PL156743B1

PL156743B1 - Sposób i uklad do pomiaru sredniej czestotliwosci niestacjonarnego sygnalu okresowego wobecnosci zaklócen PL PL PL

Info

Publication number: PL156743B1
Application number: PL26762287A
Authority: PL
Priority date: 1987-09-07
Filing date: 1987-09-07
Publication date: 1992-04-30
Also published as: PL267622A1

Abstract

Sposób cyfrowego pomiaru sredniej cze- stotliwosci niestacjonarnego sygnalu okreso- wego w obecnosci zaklócen, znamienny tym, ze dokonuje sie pomiaru czasu trwania wszyst- kich kolejnych okresów mierzonego sygnalu, zapamietuje sie wyniki pomiarów kolejnych okresów, a po zakonczeniu pomiarów wszyst- kich okresów dokonuje sie estymacji okresu mierzonego sygnalu metodami obliczen nu- merycznych. fig. 1 PL PL PL

Description

RZECZPOSPOLITA

POLSKA

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej @ OPIS PATENTOWY¹® PL © 156743 ® BI (°) Numer zgłoszenia: 267622

Ο9 IⁿtCi^5:

G01R 23/02

Data zgloszema: ^07.09.¹⁹⁸⁷

Sposób i układ do pomiaru średniej częstotliwości niestacjonarnego sygnału okresowego w obecności zakłóceń

		©	Uprawniony z patentu: Polska Akademia Nauk, Instytut Geofizyki,
			Warszawa, PL
Zgłoszenie ogłoszono:
	17.04.1989 BUP 08/89	©	Twórcy wynalazku: Antoni Ostaszewski, Warszawa, PL Mieczysław Rekowski, Belsk Duży, PL
©	O udzieleniu patentu ogłoszono:
	30.04.1992 WUP 04/92

BI

57) Sposób cyfrowego pomiaru średniej częstotliwości niestacjonarnego sygnału okresowego w obecności zakłóceń, znamienny tym, że dokonuje się pomiaru czasu trwania wszystkich kolejnych okresów mierzonego sygnału, zapamiętuje się wyniki pomiarów kolejnych okresów, a po zakończeniu pomiarów wszystkich okresów dokonuje się estymacji okresu mierzonego sygnału metodami obliczeń numerycznych.

SPOSÓB I UKŁAD DO POMIARU ŚREDNIEJ CZĘSTOTLIWOŚCI NIESTACJONARNEGO SYGNAŁU OKRESOWEGO « OBECNOŚCI ZAKŁÓCEŃ

Zastrzeżenia patentowe

Claims

1. Sposta cyfrowego pomiaru średniej częstotliwości niestactonarnego sygnału okresowego o obecności zakłóceń znamienny tym. ze dokonuje się pomiaru czasu trwania wszystkich kolejnych okresow mierzonego sygnału, zapamiętuje się oniii oo^ai^:^o kolejnych □<resoo, a po zakończeniu pomiamw wszystkich okresow dokonuje się estymacji okresu mierzonego sygnału metodami policzeń numerycznycn

Z. Sposoo cyfrowego pomiaru śreoniej częstotlwości niestajóonarnego sygnału okresowego w opecnosci zakłóceń według zastrz. 1, znamienny tym, ze dokonuje się pomiaru czasu trwania Kolejnych okresów sygnału parzystycn osoono i nieparzystych osobno.

3. Sposóo cyfrowego pomiaru średniej częstotlówości niestacóonarnego sygnału okresowego w obecności zakłóceń według zastrz. 1, z n a m i e η n y t y m, ze dokonuje się pomiaru czasu początku kolejnych okresów sygnału i oblicza się czas trwania kolejnych okresów sygnału jako różnicę kolejnych wyników pomiarów.

4. Układ do pomiaru średniej częstotliwości niestacjonarnego sygnału okresowego w obecności zakłóceń, znamienny tym, że zawiera kaskadowo połączone komparator /«/, układ pomiaru czasu kolejnych okresów sygnału /UPO/ i układ mikroprocesorowy /mP/.

5. Układ do pomiaru średniej częstotliwości niestacjonarnego sygnału okresowego w obecności zakłóceń według zastrz. 4, znamienny t y m, ze układ pomiaru czasu kolejnych okresów sygnału /UPO/ zawiera dwa liczniki /L i L^ /, których wyjścia dołączone są do układu .mikroprocesorowego /mP/, a wejścia do bramek /3^ i B^/ bramkujących impulsy generatora wzorcowego /GW/, przy czym bramki te są sterowane z wyjść okładu rozdzielającego /UR/ sterowanego sygnałem komparatora /K/.

