SU1039016A2

SU1039016A2 - Frequency pickup having discrete output

Info

Publication number: SU1039016A2
Application number: SU823380180A
Authority: SU
Inventors: Владимир Яковлевич Баржин; Федор Федорович Колпаков; Евгений Алексеевич Милькевич; Алексей Егорович Сычев
Original assignee: Харьковский Ордена Ленина Авиационный Институт Им.Н.Е.Жуковского
Priority date: 1982-01-18
Filing date: 1982-01-18
Publication date: 1983-08-30

Abstract

ЧАСТОТНЫЙ ДАТЧИК С ДИСКРЕТНЫМВЫХОДОМ по авт. св. 892326, : о т л и ч а ю щ и и с тем, что. с целью повьииени точностных характеристик датчика, в него введены третий автогейератор, второй амплитудный детектор и второй фильтр нижних частот, причем выход третьего автогенератора соединен с третьим входом первого автогенератора, выход последнего через последов.ательно соединенные второй амплитудный детектор и второй фильтр нижних частот подключен к первому управл ющему входу третьего автогенератора, а второй управл н ций вход третьего автогенератора соединен с выходом источника информационного сигнала. . оо CD ОFREQUENCY SENSOR WITH DISCRETE OUTPUT at author. St. 892326,: about tl and h and y with and that. In order to monitor the accuracy characteristics of the sensor, a third oscillator, a second amplitude detector and a second low-pass filter are entered into it, the output of the third auto-oscillator is connected to the third input of the first auto-oscillator, the output of the latter through a successively connected second amplitude detector and the second low-pass filter are connected to the first control input of the third autogenerator, and the second control input of the third autogenerator is connected to the output of the source of the information signal. . oo cd o

Description

Изобретение относитс к измерительной технике и предназначено дл дискретного преобразовани напр женИ в частоту сигнала.This invention relates to a measurement technique and is intended for discrete conversion of a voltage into a signal frequency.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вл етс устройство по авт. св. № 892326, содержащее первый и второй автогенераторы с некратными частотами, выход каждого из которых соединен с входом другого через соответствующий элемент зажержки, между вторым выходом второго автогенератора и вторым входом первого автогенератора включены .последовательно соединенные фильтр нижних частот и формирователь коротких видеоимпульсов, между выходом фильтра нижних частот и управл ющим входом второго автогенератора включены последовательно соединенные амплитудный детектор и триггер со счетным входом, а к управл ющему входу первого автогенератора подключен источник информационного сигнала 1 .The closest in technical essence to the present invention is a device according to the authors. St. No. 892326, containing the first and second oscillators with non-multiple frequencies, the output of each of which is connected to the input of the other through a corresponding latching element, between the second output of the second oscillator and the second input of the first oscillator are included. Successively connected low-pass filter and shaper of short video pulses, between the output of the filter the lower frequencies and the control input of the second oscillator are connected in series with the amplitude detector and trigger with a counting input, and to the control one the input of the first oscillator is connected to the source of the information signal 1.

Однако в устройстве недостаточно высока точность преобразовани . Это обусловлено тем, что при изменении под воздействием информационного сигнала s(t) собственной частоты Ы первого автогенератора, выход которого вл етс информационным, переход с одного дискретного уровн выходного частотного сигнала на другой происходит непрерывно, а не дискретно и происходит перемещение только огибающей спектра вдоль оси частот, а спектральные составл ющие выходног информационного сигнала близки по амплитуде и тем самым оказываетс невозможньом определить однозначно уровень выходного дискретного частотного сигнала, действительно соответствующий имеющемус в данный момент уровню сигнала s(t) на выходе информационного сигнала.However, the conversion accuracy is not high enough in the device. This is because when the information signal s (t) changes under the influence of the natural frequency Ы of the first oscillator, whose output is informational, the transition from one discrete level of the output frequency signal to another occurs continuously, not discretely, and only the spectral envelope moves along frequency axes, and the spectral components of the output information signal are close in amplitude and thus it is impossible to unambiguously determine the output discrete frequency level with the signal is really the current signal level s (t) at the output of the information signal.

