Устройство для автоматического измерения глубины амплитудной модуляции

(22) Заявлено 220179 (21) 271649426-21 (51) М. Кл. С 01 й 29/06 с присоединением заявки Нов Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Ю. Ф. Чубаров, В. Ю. Гурьев, М. А. Леднев, В. А. Шабанов и Г. И, Токарева Куйбышевский политехнический институт им. В. В. Куйбышева(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ ГЛУБИНЫ АМПЛИТУДНОЙ МОДУЛЯЦИИИзобретение относится к радиоэлектронике и измерительной технике ипредназначено для автоматического измерения глубины модуляции синусоидальных и импульсных амплитудно-модулированных сигналов.Известно устройство, позволяющее измерить глубину амплитудной модуляции, содержащее последовательно соединенные аттенюатор, усилитель высо кой частоты (УВЧ), детектор, фильтр низкой частоты (ФНЧ) и вычислительный блок с индикатором, причем выход детектора подключен ко второму входу вычислительного блока через последо вательно соединенные логарифмическое звено и дифференцирующий усилитель.В этом устройстве при помощи детектора синусоидальный амплитудно- модулированный сигнал преобразуется 20 в амплитудно-модулированную последовательность синусоидальных однополярных импульсов, и при помощи фильтра нижних частот производится выделение низкочастотной части спектра им пульсной последовательности . В результате на выходе Фильтра действует пульсирующее напряжение, постоянная составляющая которого пропорциональна амплитуде несущей частоты, а ампли 2туда переменной составляющей пропорциональна амплитуде огибающей модулированного колебания (11,Недостатком этого устройства является узкий рабочий диапазон частот огибающей входного амплитудно-модулированного сигнала . Точность устройства снижается при широком спектре частот огибающей и при спектре огибающей, сосредоточенном в области частот, близких к частоте 0,5 Г а (где Г - частота несущей). Это обуслов- Олено тем, что в этих случаях низкочастотная составляющая спектра и составляющая спектра нижней боковой полосы при первой гармонике выходного сигнала детектора начинают перекрываться, и для разделения этих составляющих спектра требуется фильтр низкой частоты с малой протяженностью ската амплитудно-частотной характеристики при малых пульсациях в полосе прозрачности.Построение фильтра с требуемыми параметрами характеристики для обеспечения достаточной точности измерения глубины амплитудной модуляции наталкивается на значительные теоретические и практические трудности и в результате приводит к значительнымаппаратурным затратам и сложностинастройки устройства.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяустройство для измерения глубины модуляции импульсного сигнала, Оно позволяет производить автоматическоеизмерение глубины амплитудной модуляции видеоимпульсов при любом периодическом законе модуляции. Устройствосодержит входной блок, ко входу которого подключены первый вход блока 0коммутируемых пиковых детекторов ипоследовательно соединенные счетчикис дешифратором, выход дешифраторасоединен со вторым входом блока коммутируемых пиковых детекторов, выход 15которого связан с последовательно соединенными схемой сравнения и индикатором. Блок автоматической регулировки усиления включен между выходомсхемы сравнения и входом входного ;щблока.В этом устройстве при помсщи лпиковых детекторов пиковые значенияамплитуд и импульсов входной амплитудно-модулированной последовательности преобразуются в величины постоянных напряжений и схемой сравнения определяется наименьшее Ол инаибольшее Оша значения амплитудвидеоимпульсов, т .е,. определяетсянаименьшее и наибольшее значения оги- З 0бающей входного сигнала 2 .Недостатком этого устройства является низкая точность, которая ещеболее снижается при уменьшении дли".тельности импульсов входного сигнала, т .е. при широком спектре входнойамплитудно-импульсной последовательностиЭто обусловлено тем, что требования точности и быстродействия,предъявляемые к пиковым детекторам 40являются противоречивыми .,Диодныйпиковый детектор имеет высокое быстродействие, но небольшую точность прималой. амплитуде входных импульсов,Пиковый детектор с усилителем в цепи обратной связи имеет большую точность, но при этом снижается быстродействие,Другой причиной снижения точностиявляется различие в параметрах каналов, т,е. разница коэффициентов передачи и смещений. нуля пиковых детек, торов.