6. Układ do pomiaru średniej częstotliwości niestacjonarnego sygnału okresowego w obecności zakłóceń według zastrz. 4, znamienny tym, ze układ pomiaru czasu kolejnych okresów sygnału /UPO/ zawiera licznik /L_ra0^/ sterowany impulsami generatora wzorcowego /GW/, którego wyjście podłączone jest do wejścia pamięci buforowej /PB/ sterowanej z wyjścia komparatora /K/ zapamiętującej stan licznika /L_mod/> a wyjście pamięci buforowej /PR/ podłączone jest do wejścia układu mikroprocesorowego /mP/.

* * *

Przeomiotem wynalazku jest sposób i układ do pomiaru średniej częstotliwości niestacjonarnego sygnału okresowego w obecności zakłóceń. Przeznaczony jest on do dokładnego cyfrowego pomiaru częstotliwości impulsów zakłóconych szkodliwą modulacją fazy, zwłaszcza w mag netometrach, wzorcach częstotliwości i telemetrii.

Znane i stosowane powszechnie układy cyfrowych mierników częstotliwości, które składają się z bramki impulsów otwieranej na czas pomiaru i licznika cyfrowego charakteryzują się zależnością błędu pomiaru od wartości fluktuacji fazy w dwu chwilach czasowych: w chwili otwarcia oraz w chwili zamknięcia bramki. W celu zmniejszenia błędów pomiarów stosuje się wstępną filtrację sygnału za pomocą analogowych filtrów selektywnych lub układów pętli synchronizacji fazowej. Układy te działające prawidłowo dla sygnałów stacjonarnych zastosowane do pomiaru sygnałów niestacjonarnych wprowadzają dodatkowe błędy pomiaru związane z istnieniem w tych układach stanów nieustalonych (procesów przejściowych).

Z polskiego opisu patentowego nr 121596 znany jest okład cyfrowego miernika średniej częstotliwości impulsów zawierający filtr cyfrowy o charakterystyce dolnoprzepustowej. Istota zasady działania tego układu polega na pomiarze ilości mierzonych impulsów zakłóconych szkodliwą modulacją fazy zawartych pomiędzy kolejnymi impulsami taktu zegarowego a następnie uśrednianiu otrzymanych wyników cząstkowych w filtrze cyfrowym metodą arytmetycznej średniej ważonej.

Istota sposobu pomiaru średniej częstotliwości niestacjonarnego sygnału okresowego w ooec

156 743 ności zakłóceń polega na tym, że dokonuje się pomiaru czasu trwania wszystkich kolejnych okresów i je zapamiętuje się a po zakończeniu pomiarów wszystkich okresów dokonuje się estymacji okresu mierzonego sygnału i jego częstotliwości metodami obliczeń numerycznych. Pomiaru czasu trwania kolejnych okresów sygnału dokonuje się dla sygnałów parzystych osoDno i nieparzystych osobno. Pomiaru czasu trwania okresów sygnału dokonuje się przez pomiar czasu początku kolejnych okresów sygnału i oblicza się czas trwania kolejnych okresów sygnału jako różnicę kolejnych wyników pomiarów. Metoda ta pozwala na dobranie optymalnego estymatora dającego minimalny błąd pomiaru zależności od charakteru zakłóceń oraz parametrów mierzonego sygnału.

Istota układu do pomiaru średniej częstotliwości niestacjonarnego sygnału okresowego w obecności zakłóceń polega na tym, że zawiera kaskadowo połączone komparator, układ pomiaru czasu kolejnych okresów sygnału i układ mikroprocesorowy. Układ pomiaru czasu kolejnych okresów sygnału zawiera dwa liczniki, których wyjścia dołączone są do układu mikroprocesorowego, a wejścia do bramek bramkujących impulsy generatora wzorcowego. Bramki są połączone z wyjściami układu rozdzielającego sterowanego sygnałem komparatora. Układ pomiaru czasu kolejnych okresów sygnału zawiera licznik sterowany impulsami generatora wzorcowego. Wyjście tego licznika podłączone jest do wejścia pamięci buforowej sterowanej z wyjścia komparatora zapamiętującej stan tego licznika. Wyjście pamięci buforowej podłączone jest do wejścia układu mikroprocesorowego.

Przy wykorzystaniu sposoou według wynalazku i posługując się układem według wynalazku można w całości zautomatyzować pomiary częstotliwości niestacjonarnych sygnałów, bez używania elementów mechanicznych, a uzyskiwane wyniki są w postaci cyfrowej. Pozwala to w konsekwencji ułatwić wykonywanie pomiarów szczególnie w warunkach polowych.

Przedmiot wynalazku jest odtworzony na rysunku, którego fig. 1 przedstawia schemat blokowy układu według wynalazku przeznaczonego do pomiaru częstotliwości sygnału i zawierającego dwie bramki, zaś fig. 2 - schemat blokowy takiego samego układu, w innym wyxonaniu,zawierającego pamięć buforową.

