CC BY
27
хибки вимірювання лінійних розмірів температурних фрагментів, що надзвичайно важливо при вимірюванні параметрів зони розплаву в технології БЗП.
Просторово-частотний підхід при умові використання реальних значень вхідного контрасту та з врахуванням особливостей формування сигналу дозволяє отримати найбільш достовірні оцінки лінійних розмірів.
Підвищення точності вимірювання лінійних розмірів температурних фрагментів дозволить також вирішити задачу контролю розподілу температури в межах ділянки кристалізації, яка відіграє надзвичайно важливу роль в процесі зонної плавки.
Література
1. Порев В.А. Телевізійна пірометрія / В.А.Порєв. - К. :
АВЕРС, 2002. - 196 с.
2. Маркін М.О. Мультиспектральні телевізійні прилади контролю високотемпературних технологій / М.О.Маркін, Г.М.Згуровський, В.А.Порєв, Є.О.Бєлорусов, І.В.Бойко // Восточно-европейский журн. передовых технологий. - 2006. - №4/2 (22). - С.
24-26.
3. Пфанн В. Зонная плавка [Текст] / В.Пфанн. - М.: Мир,
1970. - 366 с.
4. Порев В.А. Контроль температурного поля зоны плавки
[Текст] / В.А.Порев // Дефектоскопия. - 2001. - № 5.
- С. 7-11.
5. Порєв В.А. Застосування приладів з електронним розгортанням зображення для аналізу параметрів зони плавки
[Текст] / В.А.Порєв // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 1998. - № 3. - С.
25-34.
6. Порев В.А. Телевізійна пірометрія [Текст] / В.А.Порєв. -
К. : АВЕРС, 2002. - 196 с.
7. Маркін М.О. Оцінка похибки вимірювання геометричних
параметрів за допомогою телевізійних інформаційно-вимірювальних систем [Текст] / М.О.Маркін, О.М.Маркіна // Вісник НТУУ «КПІ». Серія приладобудування, - 2009. - Вип. 38. - С. 102-106.
8. Коркунов Ю.Ф., Корнышев Н.П. Измерение геометри-
ческих параметров объектов при воздействии шума // Техника средств связи, серия «техника телевидения».— 1990.—Вып. 3.—С.76-80.
9. Рыфтин Я.А. Телевизионная система. Теория [Текст] /
Я.А.Рыфтин. - М.: Сов. радио, 1967. - 271 с.
10. Брацлавец П.Ф. Космическое телевидение [Текст] / П.Ф.Брацлавец, И.А.Росселевич, Л.И.Хромов. - М.: Связь, 1973. - 245 с.
11. Шостацкий Н.Н. Применение теории дискретизации для анализа разложения изображений на матрицах ПЗС [Текст] / Н.Н.Шостацкий // Техника средств связи. Сер. «Техника телевидения». - 1982. - Вып.2. - С.3-14.
12. Шульман М.Я. Измерение передаточных функций оптических систем [Текст] /М.Я.Шульман. - Л.: Машиностроение, 1980. - 208 с.
---------------□ □-------------------
Обґрунтовано структурну схему та проведено аналіз цифрового синтезатора частоти в якості збудника рефлектометра для дистанційного зондування біологічних об’єктів.
Ключові слова: цифровий синтезатор частоти, рефлектометричні системи, дистанційне зондування біологічних об’єктів.
□--------------------------------□
Обоснована структурная схема и проведен анализ цифрового синтезатора частоты в качестве возбудителя рефлектометра для дистанционного зондирования биологических объектов.
Ключевые слова: цифровой синтезатор частоты, рефлектометрические системы, дистанционное зондирование биологических объектов.
□--------------------------------□
Substantiates the structural scheme and made the analysis of digital frequency synthesizer as the causative agent scatterometer for remote sensing of biological objects.