Дополнительную погрешность в процессе измерения вносят шумы коммута.-.ции при переключении входов детекторов в блоке коммутйруемых пиковыхдетекторов.Вторым недостатком является зна чительное возрастание сложности устройства, т.е. увеличение аппаратурных затрат, при измерении глубины модуляции сИгнала, период огибающейкоторого Т значительно больше периода ь несущей. Это обусловлено тем, что для обеспечения нормальной работы устройства число пиковых детекторов должно быть не менее и) Т/. Таким образом, при увеличении Т или уменьшении г число детекторов и должно быть прямо пропорционально увеличено, а это приводит к значительным аппаратурным затратам.Цель изобретения - упрощение устройства, увеличение точности и расширение диапазона рабочих частот иэмеряеыях сигналов.Поставленная цель достигается тем,что в устройство для автоматического измерения глубины амплитудной модуля-. ции.импульсных и синусоидальных процессов, содержащее счетчик и индикатор, введены компаратор напряжений, управляемый источник эталонного напряжения, автомат управления эталонным напряжением, компаратор кодов,шифратор, формирователь, второй счетчик, селектор кодов, блок памяти, вычислительный блок, блок управления и два логических ключа, причем первый вход компаратора напряжений объединен со входом формирователя и соединен со входом устройства, второй вход компаратора напряжений соединен с выходом источника управляемогоэталонного напряжения, входы которого соединены с разрядными выходами автомата управления эталонным напряжением, с первым входом вычислительного блока и входом блока памяти,выход компаратора напряжений через первый логический ключ соединен сосчетным входом первого счетчика, разрядные выходы которого соединены с первой группой входов компараторакодов, вторая группа входов которогосоединена с выходами шифратора, а выход с информационным входом автомата управления эталонным напряжением, выход формирователя через второй логический ключ соединен со счетным входом второго счетчика, выходы которого соединены со входами селектора кодов, а выход последнего соединен со вторым входом блока управления, второй вход вычислительногоблока соединен с выходом блока памяти,а выход вычислительного блока с входом индикатора, выход автомата управления эталонным напряжением соединенс третьим входом блока управления, а управляющие входы логических ключей, входы сброса счетчиков, вход шифратора, вход сброса и тактовый вход автомата управления эталонным напряжением, вход управления вычислительным блоком и вход управления блоком памяти соединены с соответствующими выходами блока управления, первый вход которого соединен с цепью пуска устройства.На фиг. 1 йриведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 -временные диаграммы, поясняющие работу устройства.счетчика 8, разрядные выходы которогосоединены со входами селектора 9 кодов,Выход 19 селектора 9, в качествекбтброго может быть использован, например, неполный дешифратор, соединен со вторым входом блока 15 управления.Первый вход вычислительного блока11, в качестве которого может бытьиспользован, например, микропроцессор,и вход блока 10 памяти, в качестве которого может быть использован регистр триггеров, соединены со входами управления источника 2 эталонбО Устройство содержит компаратор 1напряжений, источник 2 управляемого эталонного напряжения, автомат 3 управления эталонным напряженйем, первый счетчик 4 импульсов, компаратор 5 кодов, шифратор 6, формирователь 7, второй счетчик 8, селектор 9 ко 5 дов, блок 10 памяти, вычислительный блок 11, индикатор 12, логические ключи 13 и 14, и блок 15 управления .Первый вход компаратора 1 напряжений и вход формирователя 7 соеди- о иены с источником исследуемого" сйг"нала, Второй вход компаратора напряжений соединен с выходом управляемого источника 2 эталонного напряжения-, в качестве которого может быть 5 использован, например, преобразователь код-напряжение. Управление величиной эталонного напряжения производится автоматом 3, в качестве которого может быть использован, на 2 О пример, автомат поразрядного кодирования, реализующий алгоритм последовательного приближения.