SU1018192A1 - След щий аналого-дискретный преобразователь дл измерени частоты сигналов допплеровских измерителей скорости - Google Patents

Abstract

СЛЕДЯЩИЙ АНАЛОГО-ДИСКРЕТНЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТО ТЫ СИГНАЛОВ. ДОППЛЕРОВСКИХ ИЗМЕРИТЕЛ СКОРОСТИ, содержащий два соединенны сигнальными входами синхронных дете тора, выходы которых через формирователь ошибки слежени  соединены с входом управл емого генератора, а два взаимно инверсных выхода управл емого генератора соединены с двум  входами фазорасщепител , два квадратурных выхода которого соединены с коммутационными входами синхронных детекторов, о тли ч а ю щ и и с   тем, что, с целью повышени  точности аналого-дискретного преобраз ов а ни , в него введен блок сложени  и вычитани  частот, два командных входа которого соединены соответственно с выходами синхронных детекторов, а два тактовых и информационный входы соединены соответственно с валходами управл емого генератора и с одним из выходов фазорасщепител , причем выход блока сложени , и вычитани  частот  вл етс  выходом устройства.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и предназначено дл  использовани  в электронных системах обработки сигналов допплеровских измерителей скорости. Известны след щие аналого-дискретные преобразователи аналогового допплеровского сигнала в импульсный сигнал с частотой, соответствую щей центральной частоте допплеровского сигнала, содержащие два сиихронных детектора, формирователи оши ки слежени  и генератор квадратурных сигналов 13. Недостатком таких преобразователей  вл етс  низка  точность преобразовани ... Наиболее близким к предлагаемому  вл етс - аналого-дискретный преобразователь дл  измерени  частоты сигналов допплеровских измерителей скорости , содержащий два синхронных детектора и последовательно соединен ные с ними формирователь ошибки слежен1   и генератор квадратурных сигна лов, выходы которого соединены с ком мутационными входами синхронных детекторов , причем выходом устройства  вл етс  .выход генератора квадратурн сигналов Г21. Точность аналого-дискретного преобразовани  данных устройств ограничена статическими и динамическими ошибками, возникающими при слежении .управл емого генератора за центральной частотой допплеровского сигнала. Динa ичecкиe погрешности определ ютс  посто нной времени системы слежени , минимальна  величина которой ограничена требованием обеспечени  устойчивости слежени , что снижает эффективность применени  таких преобразователей дл  исследовани быстро протекающих процессов, например турбулентных течений. Целью изобретени   вл етс  повыше ние точности аналого-дискретного пре образовани  путем устранени  из выходного сигнсша устройства,ошибок сл жени  управл емого генератора. Поставленна  цель достигаетс  тем что в след щий аналого-дискретный np образователь дл  измерени  частоты сигналов допплеровских измерителей скорости, содержащий два соединенных сигнальными входами синхронных детек тора, выходы которых через формирователь ошибки слежени  соединены с входом управл емого генератора, а дв взаимно инверсных выхода управл емог генератора соединены с двум  входами фазорасщепител , два квадратурных вы хода которого соединены с коммутацио ными входами синхронных детекторов, введен блок сложени  и вычитани  частот, два командных входа которого соединены соответственно с выходами .синхронных детекторов, а два - актовых и информационный входы соединены соответственно с выходами управл емого генератора и с одним из выходов фазорасщепител , причем выход блока сзложени  и вычитани  частот  вл етс  выходом устройства; В блоке сложени  и вычитани  частот к последовательности импульсов, вырабатываемых генератором квадратурных сигналов, добавл ютс  или из нее вычитаютс  ш тульсы с частотой следо вани , соответствующей ошибке слежени  этого генератора, в результате чего повышаетс  точность аналогодискретного преобразовател . На фиг. 1 приведена схема след щего аналого-дискретного преобразовател , на фиг. 2 - временные диаграммы изменени  напр жений на выходах; (У , S - управл емого генератора; б- фазорасщепител ; г. , ( - синхронных детекторов; е 1Ж-, синхронизирующих D- триггеров/ U-, х- - импульсных формирователей/ .А -DK-триггера, М- элемента И-НЕ, дл  случаев, когда частота входного сигнала устройства больше частоты генератора квадратурных сигналов f f и меньше этой частоты $ву,5г. След щий аналого-дискретный преобразователь дл  измерени  частоты .сигналов допплеровских измерителей скорости содержит синхронные детекторы 1 и 2, сигнальные входы которых объединены и  вл ютс  входом 3 устройства, последовательно соединенные с ними формирователь 4 ошиби слежени , управл емый генератор и. фазорасщепитель б, выходы которого соединены с коммутационными входами синхронных детекторов 1 и 2, блок 7 сложени  и вычитани  частот, командные входы которого соединены с выходами синхронных детекторов 1 и 2, тактовые входы соединены с выходами управл емого генератора 5, а информационный вход соединен с выходом фазорасщепител  б, причем выход блока 7 сложени  и вьачитани  частот  вл етс  выходом устройства. Блок 7 сложени  и вычитани ,. частот содержит два синхронизирующих D -триггера 8 и 9, первый импульсный формирователь 10, образованный инвертором 11, элементом И-НБ 12 и конденсатором 13, второй импульсный формирователь 14 образован инвертором 15, элементом И-НЕ 16 и конденсатором . 