Цель изобретени - повышение точностных характеристик датчика. Поставленна цель достигаетс тем, что в частотный датчик с дискретным выходом, содержащий первый и второй автогенераторы с некратными частотами, выход каждого из.которых соединен с входом другого через соответствующий элемент задержки, между вторым выходом второго автогенератора и вторым входом первого автогенератора включены последовательно соединенные фильтр нижних частот и формирователь коротких видеои тульсов , между выходом фильтра нижних частот и управл ющим входом второго автогенератора включены последовательно соединенные амплитудный детектор и триггер со счетны входом, а к управл ющему входу первого автогенератора подключен источник информационного сигнала, введены третий автогенератор, второй ам плитудный детектор и второй фильтр нижних часто, причем выход третьего автогенератора соединен с третьим входом первого автогенератора, а выход последнего через последовательно соединенные второй амплитудный детектор и второй фильтр нижних частот подключен к первому управл ющему входу третьего автогенератора, второй управл ющий вход третьего .автогенератора соединен с выходом источника информационного сигнала.The purpose of the invention is to improve the accuracy characteristics of the sensor. The goal is achieved by the fact that the frequency sensor with a discrete output, containing the first and second oscillators with non-multiple frequencies, the output of each of which is connected to the input of the other via a corresponding delay element, connects the second output of the second oscillator and the second input of the first oscillator to the second oscillator. the low-frequency and shaper short video pulses between the output of the low-pass filter and the control input of the second oscillator connected in series an amplitude detector and a trigger with a counting input, and an information signal source is connected to the control input of the first oscillator, a third oscillator is introduced, a second amplitude detector and a second lower filter often, and the third oscillator output is connected to the third input of the first autogenerator, and the latter through the second amplitude detector and the second low-pass filter are connected in series to the first control input of the third autogenerator, the second control input of the third autowave generator connected to an output source of the information signal.

На фиг. 1 представлена функционал на схема частотного датчика с дискретным выходом; на фиг. 2 - сигналы на выходах блоков,- на фиг. 3 - спект сигнала на выходе устройства.FIG. 1 shows the functionality of the frequency sensor circuit with a discrete output; in fig. 2 - signals at the outputs of the blocks; in FIG. 3 - spectrum of the signal at the output of the device.

Устройство содержит автогенераторы 1 и 2, элементы 3 и 4 задержки фильтр 5 нижних частот (ФИЧ), формирователь 6 коротких видеоимпульсов амплитудный детектор 7, триггер 8, автогенератор 9, источник 10 информационного сигнала, амплитудный детектор 11, фильтр 12 нижних частот.The device contains oscillators 1 and 2, elements 3 and 4 of the delay low-pass filter 5 (PICH), shaper 6 short video pulses amplitude detector 7, trigger 8, auto-oscillator 9, information signal source 10, amplitude detector 11, low pass filter 12.

Устройство, начина с момента его включени , работаетследующим образом.The device, starting from the moment it is turned on, works as follows.

После включени датчика происходит нарастание колебаний в каждом из автог€ нераторов 1, 2 и 9. Причем, поскольку выход автогенератора 1 через элеме нт 3 задержки св зан с входом автогенератора 2, а выход последнего через элемент 4 задержки подключен к входу первого автогенератора, то в эток кольце при некратности частот U)и и2сигналов, генерируемых автогенераторами 1 и 2 соответственно , возможен режим генерации двух последовательностей радиоимпуль сов (фиг. 2 а и 5 ). Режим работы Кольца: автогенератор 1 - элемент 3 задержки-автогенератор 2 - элемент 4 задержки обеспечиваетс за счет эффекта асинхронного гашени колебаНИИ . Этот эффект заключаетс в том, что при возд-айствии на автогенератор 1 или 2 напр жени определенной амплитуды с частотой,отличающейс от собственной частоты автогенератора и некратной ей, колебани собственной частоты этого автогенератора прекращаютс . При этом, частота следовани радиоимпульсов в последовательност х , генерируемых автогенераторами 1 и 2, определ етс суммарной задержкой в вышеупом нутом кольцеAfter switching on the sensor, the oscillations increase in each of the auto-rators 1, 2 and 9. Moreover, since the output of the auto-oscillator 1 is connected to the input of the first auto-oscillator via the delayed element 4, the auto-oscillator 2’s input 3, then In this ring with non-multiplicity of frequencies U) and I2 signals generated by oscillators 1 and 2, respectively, the mode of generation of two sequences of radio pulses is possible (Fig. 2 a and 5). Ring operation mode: auto-oscillator 1 - delay element 3-auto generator 2 - delay element 4 is provided due to the effect of asynchronous oscillation damping. This effect is that when a 1 or 2 voltage of a certain amplitude is detected at a frequency that differs from the natural frequency of the oscillator and is not multiplied by it, the oscillation of the natural frequency of this oscillator is stopped. At the same time, the frequency of the radio pulses in the sequences generated by the oscillators 1 and 2 is determined by the total delay in the above-mentioned ring

Т tr, +.Г2 , .T tr, + .G2,.