Выход компаратора 1 напряжений через логический ключ 13 соединен со счетным входом счетчика 4 импульсов разрядные выходы которого соединены с первой группой входов компаратора 5 кодов. Вторая группа входов компаратбра кодов соединена с выходами шифратора б, а его выход с информационным входом автомата 3.При помощи компаратора кодов производится сравнение кода числа М 4, хранящегося в счетчике 4, с выходным кодом М шифратора б . На выходе компаратора кодов появляется сигнал в том случае, если число Мв счетчике 4 больше или равно числовому эквиваленту М кода шифратора, т .е .при М 1М . В противном случае, при 40 М.1 с М, сигнал, отсутствует.При помощи шифратора возможно Формирование двух разных кодов в зави- симости от того присутствует или-от- сутствует на его входе сигнал 18. 4С выхода Формирователя 7, в качестве которого могут быть использованы, например, усилитель-ограничитель, триггер Шмидта или любой детектор нуля, входной сигнал подается через логический ключ 14 на счетный вход ного напряжения. Выход блока 10 памяти соединен со вторым входом вычислительного блока, а выход последнегосоедйнен с индикатором 12,Первый вход блока 15 управлениясоединен с цепью пуска всего устройства, третий вход с выходом 22 автомата 3.Цепь 17 сброса счетчиков, 16 включения счетчиков, вход 18 шифратора,цепь 21 сброса и 20 тактирования ав-.томата 3, цепь 23 управления блокомпамяти и цепь 24 запуска вычислительного блока соединены со входами блока 15 управления, в качестве которого используетсямикропрограммнййавтомат.При измерении глубины амплитудноймодуляции устройством производитсяавтоматическое измерение наименьшего значения огибающей О, амплитудтц ино-модулированного сигнала, его наибольшего значения Ок, х и вычислениекоэффициента модуляции согласно выражению)пах а 1 пМОщдх+Опп Измерение глубины модуляции синусоидального сигнала и глубины модуляции последовательности видеоимпульсов производится аналогично .Рассмотрим работу устройства на примере измерения глубины амплитудно- .импульсной модуляции .Входной амплитудно-модулированный сигнал х(с) (фиг .2 а) подается на вход компаратора 1 напряжений, при помощи которого входные импульсы сравниваются по амплитуде с постоянным напряжением О источника 2 эталонного напряжения. На выходе компаратора появляется импульс только в том случае, если амплитуда входного импульса пре+ вышает эталонное напряжение О. Число импульсов, превысивших порог О, подсчитывается счетчиком 4.При измерении О,щп устройством производится автоматический подбор такого наибольшего значения эталонного напряжения О.1, при котором все импульсы входного амплитудно-модулированного сигнала, появившегося за некоторый промежуток времени ТЬ Т по амплитуде будут больше О.1, т.е. число срабатываний М компаратора 1 напряжений будет равно п=ТО/С.ЭтО эна чение эталонного напряжения 0,1 будет равно Пщ,п,а числовой эквивалент кода М ;и на входе преобразователя 2 код-найряжение будет пропорционален ЛалпАналогично при измерении О щах подбирается такое наибольшее значение эталонного напряжения О , при котором эа время То из всех п появившихся импульсов входного .сигнала хотя бы один будет больше по амплитуде7 781714 8напряжения О, т,е. компаратбр сра- : срабатывания компаратора 1 и в заботает не менее одного раза. висимости от результата сравненияИнтервал времени То задается време- числа срабатываний компаратора с чис нем"заполнения и импульсами входной лом о эталонное напряжение либо уве"амплитудйо:модулированной последо- лйчивается на (1/8)ЕО, либо умеиьвательности счетчика 8, поступающей шается на ту же величину.на его счетнйй вход после ограниче- . ф Диаграмма а (Фиг.2) поясняетния и нормализации по амплитуде Фор- процесс последовательного приближемирователем 7. .: . ния величины 0 к величине Оп . ВПодбор .