IT9067580A1 - SPACE SAMPLE INSTANT NUMERICAL FREQUENCY METER - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: DESCRIPTION of the industrial invention entitled:
''FREQUENZIMETRO NUMERICO ISTANTANEO A CAMPIONAMENTO SPAZIALE" '' INSTANTANEOUS SPACE SAMPLING NUMERICAL FREQUENCY METER "
La presente invenzione riguarda un frequenzimetro che opera a partire da una misura di frequenza spaziale di un inviluppo di regime di onde stazionarie generato dal segnale la cui frequenza dev'essere misurata in una linea di trasmissione cortocircuitata. The present invention relates to a frequency meter which operates starting from a spatial frequency measurement of a steady wave envelope generated by the signal whose frequency is to be measured in a short-circuited transmission line.
In questo genere di frequenzimetro la misura di frequenza viene effettuate mediante analisi spettrale ricercando il massimo significativo della trasformata di Fourier dell'inviluppo del regime di onde stazionarie rivelato per mezzo di un insieme di diodi ripartiti lungo la linea di trasmissione. Poiché in pratica si dispone solo di una trasformata discreta di Fourier con un numero limitato di punti, questa misura viene effettuata mediante una determinazione del punto di trasformata discreta di Fourier che corrisponde al massimo modulo e mediante un'interpolazione intorno a questa punto. In this kind of frequency meter the frequency measurement is carried out by means of spectral analysis searching for the maximum significant of the Fourier transform of the envelope of the standing wave regime detected by means of a set of diodes distributed along the transmission line. Since in practice there is only a discrete Fourier transform with a limited number of points, this measurement is carried out by determining the discrete Fourier transform point corresponding to the maximum modulus and by interpolating around this point.
Nello stato attuale della tecnica, l 'interpolazione si effettua con precisione solo sotto forma digitale, ciò che obbliga a trasformare in forma digitale i .punti della trasformata discreta di Fourier o eventualmente le tensioni rivelate lungo la linea di trasmissione, l'analisi spettrale essendo effettuata,allora ugualmente sotto forma digitale. In the current state of the art, interpolation is carried out with precision only in digital form, which obliges to transform into digital form the points of the discrete Fourier transform or possibly the voltages detected along the transmission line, the spectral analysis being carried out, then equally in digital form.
La presente invenzione ha lo scopo di evitare questa trasformazione sotto forma digitale ed ha lo scopo di ottenere un frequenzimetro semplice da realizzare che richiede solo poco materiale. The present invention has the purpose of avoiding this transformation in digital form and has the purpose of obtaining a frequency meter which is simple to make and which requires only little material.
Essa ha per oggetto un frequenzimetro digitale istantaneo a campionamento spaziale che comprende: It has as its object an instantaneous digital frequency meter with spatial sampling which includes:
- una linea di trasmissione che è cortocircuitata all'uscita e che riceve all'entrata un segnale di frequenza incognito da misurare, il suddetto segnale generando nella linea di trasmissione un regime di onde stazionarie, - a transmission line which is short-circuited at the output and which receives at the input an unknown frequency signal to be measured, the aforementioned signal generating in the transmission line a steady wave regime,
- dei rivelatori ripartiti lungo la linea di trasmische - of the detectors distributed along the transmission line
sione, campionano l'ampiezza dell'inviluppo del regime di onde stazionarie instaurato all'interno della linea di trasmissione , sion, sample the amplitude of the envelope of the standing wave regime established within the transmission line,
- dei primi mezzi di discriminazione di frequenza spaziale in numero uguale a m, in essendo un numero intero superiore ad uno, che hanno le loro entrate collegate in parallelo alle uscite dei rivelatori e le cui risposte di frequenza sono periodiche con delle bande alternativamente passanti interdette, separate da transizioni che sono regolarmente ripartite nella banda di frequenza totale del frequenzimetro e il cui numero raddoppia quando si passa da un primo mezzo di discriminazione di frequenza spaziale ad un altro, detto numero partendo da una transizione unica in vicinanza della metà della banda di frequenza totale del frequenzimetro, per un primo mezzo di discrimazione di frequenza spaziale, per raggiunger in un altro 2 <ml >transizioni, - of the first spatial frequency discrimination means in a number equal to m, in being an integer greater than one, which have their inputs connected in parallel to the outputs of the detectors and whose frequency responses are periodic with alternately banned pass bands, separated by transitions that are regularly distributed in the total frequency band of the frequency meter and whose number doubles when passing from one first spatial frequency discrimination medium to another, called number starting from a single transition in the vicinity of half of the frequency band total frequency meter, for a first means of spatial frequency discrimination, to reach in another 2 <ml> transitions,
- dei secondi mezzi di discriminazione di frequenza spaziale in numero uguale a m, che hanno le loro entrate collegate in parallelo alle uscite dei rivelatori e la cui risposte in frequenza sono complementari con quelle dei primi mezzi di discriminazione di frequenza spaziale, e - second spatial frequency discrimination means in a number equal to m, which have their inputs connected in parallel to the detector outputs and whose frequency responses are complementary with those of the first spatial frequency discrimination means, and
- un gruppo di ni comparatori che confrontano ciascuno i segnali di uscita di un mezzo di discriminazione di frequenza spaziale con quello del secondo mezzo di distriminazione di frequenza spaziale, la cui risposta in frequenza è complementare con la sua, e che riuniscono insieme una parola di m bit caratteristica della frequenza da misurare. - a group of n comparators which each compare the output signals of a spatial frequency discrimination medium with that of the second spatial frequency discrimination medium, whose frequency response is complementary to its own, and which gather together a word of m bit characteristic of the frequency to be measured.
