SU841081A1 - Цифровой частотный детектор - Google Patents

Description

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для частотного детектирования в широком . диапазоне частот с линейной зависи-· , мостью выходного напряжения от частоты входного аналогового или импульсного сигнала.

Известен цифровой частотный детектор, содержащий ограничитель входных сигналов, соединенный с первым входом сумматора по модулю 2, делитель частоты,* выход которого подключен ко второму входу сумматора по модулю 2, а вход соединен с выходом устройства управления тактовым генерато- '5 ром, первый вход которого соединен с выходом сумматора по модулю 2 и входом фильтра нижних частот, а.второй вход - с выходом тактового гене- ’ ратора [1 ]. .

Недостатками этого цифрового частотного детектора Являются низкая точность детектирования и ограниченный частотный диапазон детектирования.

Цель изобретения - повышение точ- ²⁵ ности детектирования и расширения частотного диапазона детектирования.

Указанная цель достигается тем, что в цифровой частотный детектор, содержащий устройство управления так- 30 товым генератором, тактовый генератор, счетчик и фильтр нижних частот, в котором выход устройства управления тактовым генератором соединен с выходом тактового генератора и со входом счетчика, дополнительно введены входной формирователь, триггер, два дешифратора, η-декадный счетчик, выходной формирователь и переключатель детектируемой частоты, причем, выход входного формирователя соединен с установочным входом триггера, выход которого соединен со входом устройства управления тактовым .генератором, с установочными входами счетчика и η-декадного счетчика, а также со входом выходного формирователя, первые входы первого дешифратора соединены с выходами счетчика, вторые входы - с переключателем детектируемой частоты, а выход со входом n-дёкадного счетчика, выходы которого соединены с первыми входами второго дешифратора, вторые входы которого соединены с переключателем. детектируемой частоты, выход второго дешифратора соединен со счетным входом триггера, а выход выходного формирователя соединен со входом фильтра нижних частот.

На фиг. 1 представлена блок-схема цифрового частотного детектора; на фиг. 2 - временная диаграмма; на фиг. 3 - зависимость выходного напряжения от частоты входного сигнала.

Цифровой частотный детектор содержит входной формирователь 1, триггер 2,. счетчик 3, устройство 4 управления •генератором тактовых импульсов, фильтр 5 нижних частот, генератор 6 тактовых импульсов, первый дешифратор 7, η-декадный счетчик 8, второй дешифратор 9, выходной формирователь 10, переключатель 11 детектируемой частоты.

Вход формирователя 1 соединен с источником детектируемого сигнала, а выход - с установочным входом R триггера 2. Единичный выход триггера 2 соединен ,с устройством 4 управления тактового генератора, со входом выходного формирователя 10, с устано-20 вочными входами R счетчиков 3 и 8. Выходы счетчика 3 соединены с первыми входами первого дешифратора 7, выход которого соединен со входом п-декадного счетчика 8-, вторые входы де- 25 шифратора 7 соединены с переключателем 11 выбираемой частоты детектирования. Первые входы второго дешифратора 9 соединены с выходами п-декадного счетчика 8, а его вторые вхо-' jq ды - с переключателем 11 выбираемой частоты детектирования, выход дешифратора 9 соединен со счетным входом триггера 2. выход устройства 4 управления тактового генератора соединен с выходом генератора 6 и со счетным входом счетчиков 3. Выход выходного формирователя 10 соединен со входом фильтра 5 нижних частот;

•Устройство работает следующим образом. 40

В момент перехода входного сигнала через нуль (из минуса В плюс) на выходе входного формирователя 1 появляется короткий импульс, который устатавливает триггер 2 по установочно- 45 му входу R в 0.

На выходе триггера 2 устанавливается нулевой потенциал, который разрешает счет счетчикам 3 и 8, включает устройство 4 управления тактовым jq генератором, на выходе выходного формирователя 10 появляется положительный потенциал на время, равное половине периода выбранной третьоктавной частоты. Включенное устройство 4 позволяет проходить тактовым импульсам с выхода генератора 6 на счетный вход счетчика 3.

Когда счетный импульс достигает входа дешифратора 9, соответствующего выбранной частоте детектирования 60 переключателем 11, на выходе дешифратора 9 появляется потенциал, который опрокидывает триггер 2 по счетному входу в 1. Потенциал на единичном выходе триггера 2 одновременно 65 выключает устройство управления 4, затормаживает генератор 6 тактовых импульсов, устанавливает счетчики'3 и 8 в' 0, и на выходе формирователя 10 появляется отрицательный потенциал. При этом устройство находится в исходном состоянии.