где с и ir2 - зажержки, обеспечиваwhere with and ir2 - zazherzhki, providing

емые элемейтами задержки 3 и 4 соответственноdelayed elements 3 and 4 respectively

Скважность радиоимпульсов зависит от соотношени задержек fj {фиг. 2 а и 5 ). В предлагаемом устройстве дл обеспечени -коэффициента заполнени радиоимпульсной последовательности К , генерируемой автогенератором 1, близким к единице соотношение задержкеГ-, и Tj таково, НТО Т «Tj (фиг, 2 а, 5). В этом случае гашение колебаний автогенератора 2 произойдет через малое врем f после включени устройства , а длительность радиоимпульсов, генерируемых автогенераторов i, определ етс временем задержки Т, t т.е. соотношением коэффициентов заполнени радиоимпульсных последовательностей на выходах автогенераторов 1 и 2 соответственно запишетс The duty cycle of radio pulses depends on the ratio of delays fj {Fig. 2 a and 5). In the proposed device for providing the filling ratio of the radio pulse sequence K generated by the auto-oscillator 1, close to unity, the ratio of the delay G is, and Tj is, HTO T "Tj (Figs. 2 a, 5). In this case, the oscillation of the oscillator 2 will occur after a short time f after the device is turned on, and the duration of the radio pulses generated by the oscillators i is determined by the delay time T, t, i.e. the ratio of the filling ratios of the radio pulse sequences at the outputs of the autogenerators 1 and 2, respectively,

И,гГ2/т К2 /тAnd, yyy2 / t K2 / t

ч . Дл обеспечени жесткой фиксации начальных фаз в ргщиоимпульсах последовательностей устройство снабжено цепью, содержащей последовательно включенные фильтр 5 нижних частот и формирователь коротких видеоимпульсов , котора включена между вторым выходом автогенератора 2 и вторым входом автогенератора 1. При этом фильтр 5 нижних частот выдел ет из спектра радиоимпульсной последовательности автогенератора 2, составл к цую с частотой, .равной частоте следовани радиоимпульсов SE 1/Т (фиг, 2 в ), а формирователь коротких видеоимпульсов формирует наносекундные . видеоимпульсы с этой же частотой (фиг. 2 г), которые поступают в колебательную систему автогенератора 1 Это обеспечивает рост амплитуды ударного возбуждени колебаний в автоне . нераторе, 1 (фиг. 2 д) и повышает стабильность начальных фаз обеих раДиоимпульсных последовательностей,h To ensure rigid fixation of the initial phases in the impulses of the sequences, the device is equipped with a circuit containing a low-pass filter 5 and a shaper of short video impulses connected between the second output of the auto-oscillator 2 and the second input of the auto-oscillator 1. In this case, the low-pass filter 5 separates the radio pulse sequence from the spectrum Oscillator 2, amounting to a Csuyu with frequency, equal to the frequency of the following pulses SE 1 / T (Fig 2 in), and shaper short video pulses forms ises nanosecond. video pulses with the same frequency (Fig. 2 g), which enter the oscillatory system of the auto-oscillator 1 This ensures an increase in the amplitude of the shock excitation of oscillations in the auton. neratore, 1 (fig. 2 d) and it increases the stability of the initial phases of both radio-impulse sequences,

а значит улучшает и стабильность спектральных составл ющих дискретгных спектров этих последовательностей .thus, it improves the stability of the spectral components of the discrete spectra of these sequences.

