Дискриминатор частоты допплера

О П И С А Н И Е 3182 52

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Соеетских

Социалистических

Республик

К ПАТЕНТУ

Зависимый от патента кчое

Заявлено 14.Ч.1968 (Xo 1238788/26-9) МПК Н 03d 3!06

Приоритет йомитет IlO делам изобретений и открытий прп Совете Мииистрое

СССР

УДК 621.376.33(088.8) Опубликовано 19.Х.1971. Бюллетень № 31

Дата опубликования описания 21.XII.1971

Автор изобретения

Иностранец

Фрэнсис Маклеод, Смл (Соединенные Штаты Америки) Иностранная фирма

«Меннен Грейтбэтч Электроникс Инк» (Соединенные Штаты Америки) Заявитель

ДИСКРИМИНАТОР ЧАСТОТЫ ДОППЛЕРА

Изобретение относится к области радиотехники и может быть иапользовано IB дискриминаторах сигналов частоты Допплера, которые образуются посредством отражения колебаний несущей частоты от движущегося объекта.

В известных дискриминаторах обычно практически слабый сипнал частоты Догаплера непосредственно сравнивается с сигналом несущей частоты. Это требует высокой стабилизации схемы, но удовлетворительной точности измерений при этом, как,правило, не достигается.

В предлагаемом дискриминаторе с целью повышения стабильности характеристик, точности дискриминатора и упрощения схемы к разнополярно включенным на выходе фильтра диодам подключены два детектирующих каскада, выполненные, например, по схеме с удвоением. Нагрузки каскадо в соединены с общей птиной.

На фиг. 1 изображена схема дискриминатора; на фиат. 2 — векторная диаграмма натряжений; на фиг. 3, 4 — диаграммы напряжений на выходе дискриминатора. Дискриминатор содержит фильтр 1, детекторный каскад 2, конденсаторный каскад 8, усилительный каскад 4, каскад 5, состоящий из двух детектирующих каскадов, выполненных, например, по схеме с удвоением, нагрузки которых соединены с общей шиной.

На входные клеммы б, 7 фильтра постуS пает сигнал высокой частоты, состоящий из сигнала несущей частоты и,;по крайней мере, одного сигнала Допплера, частота которого сдвинута относительно частоты несущего сигнала соответственно переменной или посто10 янной . скорости движущегося объекта, отражающего сигнал несущей частоты.

Фильтр 1 состоит, например, из катушек

8 — 10 индуктивности. Оси катушек расположены пар аллельно. Один конец катушки 9

1s присоединен к .концу катушки 8, а другой— к средней точке 11 катушки 10. Катушка ипдукти вности 10 и,конденсатор 12 образуют резонансный LC- контур, настроенный на несущую частоту, которая подается на клеммы

20 б, 7. Фильтр ымеет д ва выхода (точки А и В).

Сигналы с выходов фильтра поступают на входы двухканального детекторного каскада 2. В каждом кампале этого каскада имеется по одному диоду 13 (14), причем диод одного

2S канала включен встречно относительно диода другого канала.

На выходе каскада к аноду одного диода и к катоду другого подключены резисторы 1б.

318252

15 г0

1б, место соединения, которых связанно с общей шиной.

Фильтр 1 является двухканальным с нелинейными характеристиками пропуска ния, одна из которых является положительной относительно одного канала, а другая — отрицательной относительно другого.

Элементы фильтра 1 настраиваются таким образом, чтобы сигналы, поступающие от отражающего объекта, который находится в покое, на выходе фильтра, в точках А и В, могли быть изображены посредством двух выходящих из общей точки О сдвинутых противоположно по фазе векторов ОА и ОВ. Причем точки А и В векторов лежат на касающихся окружностях m и и, а вектор, соединяющий точки А и В проходит через точку касания х этих окружностей. Сигнал в точке А и, следовательно, вектор

ОА, содержат две составляющие. Первая составляющая ОХ вЂ” это напряжение сигнала в точке 11 схемы, совпадающее по фазе. Вторая составляющая ХА представляет собой ситнал, сдвинутый по фазе на 90 при прохождении через резонансный контур L

-3» -+- — >- — 3 -+сюда ОА=ОХ+ХА и ОВ=ОХ+ХВ.