Keywords: digital frequency
synthesizer, reflectometric systems, remote sensing of biological objects. ---------------□ □-------------------
УДК 621.317
ОБОСНОВАНИЕ И АНАЛИЗ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ СИНТЕЗАТОРА ЧАСТОТЫ В КАЧЕСТВЕ ВОЗБУДИТЕЛЯ РЕФЛЕКТОМЕТРА
И. В. Борохов
Ассистент кафедры «Охрана труда и безопасность
жизнедеятельности»
Таврический государственный агротехнологическогий университет пр. Б.Хмельницького, 18, г. Мелитополь, Запорожская обл.,
Украина, 72316 Контактный тел.: (0619) 42-11-52 E-mail: Bogdan110378@rambler.ru
А. Н. Мороз
Доктор технических наук, доцент Доцент кафедры автоматизированных электромеханических систем Харьковский национальный технический университет сельского
хозяйства им. Петра Василенка ул. Артема, 44, г. Харьков, Украина, 61002 Контактный тел.: 096-372-55-59 E-mail: moroz-fekt@inbox.ru
3
1. введение
Измерение электрофизических параметров биологических объектов в области медицины и сельского хозяйства является методологически основной задачей по контролю состава и свойств биовеществ и материалов. Кроме того, применение электромагнитных измерений для лечения людей и животных требует измерения диэлектрических параметров тканей и органов в широкой полосе частот дистанционным методом. Создание реф-лектометрических систем для дистанционного исследования электрофизических параметров биологических веществ невозможно без разработки возбудителей на основе цифровых синтезаторов частоты [1, 2].
2. Анализ предшествующих исследований
В настоящее время существуют рефлектометрические схемы для измерения электрофизических параметров веществ и материалов, но они не могут быть использованы для дистанционного измерения из-за отсутствия высокостабильных широкополосных возбудителей [3, 4].
3. цель статьи
Проведение анализа структурной схемы возбудителя рефлектометрической системы на основе цифрового синтезатора частоты.
для стабилизации частоты ГУН. Установка выходной частоты производится командой от ЭВМ или с панели управления, которая меняет коэффициент деления ДПКД. Меняя коэффициент деления ДПКД на выходе синтезатора можно получить сетку частот с шагом
= Ще (1)
где N - коэффицие нт деления ДПКД;
/ср - частота сравнения (шаг) на входе ФД.
Следуя методике, предложенной в [3], обобщенную структурную схему синтезатора, изображенную на рис.1, можно привести к линеаризованной эквивалентной схеме петли цифровой ФАП (рис. 2).
Рис. 2. Эквивалентная схема петли цифровой ФАПЧ
Система подобного типа описывается дифференци альным уравнением
ПуК (р) ¥ (р)
Р<Р-
N
■ А®„
(2)
4. изложение основного материала
Где р =-----оператор дифференцирования;
аі
В качестве возбудителя рефлектометрической системы выбран цифровой синтезатор частоты (СЧ) с фазовой автоматической подстройкой частоты (ФАПЧ), в обратной цепи которой помещен делитель частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД) (рис. 1).
Рис. 1. Структурная схема синтезатора частоты
Петля состоит из генератора, управляемого напряжением (ГУН), делителя частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД), фазового дискриминатора (ФД) и фильтра нижних частот (ФНЧ). Частота ГУН делится и сравнивается со стабильной опорной частотой. Напряжение ошибки, вырабатываемое ФД, используется
F(ф) - нормированная характеристика фазового детектора;
К(р) - коэффициент передачи фильтра нижних частот (ФНЧ);
Пу - полоса удержания;
Аин - начальная расстройка.
На выходе фазового детектора (ФД) создается напряжение
єфд = ¥(иогДПКД,Ф ) (3)
где єфд - напряжение на выходе фазового детектора, зависящее от амплитуд и мгновенной разности фаз двух сравниваемых колебаний иОГ и идПКд опорного генератора и ДПКД соответственно;
Ф* - мгновенная разность фаз колебаний на входе ФД.
Эти величины связаны с параметрами схемы следующими соотношениями:
иДПКД = ^ПКДиГУН Фгун
N
(4)
(5)
где иГУН - амплитуда напряжения генератора
управляемого напряжением (ГУН);
^пкд - коэффициент передачи напряжения
ДПКД;
N - коэффициент деления ДПКД; фГУН - мгновенная фаза колебаний ГУН;
ФОГ - мгновенная фаза колебаний опорного генератора (ОГ).
Е
Стабильность частоты выходного сигнала синтезатора определяется не только стабильностью кварцевого генератора, но зависит от схемы кольца ФАПЧ. Влияние схем кольца ФАПЧ на стабильность выходного сигнала синтезатора определяется возникающей в различных блоках случайной фазовой (частотной) модуляцией, обусловленной собственными шумами элементов схемы.