Secondo una variante di attuazione, i secondi mezzi di discriminazione di frequenza spaziale a r imposte in frequenza complementari con quelle dei primi mezzi di discriminazione di frequenza spaziale sono sostituiti da un unico secondo mezzo di discriminazione di frequenza spaziale con risposta in frequenza di tipo passa-tutto con un livello di segnale di uscita che corrisponde al livello medio delle uscite dei primi mezzi di discriminazione di frequenza spaziale, gli in comparatori confrontando ciascuno il segnale di uscita di un primo mezzo di discriminazione di frequenza spaziale con quello del secondo mezzo di discriminazione di frequenza spaziale. According to a variant embodiment, the second spatial frequency discrimination means set in frequency complementary to those of the first spatial frequency discrimination means are replaced by a single second spatial frequency discrimination means with an all-pass frequency response. with an output signal level corresponding to the average level of the outputs of the first spatial frequency discrimination means, the comparators each comparing the output signal of a first spatial frequency discrimination means with that of the second frequency discrimination means space.
Altre caratteristiche e vantaggi dell'invenzione appariranno dalla descrizione di più forme di attuazione fornite a titolo di esempio. Questa descrizione sarà fatta con riferimento al disegno nel quale: Other features and advantages of the invention will appear from the description of several embodiments given by way of example. This description will be made with reference to the drawing in which:
- una figura 1 rappresenta uno schema sinottico di un frequenzimetro secondo l'invenzione, - figure 1 represents a synoptic diagram of a frequency meter according to the invention,
- una figura 2 illustra un diagramma di curve che rappresentano le risposte in frequenza di discriminatori di frequenza spaziale utilizzati nel frequenzimetro secondo l 'invenzione, Figure 2 illustrates a diagram of curves representing the frequency responses of spatial frequency discriminators used in the frequency meter according to the invention,
- una figura 3 illustra uno schema di principio di realizzazione d'un frequenzimetro secondo l'invenzione, - Figure 3 illustrates a basic diagram for the realization of a frequency meter according to the invention,
- una figura 4 mostra un diagramma di curve che illustrano le risposte in frequenza ottenute all'uscita degli amplificatori differenziali che compaiono nello schema di principio di realizzazione della figura 3, - Figure 4 shows a diagram of curves illustrating the frequency responses obtained at the output of the differential amplifiers which appear in the basic construction diagram of Figure 3,
- una figura 5 illustra uno schema pratico di realizzazione di un frequenzimetro secondo l'invenzione, - figure 5 illustrates a practical scheme of realization of a frequency meter according to the invention,
- una figura 6 illustra uno schema pratico semplificato di realizzazione di un frequenzimetro secondo l'invenzione, e - figure 6 illustrates a simplified practical scheme of realization of a frequency meter according to the invention, e
- una figura 7 rappresenta una variante che consiste nel mettere in cascata due circuiti di frequenzimetro illustrati nelle figure precedenti. Figure 7 represents a variant which consists in cascading two frequency meter circuits illustrated in the previous figures.
