Устройство для измерения малых изменений частоты

 

Использование: измерение параметров физических объектов. Сущность изобретения: устройство содержит генераторы 1,3 и 6, источник 12 входного сигнала, ЧМ-модулятор 2, регулируемый усилитель 4, преобразователь 5 напряжение - ток, фазовый детектор 7, фильтры 8 и 10. блок 9 индикации , амплитудный детектор 11.1-2-3-7,12- 3-4-5-6-7-8-9, 7-10-11-4.2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (sa)s G 01 R 23/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

БЛ!! 9Ti-. i . 1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4846272/21 (22) 29.06.90 (46) 23.08.92. Бюл. ¹ 31 (71) Харьковский инженерно-педагогический институт (72) В.В.Рапин (56) Авторское свидетельство СССР № 410242, кл. 6 01 R 23/06, 1972.

Авторское свидетельство СССР

hL 661387,.кл. G 01 R 23/06, 1976.

4 с

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ЧАСТОТЫ (57) Использование: измерение параметров физических объектов. Сущность изобретения: устройство содержит генераторы 1, 3 и

6, источник 12 входного сигнала, ЧМ-модулятор 2, регулируемый усилитель 4, преобразователь 5 напряжение — ток, фазовый детектор 7, фильтры 8 и 10. блок 9 индикации, амплитудный детектор 11. 1-2-3-7, 123-4-5-6-7-8-9, 7-10-11-4. 2 ил.

1756829 где щ — резонансная частота контура генератора 6, которая выбирается равной eo..

Допустим, что изменения частоты выходного сигнала генератора 3 hNBH под действием внешнего происходит по пилообразному закону (кривая 1 на фиг.2а), Изме55

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров физических объектов, Цель изобретения — повышение точно- 5 сти измерения.

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства для измерения малых изменений частоты; на фиг.2 — эпюры, поясняющие его работу. 10

Устройство содержит последовательно соединенные вспомогательный генератор

1, частотный модулятор 2, управляющий генератор 3, регулируемый усилитель 4, преобразователь 5 напряжение — ток, опорный 15 "генератор 6, фазовый детектор 7, фильтр 8 низкой частоты, блок 9 индикации, а также последовательно соединенные паласовой фильтр 10 и амплитудный детектор 11, источник 12 входного сигнала, причем выход генератора 3 соединен с вторым входом фа- 20 зового детектора 7, а выход детектора 7 соединен с входом полосового фильтра 10, выход амплитудного детектора 11 соединен с управляющим входам регулируемого уси-, лителя 4, выход источника 12 входного сиг- 25 нала подключен к второму входу генератора

3.

Генератор 1 имеет частоту выше наибольшей граничной частоты спектра полезного сигнала и он осуществляет модуляцию 30 частоты колебаний генератора 3 N1 Тогда в1 =6МЭ+ДNÚ =Щ3+ДЩ3+ДаЪ„

> где ао — резонансная частота контура генератора 3 в автономном режиме;

Дво и Дв н — ee изменения под дейст- 35 вием опорного сигнала и внешнего.

Выходной сигнал генератора 3 синхронизирует колебания генератора 6. Разность фаз сигналов этих генераторов содержит информацию об изменении частоты сигнала 40 . генератора 3 в соответствии с выражением где I — амплитуда сигнала си хронизации; р- характеристическое сопротивление

45 контура;

Ас A0 — амплитуда колебаний в режимах синхронизации и автономной, и выделяется фазовым детектором 7.

A N = N1 м = N1 — м3 = Д юо + Д ®вн ° нения резонансной частоты контура Део за счет влияния опорного сигнала изображены кривой 2. Тогда в соответствии с выражением (1), графически представленным зависимостью 3 на фиг.2б, выходной сигнал фазового детектора 7 представляет входные зависимости в искаженном виде (кривая 4, фиг.2в). Величины фазового сдвига, обусловленные составляющей Део, зависят от значений Диъ <, Др <Др"(фиг.36), что обусловлено нелинейностью выражения (1).

Если теперь изменять величину сигнала синхронизации таким образом, чтобы Дф =Др постоянно, то это означает линеаризацию нелинейной зависимости 3— прямая 5 и воспроизведение входных зависимостей (фиг.2а) беэ искажений (кривая 6 фиг.2в). Изменение сигнала синхронизации приводит к дополнительному положительному эффекту — расширяется полоса синхронизации Дщ — Дщ > ДФв — Дшн1, т.е. если изменения частоты генератора 3 превысйт интервал Ac0g — 60+, то уменьшение величины сдвига фазы, осуществляется путем увеличения амплитуды тока синхронизации при увеличении расстройки

Дв согласно выражению (1), что приводит к увеличению полосы синхронизации.

Для осуществления приведенных положений в предлагаемом устройстве производится модуляция резонансной частоты контура вспомогательным гармоническим сигналом. Затем из сигнала фазового детектора 7 выделяется этот сигнал и далее вводится автоматическая система регулирования величины сигнала синхронизации, которая функционирует так, чтобы амйлитуда опорного сигнала на выходе фазового детектора 7 оставалась неизменной.

Устройство работает следующим образом.