Длительность положительного потенциала на выходе формирователя 10 равна половине периода выбранной третьоктавной частоты Т_о|2, длительность отрицательного потенциала на выходе фор-т~ мирователя 10 равна ту- где Т* период детектируемой частоты.

Потенциал положительного и отри·^· цательного импульсов по модулю равны. Следовательно, сигнал на выходе фильтра 5 нижних частот линейно пропорционален разности длительностей импульсов и описывается уравнением v^(T°’^T’'’^=u'· (ЙН- ^ω

Эпюры напряжений в различных точках детектора представлены на фиг. 2, где а - входное напряжение ; .6 -’ на пряжение на установочном входе триг·. гера.2; в - напряжение на счетном входе счетчика 3; г - напряжение на счетном входе триггера 2; д - напряжение на единичном выходе триггера 2; е - напряжение на входе фильтра 5 нижних частот.

Если на фиг. 2а ty - первый переход через нуль дедектируемого сигнала;

. - второй переход через нуль детектируемого сигнала,*

- третий переход через нуль детектируемого сигнала;

то - положительная полуволна синусоиды/ tyt₂- отрицательная полуволна синусоиды.

Для синусоидального сигнала ^TX = S ^_t4 ‘

Для сигналов импульсной формы

Уравнение (1) можно представить в соответствии с циклом работы детектора как ^ивых' 2 L&a-ti) 2 г

Если имеется сдвиг по напряжению срабатывания входного формирователя на время at, то заполнение счетчиков начинается в t = t^+ at, а следующее заполнение счетчиков начинается в t=t₅ + at.

частотой f_o и с требуемым динамическим диапазоном определяется из (5)

Подставив в (2) новые значения времен, получаем ^U Bbl X / (ц+аt)- (V&t) -(1₄ + а±)]р 7^-(Т_о-Т_х).

откуда f_o 7/ 0,232 f_x .

Число переключаемых частот f_Q, необходимое для перекрытия об декад по частоте, определяется (3) n =entier

Из приведенных рассуждений видно, что (2)-и (3) равны, следовательно, 15 точность детектирования не зависит от формы входного сигнала и качества входного формирователя,- так как цикл измерения определяется периодом входного сигнала. эл

Линейная зависимость (1) верна в пределах f χ f_o, следовательно, час-., тотный диапазон детектирования ограничен частотой f_o. Для расширения частотного диапазона детектирования необходимо повышать частоту генератора (или уменьшать длину счетчиков).

Детектировать с самой высокой частотой f₀ малые ίχ не имеет смысла, так как ^ВЫХ- ./ 4 X <Нх’

Из (4) видно, что чем выше f₀,'35 тем меньше динамический диапазон де-^: тектирования.

Для расширения динамического диапазона детектирования применяется счетчик 3, преобразующий частоту еледования импульсов тактового генера- ^υ тора б в третьоктавный ряд частот, кратный 1; 1,25 ; 1,6; ... 8 Гц.

С помощью дешифратора 7 и переключателя 11 выбирается необходимая частота f_o, а с помощью η-декадного счет-45 чика 8 частоты частота f_o понижается в 10¹¹ раз , η определяется переключателем 11 и дешифратором 9. Выбор f_o по третьоктавному ряду предопределен требованиями выделения деви- 50 ации частоты, выраженной в процентном отношении, при спектральном анализе в третьоктавных полосах.

Если предположить динамический диапазон выходных напряжений детектора 55 ^=10· (60 дБ), а число необходимых различных полос равным k^^io^ в полосе примерно к^=0,232 (третьоктавная полоса), то ширина частотного диапазона детектирования с фиксированной

К примеру, если 6(.=5, тогда п=8. Следовательно, в предлагаемом устройстве частотный диапазон детектирования в п раз шире, чем в известном.

Кроме того, применение выходного формирователя 10 позволяет избавиться от постоянной составляющей при малых девиациях частоты относительно f_o .