Si distingue nella figura 1 una linea di trasmissione 1 con un'estremità 2 corto-circuitata e una estremità 3 che riceve un segnale sen wt la cui frequenza deve essere misurata. Questa linea di trasmissione 1 è la sede di un regime di onde stazionarie che presentano una frequenza spaziale Fs legata alla frequenza f del segnale incidente dalla relazione: In Figure 1 a transmission line 1 can be distinguished with a short-circuited end 2 and an end 3 which receives a signal sen wt whose frequency is to be measured. This transmission line 1 is the seat of a stationary wave regime which has a spatial frequency Fs linked to the frequency f of the incident signal by the relation:
(1) (1)
c essendo la velocità di propagazione delle onde nella linea di trasmissione. N rivelacori quadratici, rappresentati ciascuno da un diodo 11 rispettivamente 12, 13, 14, 15, 16, seguito da un filtro passa-basso 21, rispettivamente 22, 23, 24, 25, 26 sono collegati all'entrata delle prese regolarmente distanziate lungo la linea di trasmissione 1. il passo di distanziamento di queste prese corrisponde, per soddisfare al teorema di campionamento, alla metà del periodo spaziale minimo degli inviluppa di onde stazionarie suscettibili di svilupparsi sulla linea di trasmissione 1 in presenza di un segnale da misurare che ha la frequenza massima ammissibile da parte del frequenzimetro. La conoscenza della distanza dal corto-circuito al rivelatore quadratico più vicino permette di beneficiare dell'effetto specchio provocato dal corto-circuito e di simulare una linea di trasmissione a campionamento spaziale con lunghezza doppia che riceve alle due estremità il segnale la cui frequenza deve essere misurata. c being the speed of propagation of the waves in the transmission line. N quadratic detectors, each represented by a diode 11 respectively 12, 13, 14, 15, 16, followed by a low-pass filter 21, respectively 22, 23, 24, 25, 26 are connected to the input of the sockets regularly spaced along the transmission line 1. the spacing step of these taps corresponds, to satisfy the sampling theorem, to half of the minimum spatial period of the envelopes of standing waves likely to develop on the transmission line 1 in the presence of a signal to be measured which has the maximum frequency admissible by the frequency meter. The knowledge of the distance from the short-circuit to the nearest quadratic detector allows to benefit from the mirror effect caused by the short-circuit and to simulate a spatially sampled transmission line with double length which receives at both ends the signal whose frequency must be measured.
Le N uscite dei rivelatori quadratici sono collegate agli N conduttori di un bus 4 collegati alle entrate di due banchi di m discriminatori di frequenza spaziale 31, 32, 33 e 41, 42, 43. Il primo banco di discriminatori di frequenza spaziale 31, 32, 33 è costituito da in discriminatori di frequenza spaziale che hanno delle risposte in frequenze periodiche con le bande alternativamente passanti e interdette, separate da transizioni che sono regolarmente ripartite nella banda di frequenza totale del frequenzimetro e il cui numero raddoppia da un discriminatore di frequenza spaziale all'altro partendo, in un discriminatore di frequenza spaziale 31( da una sola transizione situata in vicinanza della metà della banda di frequenza totale del frequenzimetro, per raggiungere al limite, in un altro discriminatore di frequenza spaziale 33, 2<m >transizioni e passando per tutti gli stadi intermedi di 2 , 2 ... 2 <m >transizioni. Il secondo banco di m discriminatori di frequenza spaziale 4i, 42, 43 è costituito da discriminatori di frequenza spaziale che hanno delle risposte in frequenza complementari d quelle dei discriminatori di frequenza spaziale 31, 32, 33 del pirmo banco. Le uscite di ciascuna coppia di discriminatori di frequenza spaziale 31, 41 rispettivamente 32, 42 et 33, 43 del primo e del secondo banco con risposte in frequenza complementare , sono collegate alle entrate di un comparatore 51, rispettivamente 52, 53 che genera all'.uscita un segnale binario in uno stato o in un altro a second ache la frequenza del segnale da misurare è situata nella banda passante o nella banda interdetta del discriminatore di frequenza spaziale che appartiene nella coppia considerata al primo banco. Le uscite dei comparatori 51, 52, 53 forniscono una parola di m bit che è caratteristica della posizione relativa della frequenza da misurare all'interno della banda di frequenza totale del frequenzimetro e che viene applicata ad un codificatore 60 che assicura una trans codifica di questa parola di m bit in codice binario naturale. The N outputs of the quadratic detectors are connected to the N conductors of a bus 4 connected to the inputs of two banks of spatial frequency discriminators 31, 32, 33 and 41, 42, 43. The first bank of spatial frequency discriminators 31, 32 , 33 is made up of in spatial frequency discriminators that have responses in periodic frequencies with alternately passing and blocked bands, separated by transitions that are regularly distributed in the total frequency band of the frequency meter and whose number doubles by a spatial frequency discriminator to the other starting, in a spatial frequency discriminator 31 (from a single transition located in the vicinity of half of the total frequency band of the frequency meter, to reach at the limit, in another spatial frequency discriminator 33, 2 <m> transitions and passing through all the intermediate stages of 2, 2 ... 2 <m> transitions. The second bank of m spatial frequency discriminators 4i, 42, 4 3 consists of spatial frequency discriminators which have frequency responses complementary to those of the spatial frequency discriminators 31, 32, 33 of the first bank. The outputs of each pair of spatial frequency discriminators 31, 41 respectively 32, 42 and 33, 43 of the first and second bank with complementary frequency responses, are connected to the inputs of a comparator 51, respectively 52, 53 which generates the output a binary signal in one state or another according to whether the frequency of the signal to be measured is located in the pass band or in the interdicted band of the spatial frequency discriminator belonging to the pair considered to the first bank. The outputs of the comparators 51, 52, 53 provide a word of m bits which is characteristic of the relative position of the frequency to be measured within the total frequency band of the frequency meter and which is applied to an encoder 60 which ensures a trans-coding of this frequency. m-bit word in natural binary code.