эталойных напряжений Ои конце последнего е-го такта эталон 02 осуществляется занесколько так-" " ное напряженйе становится равнымтов длительностью То. Пря этом управ Е Опи с абсолютной точностью (1/2 )Е,ление величиной эталонного напряже- . автоматам Формируется сигнал 22 оконния О производится автоматом 3, ре- чания подбора эталонного напряженияализующималгоритм последовательного , и по команде 23 блока управления кодприближения. ,. , : .,Йп.;, действующий на управляющем вхоУправление всем устройством в це де йсточника 2 эталонного напряжениялом "производится блоком 15 упрайле- переписывается в блок 10 памяти.ния, которым в течение каждого такта Измерение 0 щ т.е. подбор этаформируются сдвинутые во временй сиг-., лонного напряжения О, равного 0налы 17 сброса счетчиков 4 и 8(фиг.2 д) производятся таким же образом как и16 включениЯ счетчиков (Фиг.2 е) и 26 пРи измеРении Опи. ПРи этом на пРосигналы 20 опроса компаратора кодов тяжении всех тактов шифратором б5 (фиг.2 ж). по сигналу 18 формируется код числаВ момент времени сподачи на уст- "1", с которым сравнивается в концеройство команды пуск (фиг.2 г)"блоком " "ка)Кцоготакта число срабатываний И,управления формируются сигйалц, уп-компаратора 1. Если число срабатыва" .равляющие процессом измерения вели- йий И1, то, согласно алгоритму почины Оп 1 и . По сигналу 18 шифратором сленовательного приближения, эталонб формйруется код числа п=Т/1 на ное напряжение в конце такта увелипротяжении всех тактов измерения чивается, если Ис 1, т.е. И= О, тоОщ. По сигналу 21 автомат 3"устанав- напряжение уменьшается. В результателивается в исходное состояние, в ре- З на последнем в-ом такте эталонное" зультате на выходе преобразователя напряжение становится равным Опс2 код-напряжение устанавливается на- точностью (1/2 )Е, т.е. устанавФпряжение О, равное полонине рабочего ливается максимальное эталонное надиапазона эталонного напряжения О,БЕ пряжение, при котором за время по(Фиг.2 а). ЗЗ явления и импульсов входного сигналаВ начале первого такта сигналом произойдет ие менее одного срабатыва 17 (фиг.2 д) счетчики 4 и 8 сбрасыва- нйя компаратора 1.ются в нулевое состояние, после чего Код числа И, пропорциональногопо сигналу 1 б (Фиг.2 е) ключи 13 и 14 Ош, поступает на первый вход выоткрываются и счетчик 4 йачинает под Ц числительного блока 11, на второйсчитывать импульсы срабатываний вход которого поступает код числа. 8 начинают поступать нормализованные 24 блока управления вычислительцым".по амплитуде импульсы входного сиг- блоком. производится вычисление коэф-.нала (фиг,2 б). -- в4 фициента амплитудной модуляции соВ момент прихода л-го импульса Ю гласно выражению (1) и вывод инфорсчетчик 8 на выходе селектора 9 кодов мации об измеренной величине иа инпоявляется сигнал 19, постуйающий на дикатор 12,блокуправления, В результате бло- увеличение точности в предлагае-;ком управления ключи 13 и 14 закрыва- мам устройстве достигается тем, чтоются и формируется сигнал 20. (Фиг.2 ж) сравнение и импульсов входной ампли"опроса компаратора 5 кодов -во "время тудно-модулированной последовательдействия которого автоматом 3"воспри- ности производится последовательнонимается сигнал (Фиг.2 з) результата в одном канале при помощи компараторасравнения числа срабатываний компара- Э. напряжений, включенного в цепь аиа. тора 1 за время Тд с числом и. Если . лого-циФровой отрицательной обратнойИ.; ь, то эталонное напряжейие О на связи, эамвкающейся черезисточникследующем такте увеличивается автома-. 2 эталонного напряжения и логичестом З.на величину (1/4)Е . Если Йсо, кие блоки. Этому также способствует= то уменьшается йа ту же величину тот Факт, что в процессе измерения .(Фиг .2 а) .Щ в схеме не производится никаких переПосле этого, - йа следующем такте, ключений наиболее ответственных аиавсе процессы повторяются, т.е. в мо логовых Функциональных узлов.мент временифиг,2 д) ФормируетсяВ известном устройстве Производит-,сигнал сброса счетчиков 4 и 8, даль ся Предварительная обработка входноше производится подсчет"импульсов 65 го сигнала, т,е. производится пренего соединен со вторым входом блокауправления, второй вход вычислительного блока соединен с выходом блокапамяти, а выход вычислительного блока с входом индикатора, выход автомата управления эталонным напряжением 45 соединен с третьим входом блока управ 50 55 образование пиковых значений амплитуд импульсов в постоянное напряжение при помощи и отдельных пиковых детекторов, имеющих всегда различие в коэффициентах передачи и смещениях нуля.