Выходной сигнал вспомогательного генератора 1 0 - асоз Q t воздействует на модулятор 2, который осуществляет тональную частотную модуляцию сигнала генератора 3 с частотой Q. Частотная модуляция этого же сигнала осуществляется посредством источника 12 входного сигнала, с помощью которого регистрируется интересующий параметр физического объекта, например влажность, перемещение и т.д, Выходной сигнал генератора 3 можно записать в виде

1 =л сов(((ma+ф(r)) +ац сов Йt) т+ () где ф(1) — функция, которая является носителем полезной информации о физическом

-,, 1756829

5 6 объекте и вызывает изменение частоть сиг- ходной сигнал которого Одопределяется ве-, нала в пределах от амин до вмакс личиной амплитуды входного;

eo — резонансная частота контура ге- 0д= К2 az, нератора 3 при отсутствии модуляции; где К2 — константа, eg сов Qt- составляющая, которая 5 и отслеживает изменение последнего. представляет изменение частоты выходно.- Это напряжение воздействует нэ управго сигнала, вызванного воздействием сиг- ляющий вход регулируемого усилителя 4 и нала вспомогательного генератора 1; осуществляет регулирование его коэффицир начальная фаза. ента усиления, Блоки 4 — 7,10 и 11 замкнуты

Частота модуляции 0 > ) o a c, вели- 10 а кольцо и представляют систему автоматичина Ng< ((вмакс имин),т.е. амплитуда ческого регулировйкйя, назначение которой дополнительно введенной тональной час- осуществлять изменение коэффициента тотной модуляции меньше изменений час- усиления регулируемого усилителя 4, что тоты сигнала, обусловленных полезной выэывэетизменениевеличинысигналасининформацией. Далее выходной сигнал гене- 15 хронизации таким образом, чтобы поддерратора 3 обрабатывается регулируемым живать амплитуду "эи2 вспомогательного усилителем 4, с помощью которого произво- опорного сигнала нейэменной в процессе дится изменение его амплитуды. Затем он работы устройства, Это означает, что крупосредством преобразователя 5 напряже-. тизна хэрактеристикй феобразовэния поние — ток преобразуется вток, которыйосу- 20 стоянна во всем диапазоне изменения ществляет синхронизацию колебаний информационной составляющей g (t). Согенератора 6. Наличие преобразователя б хранение ширины полосы синхронизации обусловлено спецификой синхронизации приводит к увеличению крутизны преобраопорного генератора 6, В результате про- эования (прямая 7, фиг.2б). цесса синхронизации изменение частоты 25 Диапазон синхронизации опорного гесигнала синхронизации преобразуется в нератора 6 выбирается больше диапазона фазовый сдвиг. изменения частоты генератора 3, Выходной сигнал генератора 6 можно Формула изобретения записать в виде Устройство для измерения малых измед с ф ее+ду Вассер )С В >(в)) z> 30 иении частоти. содержащее источник входного сигнала, опорный генератор, фазовый где фаза детектор и индикатор, йричем выход опор- . . ф K(((t) + 3 cos Ot) ного генератора соедййен С первым входом которая выделяется фазовым детектором 7. фазового детекторэ, о т л и ч а ю щ е е с я

Выходной сигнал его поступает на вход,35 тем, что, с целью повышения точности измефильтра8 нижних частот, граничная частота Рения, в него введены последовательно сокоторого выбрана так, чтобы уверенно пода- единенные вспомогатЕльный генеРатоР и вить гармонический сигнал а соз Qt, обус- частотный модулятор, а также преобраэоваловленный вспомогательным генератором тель на р жение — ток, фильтР низкой час1. 40 тоты, последовательно соединенные.

Таким образом, выходной сигнал филь- - полосовой фильтр и амплитудный детектор, тра 8 нижних частот имеет вид РегУлиРУемый Усилитель и УправлЯющий геU> =Kl () нератор, к второму входу которого подклюи представляет полезную информацию, за- чен исто ник в одного сигнала, выход кл оченную в сигнале генератора 3. Затем 45 частотного модулятора соединен с первым сигнал и1 поступает в блок 9 индикации; входом УправлЯющего генератора, выход

Выходной сигнал фазового детектора 7 котоРого подключен к второму входУ фэзопоступает также на вход полосового фильт- вого детектоРа и вхоДУ РегУлиРУемого Уси ра 10 назначение которого — выделйть . лителя, выход этого Усилителя соединен с вспомогательный опорный гармонический 50 входом преобразователя напряженйе — ток, сигнал и исключить прохождение информа- выход которого соединен с в одом опорного ционной составляющей (т) генератоРа, выход фаэового детектора подВыходной сигнал полосового фильтра ключен к входам Фильтра низких частот и

10 можно представить следующим образом полосового фильтра, с выхбдоми фильтра

U2 = a2cos Qt, 55 низких частот соединен вход блока индика. где az — константа. ции, выход амплитудного детекчтхора соедидаЛЕЕ НаПряжЕНИЕ >2 дЕТЕКтирувтСя C НЕН С УПРЭВЛЯЮЩИМ ВХОДОМ ЯГУЛхИРУЕМОГО помощью амплитудного детектора 11, вы1756829

Корректор О.Кравцова

Заказ 3086 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35; Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Редактор А.Козориз

Составитель

Техред М.Моргентал