La figura 2 è un diagramma di curve che illustrano le risposte in frequenza del primo e del secondo banco di discriminatori di frequenza spaziale tracciata in funzione della frequenza temporale del segnale applicato alla linea di trasmissione 1 che si ricava dalla frequenza spaziale del regime di onde stazionarie, instaurato sulla linea di trasmissione 1, tramite la relazione lineare (1), Figure 2 is a diagram of curves illustrating the frequency responses of the first and second banks of spatial frequency discriminators plotted as a function of the temporal frequency of the signal applied to the transmission line 1 which is obtained from the spatial frequency of the standing wave regime , established on transmission line 1, through the linear relationship (1),
La curva corrisponde alla risposta in frequenza del discriminatore di frequenza spaziale 31 del primo banco. Questa presenta una sola transizione in vicinanza del centro della banda di frequenza totale del frequenzimetro, che separa una banda interdetta che occupa la regione delle basse frequenza da una banda passante che occupa la regione delle alte frequenze. The curve corresponds to the frequency response of the spatial frequency discriminator 31 of the first bank. This has a single transition in the vicinity of the center of the total frequency band of the frequency meter, which separates a blank band occupying the low frequency region from a pass band occupying the high frequency region.
La curva V corrisponde alla risposta in frequenza del discriminatore di frequenza spaziale 41 del secondo banco. Questa ha una forma complementare alla curva V1. Essa presenta una sola transizione in vicinanza del centro della banda di frequenza totale del frequenzimetro che separa una banda passante che occupa la regione delle basse frequenze da una banda interdetta che occupa la regione delle alte frequenze. The curve V corresponds to the frequency response of the spatial frequency discriminator 41 of the second bank. This has a complementary shape to the V1 curve. It has a single transition in the vicinity of the center of the total frequency band of the frequency meter which separates a pass band occupying the low frequency region from a blank band occupying the high frequency region.
La combinazione di queste due forme di risposta in frequenza , V'1 all’entrata non invertende e a quella intervente del comparatore 51 permette di ottenere all'uscita da questo un segnale binario nello stato 0 se la frequenza del segnale da misurare è situata nella banda interdetta del discriminatore di frequenza spaziale 31 del primo banco, nella regione delle basse frequenze del frequenzimetro, o nello stato 1 se la frequenza del segnale da misurare è situata nella banda passante del discriminatore di frequenza spaziale 31 del primo banco, nella regione delle alte frequenze del frequenzimetro. The combination of these two forms of frequency response, V'1 at the input does not invert and at the intervening one of the comparator 51, allows to obtain at the output from this a binary signal in state 0 if the frequency of the signal to be measured is located in the band inhibited of the spatial frequency discriminator 31 of the first bank, in the low frequency region of the frequency meter, or in state 1 if the frequency of the signal to be measured is located in the passband of the spatial frequency discriminator 31 of the first bank, in the high frequency region of the frequency meter.
La curva corrisponde alla risposta in frequenza del discriminatore di frequenza spaziale 32 del primo banco. Questa presenta due transizioni situate in vicinanza dei centri delle regioni delle basse e alte frequenza del frequenzimetro e che delimitano una banda passante centrale circondata da due bande interdette, la larghezza della banda passante corrispondendo a quelle di due bande interdette. The curve corresponds to the frequency response of the spatial frequency discriminator 32 of the first bank. This has two transitions located near the centers of the low and high frequency regions of the frequency meter and which delimit a central pass band surrounded by two off bands, the width of the pass band corresponding to those of two off bands.