Claims (3)

1. Изобретение OTHocHfcH к измерительной технике и предназначено дл  частотного детектировани  в широком диапазоне частот с линейной зависи-мостью выходного напр жени  от частоты входного аналогового или импуль сного сигнала. Известен цифровой частотный детектор , содержащий ограничитель вход ных сигналов, соединенный с первым входом сумматора по модулю 2, делитель частоты, выход которого подключ ко второму входу сумматора по модулю 2, а вход соединен с выходом устройства управлени  тактовым генерато ром, первый вход которого соединен с выходом сумматора по модулю 2 и входом фильтра нижних частот, а,второй вход - с выходом тактового генератора TI Недостатками этого цифрового частотного детектора  вл ютс  низка  то ность детектировани  и ограниченный частотный диапазон детектировани . Цель изобретени  - повышение точности детектировани  и расширени  ча тотного диапазона детектировани . Указанна  цель достигаетс  тем, что в цифровой частотный детектор, содержащий устройство управлени  так товым генератором, тактовый генератор , счетчик и фильтр Н11жних частот, в котором выход устройства управлени  тактовым генератором соединен с выходом тактового генератора и со входом счетчика, дополнительно введены входной формирователь, триггер, два дешифратора, п-декадный счетчик , выходной формирователь и переключатель детектируемой частоты, причем, выход входного формировател  соединен с установочным входом триггера, выход которого соединен со входом устройства управлени  тактовым .генератором, с установочными входами счетчика и п-декадного счетчика , а также со входом выходного формировател , первые входы первого дешифратора соединены с выходе1ми счетчика, вторые входы - с переключателем детектируемой частоты, а выход со входом п-дёкадного счетчика, выходы которого соединены с первыми входами второго дешифратора, вторые входы которого соединены с переключателем , детектируемой частоты, выход второго дешифратора соединен со счетным входом триггера, а выход выходного формировател  соединен со входом фильтра нижних частот. На фиг. 1 представлена блок-схема цифрового частотного детектора; на фиг. 2 - временна  диаграмма на фиг. 3 - зависимость выходного напр  жени  от частоты входного сигнала. Цифровой частотный детектор содер жит входной формирователь 1, триггер 12/. счетчик 3, устройство 4 управлени генератором тактовых импульсов, фильт 5 нижних частот, генератор б тактовых импульсов , первый дешифратор 7, п-декадный счетчик 8, второй дешифратор 9, выходной формирователь 10, переключатель 11 детектируемой частоты . Вход формировател  1 соединен с источником детектируемого сигнала, а выход - с установочным входом R триггера 2. Единичный выход триггера 2 соединен ,с устройством 4 управлени  тактового генератора, со вводом выходного формировател  10, с устано ночными входами R счетчиков 3 и 8. Выходы счетчика 3 соединены с первыми входами первого дешифратора 7, вы ход которого соединен со входом п-де кадногЬ счетчика 8, вторые входы дешифратора 7 соединены с переключателем 11 выбираемой частоты детектировани . Первые входы второго дешифратора 9 соединены с выходами п-декадного счетчика 8, а его вторые входы - с переключателем 11 выбираемой частоты детектировани , выход дешифратора 9 соединен со счетным входом триггера
2. 2. Выход устройства 4 управлени  тактового генератора соединен с выходом генератора б и со счет ным входом счетчиков 3. Выход выходного формировател  10 соединен со входом фильтра 5 нижних частот; Устройство работает следующим образом .. В момент перехода входного сигнала через нуль из минуса и плюс) на выходе входного формировател  1 по в л етс  короткий импульс, который уст тавливает триггер 2 по установочному входу R в О. На выходе триггера 2 устанавливаетс  нулевой потенциал, который разрешает счет счетчикам 3 и 8, включает устройство 4 управлени  тактовым генераторогу, на выходе выходного фор мировател  10 по вл етс  положительный потенциал на врем , равное полов не периода выбранной третьоктавной частоты. Включенное устройство 4 поз вол ет проходить тактовым импульсам с выхода генератора 6 на счетный вход счетчика