В случае, когда на автогенератор 1 воздействует информационный сигнал с выхода источника информационного сигнала, соотношение между собственными частотами u;2 автогенераторов 1 и 2 непрерывно измен етс , а значит может .нарушатьс условие, асинхронности (нецелочисленного отношени ) этих частот. Дл устранени этого влени , которое приводит к потере работоспособности устройства , в датчике между выходом фильтра 5 нижних частот и управл ющим входом автогенератора 2 включены последовательно соединенные амплитудный детектор 7 и триггер 8 со счетным входом 3.. Когда условиеIn the case when the auto-generator 1 is affected by the information signal from the output of the source of the information signal, the ratio between the natural frequencies u; 2 of the auto-generators 1 and 2 continuously changes, and therefore the asynchronous (non-integer ratio) condition of these frequencies may be violated. To eliminate this phenomenon, which leads to a loss of device performance, in the sensor between the output of the low-pass filter 5 and the control input of the oscillator 2 are connected in series the amplitude detector 7 and the trigger 8 with the counting input 3. When the condition

асинхронности zasynchrony z

где тип- целые числа, нарушаетс , то в датчике срываетс режим генерировани радиоимпульсных последовательностей автогенераторами1 и 2, в результате пропадает сигнал на выходе фильтра 5 нижних частот, частота которого, как было указано выше, равна частоту следовани радиоимпульсов . При этом напр жение на выходе амплитудного детектора 1, а значит и на входе триггера со счетным входом претерпевает отрицательный скачок и триггер 8 опрокидываетс . Это, в свою очередь, приводит к скачкообразному изменению потенциала на выходе триггера 8, и соответственно , на управл ющем входе автогенератора 2. Собственна частота колебаний и 2последнегр измен етс , условие асинхронности колебаний с частотами 102 восстанавливаетс и датчик вновь переходит в режим генерировани двух радиоилтульсныхwhere the type-integers are violated, then the sensor breaks the generation mode of the radio pulse sequences by the oscillators 1 and 2, as a result, the signal at the output of the low-pass filter 5, the frequency of which, as mentioned above, is equal to the frequency of the radio pulses, disappears. At the same time, the voltage at the output of the amplitude detector 1, and thus at the input of the trigger with a counting input, undergoes a negative jump and the trigger 8 overturns. This, in turn, leads to an abrupt change in the potential at the output of the trigger 8, and, accordingly, at the control input of the auto-oscillator 2. The natural oscillation frequency and the last 2 changes, the asynchronous condition of the oscillations with frequencies 102 is restored and the sensor returns to the mode of generating two radio acoustic signals

последовательностей.sequences.

Таким образом, в предлагаемом датчике на выходе автогенератора 1 во всем динамическом диапазоне изменени информационного сигнала s(t)Thus, in the proposed sensor at the output of the oscillator 1 in the entire dynamic range of change of the information signal s (t)

обеспечиваетс генерирование радиоимпульсной последовательности с коэффициентом заполнени 1 «Xj/T, где Т - период следовани радиоимпульсов , близким к единице, и фиксированными от импульса к импульсу начсшьной фазой высокочастотного заполнени . Спектр такой радиоимпульсной последовательности вл етс дискретным (фиг. 3).the generation of a radio pulse sequence with a filling factor of 1 ' Xj / T, where T is the period of the radio pulse, close to unity, and fixed from pulse to pulse by the initial phase of high-frequency filling is provided. The spectrum of such a radio pulse sequence is discrete (Fig. 3).

Частоты -спектральных составл -. ющих спектра выходного сигнала автогенератора 1 не завис т от собственной частоты колебаний (2 этого- автогенератора . При изменени х частоты- Spectral frequencies are. The output spectrum of the oscillator 1 does not depend on the natural frequency of oscillation (2 of this oscillator. With changes in frequency

воздействием информационного сигнала s(t) происходит лишь перемещение огибающей спектра вдцль оси частот, а спектральные линии при этом измен ютс только по амплитуде (фиг. 3). Однако, при величине собственной частоты и; автогенератора 1 близкой к значению the action of the information signal s (t) only moves the spectral envelope over the frequency axis, and the spectral lines in this case vary only in amplitude (Fig. 3). However, when the magnitude of the natural frequency and; Oscillator 1 close to the value