La curva V'2 corrisponde alla risposta in frequenza del discriminatore di frequenza spaziale 42 del secondo banco. Essa ha una forma complementare a quella della curva The curve V'2 corresponds to the frequency response of the spatial frequency discriminator 42 of the second bank. It has a complementary shape to that of the curve
La combinazione di queste due forme di risposta in frequenza V2, V'2 alla entrata non invertende e a quella invertende del comparatore 52 permette di ottenere all'uscita da questo un segnale binario nello stato 0 se la frequenza del segnale da misurare è situata nella banda interdetta del discriminatore di frequenza spaziale 32, nella prima metà della regione delle basse frequenze e nella seconda metà della regione delle alte frequenze del frequenzimetro, e nello stato 1 se la frequenza del segnale da misurare è situata nella banda passante del discriminatore di frequenza spaziale 32, nella seconda metà della regione delle basse frequenze o nella prima metà della regione delle alte frequenze del frequenzimetro. The combination of these two forms of frequency response V2, V'2 to the non-inverting input and to the inverting one of the comparator 52 allows to obtain at the output from this a binary signal in state 0 if the frequency of the signal to be measured is located in the band of the spatial frequency discriminator 32, in the first half of the low frequency region and in the second half of the high frequency region of the frequency meter, and in state 1 if the frequency of the signal to be measured is located in the passband of the spatial frequency discriminator 32 , in the second half of the low frequency region or in the first half of the high frequency region of the frequency meter.
Lo stato del segnale binario di uscita del comparatore 52 permette di situare la frequenza del segnale da misurare rispetto ad un'alternanza di 1+2<1 >regioni che suddividono la banda di frequenza totale del frequenzimetro. Combinato con lo stato del segnale binario di uscita del comparatore 51, esso permette di situare la frequenza del segnale da misurare rispetto a una successione di 2 regioni con la stessa larghezza che coprono la banda di frequenza totale del frequenzimetro. The state of the binary output signal of the comparator 52 makes it possible to locate the frequency of the signal to be measured with respect to an alternation of 1 + 2 <1> regions which divide the total frequency band of the frequency meter. Combined with the state of the binary output signal of the comparator 51, it allows to locate the frequency of the signal to be measured with respect to a succession of 2 regions with the same width covering the total frequency band of the frequency meter.
La curva V corrisponde alla risposta in frequenza dell’ultimo discriminatore di frequenza spaziale 33 del primo banco. Questa presenta 2 transizioni fra bande passanti e interdette, regolarmente ripartite nella banda di frequenza totale del frequenzimetro. Curve V corresponds to the frequency response of the last spatial frequency discriminator 33 of the first bank. This has 2 transitions between pass and forbidden bands, regularly distributed in the total frequency band of the frequency meter.
La curva V corrisponde alla risposta in frequenza dell'ultimo discriminatore di frequenza spaziale 43 del secondo banco. Ess«.a ha una forma complementare a quella della curva V . Curve V corresponds to the frequency response of the last spatial frequency discriminator 43 of the second bank. Ess «.a has a complementary shape to that of curve V.
La combinazione di queste due forme di risposte in frequenza all'entrata non invertende e a quella invertente del comp aratore 53 permette di ottenere all'uscita da questo un segnale binario nello stato 0, se la frequenza del segnale da misurare è situata in una banda interdetta del discriminatore di frequenza spaziale 33, o nello stato 1 se la frequenza del segnale da misurare è situata in una banda passante del discriminatore di frequenza spaziale 33, permettendo così di posizionare la frequenza del segnale da misurare rispetto ad un'alternanza di 1+2 regioni che suddividono la banda di frequenza totale del frequenzimetro. Questo segnale binario, completato dall'insieme dei segnali di uscita degli altri comparatori 51, 52, permette di determinare la frequenza del segnale da misurare posizionandola rispetto ad una successione di 2 regioni con la stessa larghezza che coprono la banda di frequenza totale del frequenzimetro e che costituiscono una specie di graduazione tanto più fine quanto è maggiore il numero m. The combination of these two forms of frequency responses to the non-inverting input and to the inverting one of the comparator 53 makes it possible to obtain at the output from this a binary signal in state 0, if the frequency of the signal to be measured is located in an interdicted band. of the spatial frequency discriminator 33, or in state 1 if the frequency of the signal to be measured is located in a pass band of the spatial frequency discriminator 33, thus allowing to position the frequency of the signal to be measured with respect to an alternation of 1 + 2 regions that divide the total frequency band of the frequency meter. This binary signal, completed by the set of output signals of the other comparators 51, 52, allows to determine the frequency of the signal to be measured by positioning it with respect to a succession of 2 regions with the same width covering the total frequency band of the frequency meter and which constitute a kind of graduation the finer the greater the number m.