17, и третий импульсньай форми рователь 18 - инвертором 19; элементом И-НЕ 20 и конденсатором 21; ii K-триггер 22, инвертор 23 и элемент И-НЕ 24; В каждом из импульсных формирователей вход и выход инвертора соединены с входами элемента И-НЕ, а точка соединени  выхода инвертора с входом элемента И-НЕ подключена через конденсатор к общей шине, причем общий вход инвертора и элемента И-НЕ  вл етс  входом импульсного формировател . Вход второго и вход третьего импульсных формирователей 14 и 18 соединены соответственно с инверсным и пр глым выходами D-триггера 9, а общий вход элементов И-НЕ 16 и 20 - с выходом D -триггера 8. Выходы первого и второго импульсных формирователей 10 и 14 объединены и общей точкой соединены с входом инвертора 23 и Э-входом DK-триггера 22, а выход третье го импульсного формировател  18 соединен с К-входом ОК-триггера 22. Ин вертор 23 и элемент И-НЕ 24 соединены последовательно, причем к второму входу элемента И-НЕ 24 подключен выход эк-триггера 22. Выход эле мента И-НЕ 24  вл етс  выходом блока . 7 сложени  и вычитани  частот. D-входы D-триггеров 8 и 9  вл ют с  командными входами блока 7 сложени  и вычитани  частот, С-входы D-триггеров 8 и 9 - тактовыми входами , а вход первого импульсного фор мировател  10 - информационным входом . Аналого-дискретный преобразовател работает следующим образом. С выходов управл емого генератора 5 поступают два взаимно инверсных им пульсных сигнала (фиг. 2а и 26 , кот рые фазорасщепителем б преобразуютс  в две пары импульсных сигналов с частотой, вдвое меньшей частоты управл емого генератора 5. Импульсные сигналы, составл ющие одну пару, взаимно инверсны, а кажда  пара сигналов квадратурна по отношению к дру гой. При этом каждому сигналу с выходо управл емого генератора 5 (фиг. 245) соответствует сигнал с выхода фазорасщепител  б ( фиг. 2-е), у которого перепады уровн  нуль-единица располагаютс  во времени посередине между такими же перепадами уровн  в сиг неше с выхода управл емого генератора 5, что обеспечивает разнесение во времени перепадов уровн  нуль единица этих сигналов. На коммутационные входы каждого из синхронных детекторов поступают сигналы, составл ющие одну пару. Поскольку кажда  пара сигналов квадратурна по отношению к другой, выходные импульсные сигналы синхронных детек торов 1 и 2 также наход тс  в квадр туре (фиг. 22. и 2д) При этом частота выходны х сигналов соответствуе частоте биений/ равной частотному рассогласованию входного сигнала устройства и сигнала генератора 5 с выхода фазорасщепител  б. Знак частотного рассогласовани  определ ет знак фазового сдвига между сигналами с выходов- синхронных д текторов 1 и 2. Формирователь 4 ошибки слежени  выдает сигнал, необходи мый дл  изменени  частоты управл емого генератора 5 в сторону уменьшени  величины частотного рассогласовани . Синхронизирующие Т -триггеры 8 и 9повтор ют сигналы с выходов синхронных детекторов 1 и 2 с задержкой , величина которой не превышает периода следовани  импульсов с выходов управл емого генератора 5, при этом перепады уровн  сигналов на выходах синхронизируквдих 3)-триггеров 8 и 9 синхронизированы по перепадам уровн  нуль-единИца сигналов с выходов управл емого генератора 5 (фиг. 2е,з1С,) . Первый импульсный формирователь 10выдает короткие отрицательные импульсы по каждому .перепаду уровн  нуль-единица сигнала с выхода фазорасщепител  б (фиг. 2(Lf импульсы О , U/z. ъ -4 Второй и третий импульсные формирователи 14 и 18 выдают короткие отрицательные импульсы по- перепадам уровн  нуль-единица сигналов с выходов синхронизирующего D -триггера 9 при наличии разрешакйдего сигнала Единица на общем входе элементов И-НЕ 16 и 20 (фиг. 2к, импульс и5-и фиг. 2U, импульс U(j j . При этом дл  предотвращени  совпадени  во времени импульсов-с выходов импульсных формирователей их длительность должна быть меньше половины периода следовани  нг пульсов от управл емого генератора 5, что обеспечиваетс  выбором номиналов конденсаторов 13, 17 и 21. В случае, когда частота входного сигнала устройства больше частоты , управл емого генератора , дл  второго импульсного формировател  14 перепад уровн  нуль-единица сигнала на его входе совпадает с раз;решающимсигналом Единица на общем входе элементов И-НЕ 16 И 20, тогда .как дл  третьего импульсного формировате   18 такого совпадени  не происходит. В результате импульсы формируютс  вторым импульсным формирователем 14, а третий импульсный формирователь 18 импульсов не формирует . При этом DK-триггер 22 находитс  в состо нии единица (фиг. 2л)и импульсна  последовательность ,с общего выхода второго и первого формирователей 14 и 10 через инвертор 3 и элемент И-НЕ 24поступает на выход устройства (фиг. 2и.). Частота исходного сигнала равна сумме частоты управл елюго генератора 5 и частоты биений.. В случае, когда частота входного сигнала ниже частоты управл емого генератора 5 Д третьего .импульсного формировател  18 перепад