Если отражающий объект движется, и частота отражен ного сигнала (сигнала Допплера) отклоняется от частоты несущего сигнала, то сигналы в точках А и В изображаются векторами ОА, ОВ, которые сдвинуты по фазе относительно веипоров ОА, ОВ и точки

А1 В которых лежат на окружностях m и и, а раэностный вектор А1В, проходит через точку Х. Отсюда следует, что, если амплитуда сигнала повышается на одном из выходов фильтра (в точке А или В) при повышении частоты Допплера, то при этом на другом выходе амплитуда сигнала понижается.

С выходов фильтра сигналы несущей частоты и частоты Долплера поступают на входы детекторного каскада 2, на выходах которого (в точках С и Д ) в качестве продуктов модуляции возникают низкочастотные сигналы противоположной полярности. Как показано на фиг. 2, один низкочастотный сигнал имеет абсолютное значение, соответствующее длине вектора ОА, а другой низкочастотный сигнал абсолютное значение, соответствующее длине вектора ОВ . Возникающие в детекторном каскаде продукты модуляции содержат сигнал низкой частоты, значение которого .пропорционально значению напряжения IBblcOIKOH боковой частоты, 1подаваемой на детекторный каскад, а частота равна разности между несущей и боковой частотами, Поэтому при возрастающей частоте высокочастотной боковой полосы возрастает значение напряжения низкой частоты в точке С, в то время как падает значение напряжения .низкой частоты в точке D. Когда падает частота высокочастотной бобековой полосы, происходит обратное. Это соотношение показано на фиг. 3 и 4, где обозначены частота Допплера через

f, несущая частота через fp, а абсолютное значение сдвига частоты Донплера через )Af)

Абсолютные значения ) е, и ) ea напряжений продукта модуляции низкой частоты в точках С и Р приведены на фиг. 3 и 4, в функции абсолютной величины ) hf ) сдвига частоты Допплера.

Если движущийся объект, приближается к приемной антенне, то f) f„а значение напряжения в точке С падает с уменьшающейся скоростью по линии от t к 5. Одновременно растет на пряжение в точке D вдоль ли нии

rS . Если отражающее тело удаляется от антенны приемни|ка, то f(fp, а напряжение в точечке С растет с уменьшающейся скоростью но линии rS, в то |время как напряжение в точке D падает iso линии tS. Так как показанные на фиг. 3 и 4 соотношения имеют форму буквы «К», то каскад 2 обозначается как

К-детекторный (каскад.

Частота напряжений е, и ед продукта модуляции является низкой частотой для боковой частоты Допплера, удаленной довольно далеко от несущей частоты, но падает для боковых частот .вблизи несущей частоты на пороге низких частот и, на конец, при совпадении боковой частоты с несущей частотой доходит до нуля, то есть на пряжения продукта модуляции становятся постоянными напряжениями. Таким образом, имеется информация сигнала До1пплера в форме переменных напряжений в точках С .и D, в то время как несущее напряжение выпрямляемся:в,постоянное. Преобразование несущего на пряжения

:в,постоянное имеет большое преимущество, так как несущий сигнал обычно намного мощней, чем сигнал Допплера, поэтому в из1вестных схемах дискриминатора слабые сигналы

Допплера часто практически затухали.

Та к как первоначальный сигнал несущей частоты,преобразуется по средством каскада 2 в сигнал постоянного то ка, то составляющие несущей частоты входного сигнала исключаются посредством конденсаторного каскада 8 (каскада блокировки KIocTOBIHHîão тока), который в простейшем варианте состоит из. двух последовательно включенных ,конденсаторов 17, 18. На выходе каскада 8 стоит каскад 4 усиления низкой частоты. Так как этот каскад практически блокирует очень нивские частоты вблизи уровня, постоянного тока, то отрезки линий фиг. 3 и 4 вблизи 5 и S в действительности прерываются. Усилительный .каскад 4 имеет усилитель 19 с конденсатором 20 на выходе и усилитель 21 с конденсатором 22 на выходе.

Конденсаторы 17, 18, 20, 22 и усилители низ кой частоты 19, 21 не изменяют характеристик, показанных на фиг. 3 и 4 (не говоря уже об упомянутых очень низких частотах), так что на пряжения, поступающие на точки Е и F, соответствуют напряжениям, на точках

С и D на фиг. 3 и 4. С другой стороны, сдвиг частоты Допплера Af пропорционален скорости движения объекта, так что фиг, 3 и 4

5 изображают также напряжения iв точках E и 1 в функции этой скорости.