La sintesi dei discriminatori di frequenza spaziale viene effettuata combinando in modo adeguato le risposte dei discriminatori di frequenza con banda stretta, regolarmente ripartiti nella banda di frequenza totale del frequenzimetro .che costituiscono i punti della trasformata discreta di Fourier calcolata a partire dalle tensioni fornite dagli N rivelatori quadratici. The synthesis of the spatial frequency discriminators is carried out by adequately combining the responses of the narrow band frequency discriminators, regularly distributed in the total frequency band of the frequency meter, which constitute the points of the discrete Fourier transform calculated starting from the voltages supplied by the N quadratic detectors.
Infatti questi punti della trasformata discreta di Fourier costituiscono uno spettro reale poiché la linea di trasmissione è corto-circuitata e poiché le tensioni rivelate sono simmetriche rispetto al corto -circuito. Essi hanno come valori: In fact these points of the discrete Fourier transform constitute a real spectrum since the transmission line is short-circuited and since the detected voltages are symmetrical with respect to the short-circuit. They have as values:
p(n) essendo la posizione normalizzata del n esimo rivelatore (e in generale 1, 2, 3... oppure 0,5-1, 5-2, 5.. . i rivelatori essendo numerati in un ordine crescente partendo da quello collegato in prossimità dell'estremità libera 3 della linea di trasmissione ed andando verso quello collegato in prossimità dell’estremità corto circuìtata 2 della linea di trasmissione, k essendo l’ordine del campione della trasformata discreta Fourier, numerato in un ordine crescente ed andando dalle basse frequenze verso le alte frequenze, e V essendo la tensione del n esimo rivelatore, p (n) being the normalized position of the nth detector (and in general 1, 2, 3 ... or 0.5-1, 5-2, 5 ... the detectors being numbered in an ascending order starting from that connected near the free end 3 of the transmission line and going towards the one connected near the short circuited end 2 of the transmission line, k being the sample order of the discrete Fourier transform, numbered in ascending order and going from low frequencies towards high frequencies, and V being the voltage of the nth detector,
Per realizzare un filtro che ha una risposta in frequenza in una determinata forma, basta ponderare i punti della trasformata discreta di Fourier con i valori presi alle ascisse di questi punti mediante la risposta in frequenza considerata X(f): To make a filter that has a frequency response in a given form, it is sufficient to weight the points of the discrete Fourier transform with the values taken at the abscissas of these points by means of the frequency response considered X (f):
Esprimendo F (k) mediante il suo valore esso diventa : Expressing F (k) by its value it becomes:
ciò che si può scrivere anche, permutando le somme: what you can also write, by permuting the sums:
Quest <1 >ultima espressione mostra che la risposta in frequenza ricercata X(f) può essere ottenuta mediante una conbinazione lineare delle tensione V rivelate ponderate con dei coefficienti C reali con valori: This last expression shows that the desired frequency response X (f) can be obtained by a linear combination of the detected voltages V weighted with real C coefficients with values:
In quanto precede non si è tenuto conto degli effetti del campionamento, che sono grandi poiché il numero N di rivelatori è generalmente piccolo, di modo che occorre in pratica ottimizzare i coefficienti di ponderazione in funzione delle prestazioni che si desiderano rendere massime. In the foregoing, the effects of sampling have not been taken into account, which are large since the number N of detectors is generally small, so that in practice it is necessary to optimize the weighting coefficients according to the performances that one wishes to maximize.
La figura 3 illustra uno schema di principio del frequenzimetro numerico nel quale ciascuna coppia di discriminatori di frequenza spaziale, collegata all'entrata di un comparatore 51', 52', 53', è realizzata per mezzo di un unico amplificatore differenziale 71, 72 o 73 che riceve sulle sue entrate le tensioni V fornite dai rivelatori, trasmesse tramite delle resistenze che materializzano dei coefficienti di ponderazione. Ciascuna resistenza rappresento un coefficiente di ponderazione C" che è positivo se essa è collegata all'entrata non invertente dell'amplificatore differenziale o negativo se essa è collegata all'entrata invertente dell'amplificatore differenziale e che corrisponde alla comma dei coefficienti di ponderazione C , C dello stesso ordine dei discriminatori della coppia considerata. Figure 3 illustrates a basic diagram of the numerical frequency meter in which each pair of spatial frequency discriminators, connected to the input of a comparator 51 ', 52', 53 ', is made by means of a single differential amplifier 71, 72 or 73 which receives on its inputs the voltages V supplied by the detectors, transmitted through resistances that materialize weighting coefficients. Each resistor represents a weighting coefficient C "which is positive if it is connected to the non-inverting input of the differential amplifier or negative if it is connected to the inverting input of the differential amplifier and which corresponds to the paragraph of the weighting coefficients C, C of the same order as the discriminators of the couple considered.
