополнительно введены линия задержки, последовательновключенные первый триггер, первыйключ и второй счетчик, выход которогосоединен с вторым входом регистра, атакже последовательно включенные второй триггер, второй ключ и третийсчетчик, выход которого объединенс вторыми входами первого блока сравнения кодов и блока деления, причемвходы сброса регистра, первого и второго счетчиков объединены с К-входомпервого триггера, счетный вход которого подключен к выходу первого блокасравнения кодов и счетному входу второго триггера, второй выход блокауправления объединен с входом сбросатретьего счетчика и Б-входом второготриггера, Р-вход которого подключенк четвертому выходу блока управления,второй вход второго ключа соединен свходом первого счетчика, а выход -с вторым входом первого ключа, входи выход линии задержки подключены соответственно к первому и второму входам формирователя,1711083 едактор З.,Панко липен 37 Тираж ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Иосква, Ж, Раушская наб д, 4/5 Зака ский комбинат "Патент", г. ужгород, ул. Гагарина, 10 роизводственно-из Составител Техред И,М И, Вешкурцевгентал Коррек