Если движущий ся ооъе кт,приближается со скоростью v, то ординаты U и U изображают напряжения в точках Е и F. Если этот объект удаляется с равномерной скоростью, то эти напряжения изображаются в точках Е и F посредством ординат W и W . Отсюда видно, что W=У и разность U — W=Z пропорциональна v. Скорость v .при этом может быть измерена посредством разности напряжений в Е и F и для этой цели, как показано на фиг. 1, предусмотрен двухканальный каскад

5. Каскад 5 может быть выполнен ао обычной схеме, чтобы подавать к выходным клеммам

23, 24 отдельное напряжение, значение которого и полярность показывают, насколько велика скорость движущегося объекта и приближается он или удаляется. Если имеется большое число движущихся объектов, которые перемещаются с различными скоростями, то на выходных клеммах 23, 24 .получают преимущественно среднее квадратичное значение скоростей всех этих объектов.

Каскад 5 содержит два детектирующих каскада, выполненных, например, по icxeMe c удвоением. В первом каскаде предусмотрены выпрямители 25 и 25, резистор 27 и КСконтур с резистором 28 и конденсатором 29.

Во втором каскаде включеlHbI выпрямители 30, 31, резистор 32, КС-контур с резистором 33 и |конденсатором 34.

Место соединения RC-контуров подключено к общей шине. Данные параметров выбираются таким образом, чтобы на клеммах 23, 24 получалось среднее квадратичное разностей входных на пряжений.

Необходимо заметить, что о бычные схемы и приспособления средней квадратичной величины могут быть заменены рассмотренным выше двухканальным дифференциальным каскадом. Напряжения в точках Е и F могут, например, быть превращены в тепловую энергию, которая затем может быть измерена и выделена с помощью термоэлементов, для того что бы,получить выходной сигнал квадратич ной средней величины.

Изобретение преимущественно может быть иопользовано для измерения потомака жидкости, частички которой отражают высокую частоту, при этом поступает большое число сигналов Допплера.

318252

Обычно диаграмма жидкости проводника или трубы содержит, полосы потокон различной скорости, fIIpH этом скорость, вблизи стенки трубы равна почти нулю, а около оси трубы:наибольшая. Различные полосы потока воспроизводят широкий спектор частоты Допплера и отсюда желательно комбинировать ,соответствующие измерительные составляющие таким образом, чтобы комбинация отоб1р ражала весь поток. Имеющаяся в каждой составляющей мощность должна слагаться, что может быть за фиксировано электрически, при этом образуется среднее квадратичное амплитуд составляющих (среднее квадратичное зна15 чение) .

К-детекторный каскад может быть также использован и для дискриминаторов модулированной частоты в приемниках станций дистанционной передачи и т. д. при модулиро2р ванной частоте с одной боковой полосой. При подобном применении используется двухканальный каскад 5 для образования средней квадратичной величины.

Следует отметить, что рассматривались и были выделены существенно новые признаки изобретения и описывалась предпочтительная конструкция дискриминатора. Однако,различные признаки могут быть опущены, заменены или изменены, принимая во внимание, какая форма и какие узлы различных показанных приспособлений и .цепей тока имеются в виду, без отклонения от сущности изобретения.

Предмет изобретен ия

Дискриминатор частоты Допплера, содержащий фильтр на входе, состоящий из двух индуктиано связанных катушек индуктивности и 1 С-контура, настроенного на несущую

40 частоту, к средней точке кату|шки Индуктивности которопо подключен конец одной из упомянутых катушек индуктивностей, а нагрузкой фильтра являются два разнополярно включенных диода с резисторами, соединен45 ными с общей шиной, и два усилителя, отличаюи ийся тем, что, )c целью повышения стабильности характеристик, точности дискриминатора и упрощения схемы, к упомянутым диодам через конденсаторы подключены два

5Q детектирующих каокада, выполненные, например, по схеме с удвоением, нагрузки которых также соединены с общей шинной.

318252

r, 1

Is

I1! I „!

I eqI

Фиг. Г

Составитель М. Порфирова

Редактор В. С, Левятов Техред А. А. Камышникова Корректоры: Т. А. Китаева и Е. И. Усова

Заказ 3536/13 Изд. № 1485 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Фс г.1 /e

У,У

0 V (Л"!

УФ2 У

0 и !д фиг 4