La figura 4 rappresenta le tensioni di uscita V a V degli amplificatori differenziali 71 a 73 della figura 3, che realizzano direttamente la differenza delle uscite dei discriminatori di frequenza spaziale complementari del tipo rappresentato nella figura 2. I comparatori di uscita 51' a 53’ hanno allora il loro riferimento uguale a 0 1--e funzionano allora come rivelatori di polarità. Figure 4 represents the output voltages V to V of the differential amplifiers 71 to 73 of Figure 3, which directly realize the difference of the outputs of the complementary spatial frequency discriminators of the type represented in Figure 2. The output comparators 51 'to 53' they then have their reference equal to 0 1 - and then function as polarity detectors.
La figura 5 illustra uno schema di realizzazione di frequenzimetro numero nel. quale l’amplificatore differenziale di ciascuna coppia di discriminatori è realizzato per mezzo di due stadi successivi di amplificatori operazionali invertenti 710, 711 rispettivamente 720, 721 e 730, 731, dotati ciascuno di una resistenza di contro reazione 712, 713 rispettivamente 722, 723 e 732, 733. Figure 5 illustrates an embodiment of frequency meter number in. which the differential amplifier of each pair of discriminators is realized by means of two successive stages of inverting operational amplifiers 710, 711 respectively 720, 721 and 730, 731, each equipped with a counter-reaction resistance 712, 713 respectively 722, 723 and 732, 733.
La figura 6 illustra uno schema di una realizzazione semplificata del frequenzimetro nella quale gli amplificatori differenziali delle coppie di discriminatori di frequenza spaziale hanno un primo stadio comune 700 e dei secondi stadi dist.inti 714, 715, 716. Mettendo in comune il primo stadio 700 degli amplificatori differenziali si diminuisce il numero degli amplificatori operazionali utilizzati come pure il numero delle resistenze di ponderazione. Ciò è giustificato dall'uguaglianza seguente, che riguarda la risposta in frequenza X"m(f) di una stessa coppia di discriminatori di frequenza spaziale Figure 6 illustrates a diagram of a simplified embodiment of the frequency meter in which the differential amplifiers of the pairs of spatial frequency discriminators have a common first stage 700 and distinct second stages 714, 715, 716. By sharing the first stage 700 of the differential amplifiers the number of operational amplifiers used as well as the number of weighting resistors decreases. This is justified by the following equality, which concerns the frequency response X "m (f) of the same pair of spatial frequency discriminators
Se i coefficienti Xn vengono scelti in modo tale che il termine C"m,n-Xn sia negativo qualunque sia la coppia ai aiscriminaeori di frequenza spaziale, si vede che i coefficienti di ponderazione di tutte le coppie di discriminatori di frequenza spaziale possono essere scomposti in una serie di coefficienti di ponderazione tutti negativi (C"m, n-Xn), che variano per ciascuna coppia di discriminatori di frequenza spaziale, e in una serie di coefficienti di ponderazione Xn tutti positivi, invarianti per tutte le coppie di discriminatori di frequenza,spaziale. La serie di coefficienti positivi di ponderazione Xn viene utilizzata per mezzo del primo stadio comune con amplificatore operazionale invertente 700 collegato all'entrata mediante resistenze alle differenti uscite dei rivelatori, mentre le serie di coefficienti negativi di ponderazione vengono utilizzata per mezzo dei secondi stadi singoli con amplificatori operazionali invertenti 714 , 715, 716 collegati all'entrata mediante delle resistenze all’uscita del primo stadio e dei differenti rivelatori. Questo circuito equivale in pratica ad utilizzare come secondo discriminatore di ciascuna coppia un discriminatore di frequenza spaziale unico la cui risposta in frequenza è del tipo passa-tutto e che fornisce all'uscita un segnale il cui livello corrisponde al livello medio di uscita del primo discriminatore di frequenza spaziale di ciascuna coppia. If the coefficients Xn are chosen in such a way that the term C "m, n-Xn is negative whatever the pair of spatial frequency discriminators, it can be seen that the weighting coefficients of all pairs of spatial frequency discriminators can be decomposed in a series of all-negative weighting coefficients (C "m, n-Xn), which vary for each pair of spatial frequency discriminators, and in a series of all-positive weighting coefficients Xn, invariant for all pairs of discriminators of frequency, spatial. The series of positive weighting coefficients Xn is used by means of the common first stage with inverting operational amplifier 700 connected to the input by means of resistors at the different detector outputs, while the series of negative weighting coefficients are used by means of the single second stages with inverting operational amplifiers 714, 715, 716 connected to the input by means of resistors at the output of the first stage and of the different detectors. In practice, this circuit is equivalent to using as the second discriminator of each pair a single spatial frequency discriminator whose frequency response is of the all-pass type and which supplies at the output a signal whose level corresponds to the average output level of the first discriminator. spatial frequency of each pair.