, r.9tf2/2,, r.9tf2 / 2,

где ntln.- - спектральные составл ющие сигнала этого автогенератора с частотами п5 и (п ± 1)S .оказываютс близкими по амплитуде. Причем начальна фаза радиоимпульсной последовательности Д 4 вл етс функцией разности между частотами tjOjи ближайшей к ней по частоте дискретной спектральной составл гацей сигнала, а именноwhere ntln.- are the spectral components of the signal of this oscillator with frequencies n5 and (n ± 1) s. appear to be close in amplitude. Moreover, the initial phase of the radio pulse sequence D 4 is a function of the difference between the frequencies tjOj and the discrete spectral component of the signal closest in frequency, namely

ш -пЛ wp

f лЧ. 277п f LCH 277p

SS

Частотные и фазовые различи колебаний w и преобразуютс в различи начальных амплитуд колебаний в радиоимпульсов. Это, в свою , приводит к широтной модул ции радиоимпульсной последовательности иа выходе автогенератора 1. Детектирование этой последовательности с помощью амплитудного детектора 11 и дальнейша фильтраци фильтром 12 нижних частот позвол ет получить на выходе последнего напр жение биений с частотой В результате на выходе ФНЧ 12 удаетс .выделить напр жение, пропорционгшьное частотному paccor iacosaнию собственной частоты lUj автогенератора 9 и спектральной составл 1с цей сигнала (1)/ максимальной в данный момент по амплитуде. Подава этот сигнал ФНЧ 12 на первый управл ющий вход автогенератора 9 удаетс во врем динамическом диапазоне датчика достичь взаимной синхронизации частоты tuy, вл кщейс , как и частота Ui- автогенератора 1, функцией информационного сигнала s(t) и спектральных состаЕ1Л ющих с частотами r3t , где ne(n.- п),.т.е. каждому уровню входного информационного сигнала s(t) йа выходе преобразовател будет соответствовать одно единственное вполне определенное дискретное значение частоты, снимаемое с выхода автогенератора 9. При этом переход с одной дискретной частоты на, другую будет Происходи ь не плаЬно, сопровожда сь процессами паразитной амплитудной деформации спектра, как это имеет место в прототипе, а скачкообразно , причем скорость перехода с частотыtiS на соседнюю (п ± 1)52 в процессе изменени информационного сигнала s(t) практически полностью / будет Определ тьс посто нной времени фильтра 12 нижних частот. В предлагаемом датчике шаг дискрет ности выходного частотного сигнала .а следовательно и погрешность преобразовани , могут быть обеспечены не больше среднеквадратического отклонени Л собственной частоты автогенератора 9,Frequency and phase differences of oscillations w and are converted into differences of initial amplitudes of oscillations in radio pulses. This, in its own way, leads to a latitudinal modulation of the radio pulse sequence and the output of the oscillator 1. Detection of this sequence with the amplitude detector 11 and further filtering by the low-pass filter 12 produces a beat voltage at the output of the latter. As a result, the output of the LPF 12 is . Select the voltage proportional to the frequency paccor iacosa of the natural frequency lUj of the auto-oscillator 9 and the spectral frequency equal to 1 cc of the signal (1) / maximum at the moment in amplitude. The output of the low-pass filter 12 to the first control input of the oscillator 9 is achieved during the dynamic range of the sensor to achieve mutual synchronization of the tuy frequency, which, like the frequency Ui of the autogenerator 1, is a function of the information signal s (t) and spectral components with frequencies r3t, where ne (n.- n), i.e. each level of the input information signal s (t) and the output of the converter will correspond to one single well-defined discrete frequency value, taken from the output of the auto-oscillator 9. At the same time, the transition from one discrete frequency to another will not occur, accompanied by parasitic amplitude deformation processes spectrum, as is the case in the prototype, and hopping, and the transition rate from the frequency t to the next (n ± 1) 52 in the process of changing the information signal s (t) is almost completely / will t Determine the time constant of the 12 low-pass filter. In the proposed sensor, the discreteness of the output frequency signal, and therefore the conversion error, can be provided not more than the standard deviation L of the natural frequency of the oscillator 9,

Claims

FREQUENCY SENSOR WITH DISCRETION St. No. 892326, characterized in that, in order to increase the accuracy characteristics of the sensor, a third oscillator, a second amplitude detector and a second filter are introduced into it, and the output of the third is connected to the third oscillator, through which the second amplitude detector and the second low-pass filter are connected in series the first control input of the third oscillator, and the second control input of the oscillator is connected to the information source • low frequencies, the oscillator input of the first move of the last third output m signal.

»7“ T>