нуль-единица сигнала на его входе совпадает с разрешающим сигналом единица на общем входе элементов И-НЕ 16 и 20, тогда как дл  второго импульсного формировател  14 такого совпадени  не происходит. В результате импульсы формируютс  третьим Ф1мпульсным формирователем 18, а вто )рой импульсный формирователь 14 им (пульсов не формирует. По каждому импульсу, поступающему с выхода третьего импульсного формировател  18, ;)К-триггер 22 перебрасываетс  в состо ние нуль, при этом запрещаетс  прохождение импульсов с выхода первого формировател  10 на выход устройс ва. Очередной импульс, поступающий с вдосода первого импульсного формировател  10, не проходит на выход элемента И-НЕ 24, но перебрасывает своим перепадом уровн  нуль-единица рК-триггер 22 в положение единица, подготавлива  элемент И-НБ 24 к прохождению последующих импульсов с выхода первого формировател  10 С Фиг. 2

При этом по каждому импульсу с тртьего импульсного формировател  18 из импульсной последовательности, формируемой перВЕлм импульсным формирователем 10, прсзисходит вычитание одного импульса (фиг. 2м). Частота выходного сигнала равна разности частоты генератора 5 и частоты биений .

Таким образом, в блоке 7 сложени  и вычитани  частот к последовательности импульсов, вырабатываемых управл емым генератором 5, добавл ютс  или из нее вычитаютс  импульсы с частотой следовани , соответствующей ошибке слежени  этого генерато- ра„ В результате, изменение частоты входко1о допплеровского сигнала вызывает изменение частоты выходного сигнала преобразовател  независимо от посто нной времени системы слежени .,

В предлагаемом устройстве блок 7 сложени  и вычитани  частот может иметь иную конструкцию, например, .с применением четырехканального мультиплексора .

Испытани  аналого-дискретного преобразовател  в составе лазерного допплеровского измерител  скорости дают следующие результаты: случайна  погрешность .± 0,004%; систематическа погрешность + 0-,05%, диапазон измер емых частот 300-1800 кГц.

При этом выходной сигнал с частотой равной частоте входного допплеровского сигнала, вырабатываетс  без запаздывани , независимо от посто нной времени системы слежени , что позвол ет использовать аналогодискретный преобразователь при исследовани х быстропрртекающих процессов , например при изучении турбулентности потока.

Claims (1)

1. СЛЕДЯЩИЙ АНАЛОГО-ДИСКРЕТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ СИГНАЛОВ-ДОППЛЕРОВСКИХ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ СКОРОСТИ, содержащий два соединенных сигнальными входами синхронных детектора, выходы которых через формирователь ошибки слежения соединены с входом управляемого генератора, два взаимно инверсных выхода управляемого генератора соединены с двумя входами фазорасщепителя, два квадратурных выхода которого соединены с коммутационными входами синхронных детекторов, о тли ч а ю щ и й с я. тем, что, с целью повышения точности аналого-дискретного преобразования, в него введен блок сложения и вычитания частот, два командных входа которого соединены соответственно с выходами синхронных детекторов, а два тактовых и информационный входы соединены соответственно с выходами управляемого генератора и с одним, из выходов фазорасщепителя, причем выход блока сложения, и вычитания частот является выходом устройства. ».

   . !

   3>