La figura 7 rappresenta lo schema di una variante che consiste nel mettere in cascata due circuiti di frequenzimetro analoghi a quelli che sono stati descritti, con un codificare messo in. comuni che utilizzavo delle linee di trasmissione con lunghezze differenti. Il primo circuito 100 funziona con una linea di trasmissione 101 che ha delle prese intermedie il cui distanziamento è previsto in funzione della banda totale di frequenza di funzionamento e fornisce una parola di m' bit rappresentativa della frequenza da misurare. Il secondo circuito 200 funziona con una linea di trasmissione 201 che ha delle prese intermedie a distanziamento maggiore, previsto per una banda di frequenza di funzionamento 2 volte minore, e fornisce una parola binaria di m" bit rappresentativa della frequenza da misurare con una precisione 2 volte maggiore della parola binaria di primo circuito 100, ma con delle ambiguità eliminate da parte della parola binaria di questo primo circuito. La parola binaria di m' bit fornita dal primo circuito 100 e quella di m" .bit fornita dal secondo circuito 200 viene applicata a un codificatore comune 300 che fornisce una misura della frequenza in codice binario naturale su m'+m" bit. Figure 7 represents the scheme of a variant which consists in cascading two frequency meter circuits similar to those described, with a coding set in. common that I used transmission lines with different lengths. The first circuit 100 operates with a transmission line 101 which has intermediate taps the spacing of which is provided as a function of the total operating frequency band and provides an m 'bit word representative of the frequency to be measured. The second circuit 200 works with a transmission line 201 which has intermediate taps with greater spacing, provided for a frequency band of operation 2 times less, and provides a binary word of m "bit representative of the frequency to be measured with a precision of 2. times greater than the binary word of the first circuit 100, but with some ambiguities eliminated by the binary word of this first circuit. The binary word of m 'bit supplied by the first circuit 100 and that of m ".bit supplied by the second circuit 200 is applied to a common encoder 300 which provides a natural binary coded frequency measurement on m '+ m "bits.
La precisione di questi due circuiti in cascata è quella di un circuito che fornisce m'+m" bit di frequenza che richiedono circa 2 rivelatori mentre essi ne comprendono solo 2 2 The accuracy of these two cascaded circuits is that of a circuit that provides m '+ m "bits of frequency which require about 2 detectors while they only include 2 2
In pratica gli effetti del campionamento in questi due circuiti in cascata fanno sì che la sensibilità del secondo circuito 200 si annulli periodicamente in funzione della frequenza. Il comparatore 400 ha la funzione di determinare se il secondo circuito 200 lavora in una zona con piccola sensibilità. Se ciò si verifica, occorre sostituire alla frequenza misurata dal secondo circuito quella che corrisponde alla zona di piccola sensibilità. Nell'ipotesi in cui il corto circuito disposto all'estremità della linea di trasmissione 200 è distante dal primo rivelatore della metà del passo di distanziamento tra i rivelatori, questo valore da sostituire è 0. Questa sostituzione viene effettuata mediante delle porte logiche di tipo "AND" 500 comandate dal comparatore 400 e intercalate fra il secondo circuito 200 e il codificatore 300. In practice, the effects of the sampling in these two cascaded circuits cause the sensitivity of the second circuit 200 to periodically cancel out as a function of the frequency. The comparator 400 has the function of determining whether the second circuit 200 works in an area with low sensitivity. If this occurs, it is necessary to replace the frequency measured by the second circuit with the one corresponding to the zone of low sensitivity. In the hypothesis in which the short circuit arranged at the end of the transmission line 200 is distant from the first detector by half the distance between the detectors, this value to be replaced is 0. This replacement is carried out by means of logic gates of the "type" AND "500 controlled by the comparator 400 and intercalated between the second circuit 200 and the encoder 300.
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