Przykładowo wykonany układ według wynalazku, przedstawiony na fig. 1, a przeznaczony do pomiarów średniej częstotliwości sygnału procesji protonów, ma obwód wejściowy OM dołączony do wyjścia sondy /S/. Na wyjściu obwodu wejściowego /OW/ znajdują się połączone kaskadowo wzmacniacz szerokopasmowy /MS/, filtr selektywny /FS/, komparator /K/, układ pomiaru okresu /UPO/ oraz mikroprocesor /mP/. W tej wersji układu według wynalazku, układ pomiaru okresu /UPO/ ma układ rozdzielania impulsów /UR/ dołączony do wyjścia komparatora /K/ i na wyjściu ma dołączone dwie równoległe bramki /B^/ i /8?/ sterowane impulsami z generatora sygnałów wzorcowych /GW/. Na wyjściach bramek znajdują się liczniki, odpowiednio /L^/ i /L?/·

Wyjścia tych liczników dołączone są do mikroprocesora /mP/.

Przedstawiony na fig. 2 układ różni się od przedstawionego na fig. 1 budową układu pomiaru okresu /UPO/ . W tej wersji układu według wynalazku, układ pomiaru okresu /UPO/ ma pamięć buforową /PB/, której jedno wejście dołączone jest do wyjścia komparatora /../, a drugie wejście dołączone jest do licznika typu modulo N sterowanego impulsami z generatora sygnałów wzorcowych /GW/. Wyjście pamięci buforowej /PB/ dołączone jest do mikroprocesora /mP/.

Sposobem według wynalazku dokonuje się pomiarów następująco: Liczniki i L2 zliczają naprzemian impulsy taktu zegarowego z generatora wzorcowego w czasie trwania kolejnych parzystych i nieparzystych okresów mierzonego sygnału. Układ /UR/ rozdzielający impulsy generatora wzorcowego /GW/ do obu liczników za pomocą bramek 8^ i 82 jest sterowany z wyjścia komparatora /K/ i zmienia swój stan na przeciwny na początku każdego okresu mierzonego sygnału. Stan liczników L^ i L2 jest odczytywany przez układ mikroprocesorowy /mP/ naprzemian w czasie, gdy impulsy zegarowe kierowane są do drugiego licznika. W drugiej wersji układ pomiaru okresów zawiera pamięć buforową /PB/ sterowaną z wyjścia komparatora /K/, która zapamiętuje stan licznika /L_m(j j/ sterowanego generatorem wzorcowym /GW/ na początku każdego okresu mierzonego sygnału. Wyjście pamięci buforowej podłączone jest do układu mikroprocesorowego /mP/, który odczytuje jej zawartość i oblicza czas trwania kolejnych okresów.

Obróbka sygnałów w układzie odbywa się następująco:

156 743

Sygnał odbierany przez sondę /5/ jest sygnałem swobodnej precesji protonów w polu magnetycznym. Jest on wzmacniany we wzmacniaczu szerokopasmowym /WS/. Następnie sygnał jest filtrowany w filtrze selektywnym /FS/ o programowanej częstotliwości środkowej w celu zwiększenia stosunku sygnału do szumów. W komparatorze następnie wyznacza się chwile przejścia sygnału przez zero poprzez porównanie sygnału z poziomem zerowym. W pierwszej wersji sposobu według wynalazku, w układzie rozdzielającym /UR/ kolejne chwile przejść przez zero sygnału zmieniają stan układu powodując zamknięcie jednej bramki i otwarcie drugiej.

Impulsy taktów zegarowych, bramkowane w bramkach /8^ i 82/ zlicza się w licznikach /L^ i L,/, kolejno dla parzystych i nieparzystych okresów sygnału. Liczba impulsów, zliczona przez licznik /L^/ przykładowo stanowi czas trwania okresu parzystego, a zliczona przez licznik/L2 / - okresu nieparzystego. Układ mikroprocesora /roP/ odczytuje czas trwania wszystkich okresów, uśrednia otrzymane wyniki i oblicza częstotliwość sygnału.

U drugiej wersji soosobu według wynalazku, po wyznaczeniu chwil przejścia sygnału przez zero, co odbywa się w komparatorze, kolejne chwile przejścia przez zero sygnału precesji oowodują zapamiętanie stanu licznika L w pamięci buforowej /PB/ Licznik jsst sterowany z generatora sygnałów wzorcowych /GW/. Układ mikroprocesora odczytuje kolejne, stany pamięci buforowej /PB/. Różnica dwóch kolejnych odczytanych stanów jest czasem trwania kolejnego okresu. Mikroprocesor /mP/ uśrednia otrzymane wyniki i oblicza częstotliwość sygnału.