3. 3. Когда счетный импульс достигает входа дешифратора 9, соответствующего выбранной частоте детектировани  переключателем 11, на выходе дешифра тора 9 по вл етс  потенциал который опрокидывает триггер 2 по счетно му входу в 1. Потенциал на единичном выходе триггера 2 одновременно ыключает устройство управлени  4, атормаживает генератор б тактовых мпульсов, устанавливает счетчики3 8 в О, и на выходе формировател  10 по вл етс  отрицательный потенцил . При этом устройство находитс  исходном состо нии. Длительность положительного потениала на выходе формировател  10 рава половине периода выбранной третьктавной частоты То|2, длительность отицательного потенциала на выходе форировател  10 равна , где Т период детектируемой частоты. Потенциал положительного и отри ательного импульсов по модулю равны . Следовательно, сигнал на выходе фильтра 5 нижних частот линейно пропорционален разности длительностей . импульсов и описываетс  уравнением ,(-i . Эпюры напр жений в различных точках детектора представлены на фиг. 2, где а - входное напр жение ; .6 - напр жение на установочном входе триг-. гера.2; в - напр жение на счетном входе счетчика 3; г - напр жение на счетном входе триггера 2; д - напр жение на единичном выходе триггера 2; е - напр жение на входе фильтра 5 нижних частот. Если на фиг. 2а tj - первый переход через нуль дедектируемого сигнала; t - второй переход через нуль детектируемого сигнала/ tg, - третий переход через нуль детектируемого сигнала/ то положительна  полуволна синусоиды; отрицательна  полуволна синусоиды. Дл  синусоидального сигнала Дл  сигналов импульсной формы . Уравнение (1) можно представить в соответствии с циклом работы детектора как .j. ) и/ууТр %t, 2 la,-tj zJ ((TO-T,)- (2) . Если имеетс  сдвиг по напр жению срабатывани  входного формировател  на врем  д1, то заполнение счетчи начинаетс  в t а следующее заполнение счетчиков начинаетс  в + ut. Подставив в (2) новые значени  времен, получаем г4, It - -u-tVlVut) -(t,a(,)b 17 ( ). Из приведенных рассуждений видно что (2)-и (3) равны, следовательно, точность детектировани  не зависит от формы входного сигнала и качества входного формировател ,- так как цикл измерени  определ етс  периодом вход ного сигнала. Линейна  зависимость (1) верна в пределах следовательно, частотный диапазон детектировани  ограничен частотой f. Дл  расширени  частотного диапазона детектировани  необходимо повышать частоту генерато ра (или уменьшать длину счетчиков). Детектировать с самой высокой час тотой f малые f- не имеет смысла, так как ацвых. о Из (4) видно, что чем выше f, тем меньше динамический диапазон детектировани . Дл  расширени  дина.мического диапазона детектировани  примен етс  счетчик 3, преобразующий частоту сле довани  импульсов тактового генератора 6 в третьоктавный р д частот, кратный 1; 1,25; 1,6i ... 8 Гц. С помощью дешифратора 7 и переклю чател  11 выбираетс  необходима  час тота fQ , а с помощью п-декадного сче чика 8 частоты частота f понижаетс  в 10 раз, п определ етс  переключателем 11 и дешифратором 9. Выбор fg по трётьоктавному р ду предоп ределен требовани ми выделени  девиации частоты, выраженной в процентно отношении, при спектргшьном анализе в третьоктавных полосах. Если предположить динамический ди пазон выходных напр жений детектора (60 дБ), а число неое5ходимых различных полос равным в полосе примерно ,232 (третьоктавна полоса), то ширина частотного диапаз на детектировани  с фиксированной астотой fo и с требуемым динамичесим диапазоном определ етс  из U и. 5,:1м Ji.. , Х о 2 откуда fo 7/ 0,232 fj . Число переключаемых частот i обходимое дл  перекрыти  cL декад по частоте, определ етс  eg 10 -entieri,575o(.. 6 м rentier Eg- O,232 К примеру, если , тогда . Следовательно, в предлагаемом устройстве частотный диапазон детектировани  в п раз шире, чем в известном. Кроме того, применение выходного формировател  10 позвол ет избавитьс  от посто нной составл ющей при малих девиаци х частоты относительно f . , Формула изобретени  Цифровой частотный детектор, содержащий устройство управлени  тактовым генератором, тактовый генератор , счетчик и фильтр нижних частот, в котором выход устройства управлени  уактовым генератором соединен с выходом тактового генератора и со входом счетчика, .отлич ающ и и с   тем, что, с целью повышени  точности детектировани  и расширени  частотного диапазона, в него дополнительно введены входной формирователь , триггер, два дешифратора, пдекадный счетчик, выходной формирователь и переключатель детектируемой частоты, причем выход входного формировател  соединен с установочным входом триггера, выход которого соединен . со входом устройства управлени  тактовым генератором, с установочными входами счетчика и п-декадного счетчика, а также со входом выходного формировател , первые входы первого дешифратора соединены с выходами счетчика, вторые входы - с переключателем детектируемой частоты, а выход - со входом п-декадного счетчика, выходы которого соединены с первыми входами второго дешифратора, вторые входы ко-торого соединены с переключателем детектируемой частоты, выход второго дешифратора соединен со счетным входом триггера, а выход выходного формировател  соединен со входом фильтра нижних частот. . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Патент Японии 52-35274, кл. 98(5) Е 21 (Н 030) 3/00 , 08.09.77.

   Фиг.2

   w . Фиг.3