В известном устройстве осуществле-. ние коррекции индивидуальных погрешностей каналов приводит к большим затратам времени, и средств. Коррекцию погрешностей в предлагаемом устройстве, имеющем один канал обработки, можно произвести с меньшими затратами.Увеличение диапазона рабочих частот входных сигналов с одновременным увеличением точности достигается тем, что в предлагаемом устройстве применены интегральные компараторы напряженИй, имеющие скорость отклика намного большую, чем скорость отклика пиковых детекторов.Устранение врзврастания сложности устройства, т.е. возрастания аппаратурных затрат, при использовании устройства для измерения глубины амплитудной модуляции сигналов с медленно меняющейся огибающей и быстро меняющейся несущей обусловлено тем, что в предлагаемом устройстве время анализа входного сигнала Тб, которое должно быть менее длительности периода модуляции Тд (т.е. ТоТм), определяется разрядностью счетчйков 4 и 8 шифратора б. Причем максимальное время анализа Тс,при использовании, например, двоичйых счетчиков свяэано с их емкостью Кс 4 и разрядностью щ следующими зависимостямио щах "("с)-" ( -1) у где Ф - период несущей.При заданном значении Тчисло разрядов счетчиков и шифратора определяется выражениеми = 80(Т,/(,ф 1)В известном устройстве заданное время анализа ТОВ Тобеспечивается определенным числом пиковых детекторов. Причем число пиковых детекторов определяется (см.2) отношением о=ТО/,Отсюда видно, что увеличение времени анализа, например, в 2 раза в предлагаемом устройстве обеспечиваетсядобавлением в счетчики и дешифратор по одному разряду. В известном устройстве при этом потребовалось бы увеличить число пиковых детекторов в 2 раза.Снижение аппаратурных затрат обусловлено и тем, что счетчики импульсов легко реализуются в виде больших интегральных схем, а пиковые детекторы и необходимые для их изготовле 5 1 О 15 Ю 25 30 35 ния высокодобротные конденсаторы трудно выполнимы в виде интегральных схем,Формула изобретенияУстройство для автоматического измерения глубины амплитудной модуляции, содержащее счетчик и индикатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения точности измерения, расширения диапазона рабочих частот измеряемых сигналов, внего введены компаратор напряжейий, управляемый источник эталонного напряжения, автомат управления эталонным напряжением, компаратор кодов, шифратор, формирователь, второй счетчик, селектор кодов, блок памяти, вычислительный блок, блок управления и два логических ключа, причем первый вход компаратора напряжений объединен со входом формирователя и соединен со входом устройства, второй вход компаратора напряжений соединен с выходом источника управляемого эталонного напряжения, входы которого соединены с разрядными выходами автомата управления эталонным напряжением, с первым входом вычислительного блока и входом блока памяти, выход компаратора напряжений через первый логический ключ соединен со счетным входом первого счетчика, разрядные выходы которого соединены с первой группой входов компаратора кодов, вторая группа входов которого соединена с выходами шифратора, а выход с информационным входом автомата управления эталонным напряжением, выход формирователя через второй логический ключ соединен со счетным входом второго счетчика, выходы которого соединены со входами селектора кодов, а выход последлений; а управляющие-входылогических ключей, входы сброса счетчиков, входшифратора, вход сброса и тактовыйвход автомата управления эталоннымнапряжением, вход управления вычислительным блоком и вход управленияблоком памяти соединены с выходами блока управления, первый вход которого соединен с цепью пуска устрой-ства. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 9347694, кл. 0 О В 29/06, 1974. 2. Авторское свидетельство СССР 9523367, кл. 6 О й 29/06, 1975,781714 из Тд оставитель В. Дехред М.Кузьма Корректор В. Синицк тор Е. Шишкин Эа 8122/49 ППП фПатент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Ф ИвахИР,5 Ео Тираж НИИПИ Госуда по делам изо 035, Москва, 019твенногетений-35, Ра Подписноеомитета СССРткрытийкая наб., д. 4