Учитывая, что возмущения малы и не выводят схему ФАПЧ из состояния синхронизма, тогда линеаризацией нелинейного уравнения ФАПЧ вблизи устойчивого состояния было получено следующее линейное дифференциальное уравнение:
(6)
KФHЧОу f (в) V '
ра;
где иГУН - флуктуации частоты кварцевого генерато-
иОГ - флуктуации частоты опорного генератора;
, Аа„,
= агссо$(-----—)
О,,
Коэффициент передачи линеаризованной системы ФАПЧ имеет вид:
K (ja) = , . 1 ■ s (7)
1 + G (ja)
G (ja) = j
KФДSУЭKФHЧ
(8)
где $УЭ - крутизна управляющего элемента ГУН. Выражение для спектральной плотности мощности фазовых флуктуаций ГУН SфВЫx получим через спектральные плотности мощности фазовых флуктуаций свободного ГУН и опорного генератора соответственно Srryн и SфОl
І
ц>ВЫХ
у ГУН
JvOT
G (ja)
І + G (ja)
(9)
1+& (»г
Для дальнейшего анализа конкретизируем тип фазового детектора. Выберем вид характеристики, которая описывается:
F(0) = cosв, (10)
в(і) = в0 + Р(і) (11)
где р(і) - малое {р2} ^ 1 случайное отношение фаз. В качестве ФНЧ применим пропорционально-интегри-рующий фильтр, поскольку он распространен в данных схемах, коэффициент передачи которого имеет вид [5]
K
І + j«T І + jaT
где Т = (R + R1) C и Т1 = R1 C1. Подставляя (10) и (12) в (9) получим: (1 + jaT) ja
K (ja)
(І + jaT) ja + Oy (1 + j®T1)sin в
(12)
(1З)
Как известно, флуктуации частоты выходного сигнала СЧ, кроме внешних возмущений (флуктуации опорного генератора) и собственных (флуктуации ГУН) могут быть обусловлены внутренними шумами, которые вместе с сигналом подстройки попадают непосредственно на управляющий элемент ГУН. В этом случае, например, для схемы СЧ с преобразованием, приведенной на рис. 3, в спектральной плотности мощности фазовых флуктуаций выходного сигнала СЧ появляются дополнительные слагаемые.
Рис. 3. Структурная схема ЦСЧ с преобразованием
$рвых = SvrmK1 (ja) + [SvOT +
+^ГДПКД + ЗрУПЧ + ЗуУМН ]K2 (ja)
(14)
где
®2(1 + «т 2)
1 (j ) a4T2 + «(1 + TOy sin в0)2 - 2a2TOy sin в0 + (Oy sin в0)2 ,
Kl( jm) --
(Osin в0)2(1 + ®T2)
a«T2 + a2(1 + TOy sinв0)2 - 2a2TOy sin в0 + (Oy sin в0)2 ’
где So - спектральная плотность мощности фазовых флуктуаций опорного генератора;
SvryH - спектральная плотность мощности фазовых флуктуаций ГУН;
Svm4 - спектральная плотность мощности фазовых флуктуаций УПЧ;
S?yUH - спектральная плотность мощности фазовых флуктуаций умножителя частоты.
Величина шумов, вносимых усилителями и смесителями в ветви обратной связи петли ФАПЧ, может быть сведена к пренебрежимо малой таким выбором уровней колебаний на их входах, чтобы заведомо удовлетворить требования к отношению сигнал-шум.
5. выводы
Проведенный анализ показал, что основной структурой построения возбудителя рефлектометра является цифровой синтезатор частоты, структура которого может быть хорошо проанализирована на основе предложенной методики.
Литература
Лоутон Р.Э. Импульсные измерения во временной области / Р.Э. Лоутон, С.М. Риад, Дж.Р. Эндрюс // ТИИЭР. -1986. - Т.74. - №1. - С.87-92.
Гоникман А.Б. Временной рефлектометр для измерения параметров струкутрно-сложных СВЧ трактов / А.Б. Гоникман, Н.И. Горлов, Н.Ф. Дубик // Методология и точные измерения. - 1976. - №1 - С.10.
Губернаторов О.И. Цифровые синтезаторы частот радиотехнических систем. / О.И. Губернаторов, Ю.Н. Соколов.
- Л.: «Энергия», 1973. - 176с.
Зарецкий М.М. Синтезаторы частоты с кольцом фазовой автоподстройки / М.М. Зарецкий, М.Е. Мовшович. - Л.: «Энергия», 1974. - 256с.
Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решеток / [Филиппов В. С., Пономарев Л. И., Гринев А. Ю. и др.]; под ред. Д. И. Воскресенского). -М. Радио и связь. 1994. - 592с.
a
3
