專利名稱:多用時(shí)頻信號(hào)測試儀的制作方法
本發(fā)明涉及測試兼發(fā)送移頻自動(dòng)閉塞信號(hào)的多用時(shí)頻信號(hào)測試儀，是對鐵路行車安全進(jìn)行檢測與監(jiān)督的測試工具。
自動(dòng)閉塞對鐵路運(yùn)輸?shù)闹匾饔檬潜ＷC行車安全提高通過能力，至1980年底，我國已安裝移頻自動(dòng)閉塞的區(qū)段已達(dá)4200公里，測量移頻發(fā)生器時(shí)要用移頻頻率計(jì)，試驗(yàn)移頻接收器時(shí)要用移頻信號(hào)源，但因沒有合適的測試工具，給維修造成困難。
公用的移頻自動(dòng)閉塞信號(hào)接收器里有5個(gè)諧振槽路，它只能對指定的頻率有選頻作用，接收別的頻率就要更換相應(yīng)的諧振槽路，不便于測試多種移頻信號(hào);移頻信號(hào)接收器是利用鑒頻器來解調(diào)移頻信號(hào)，它只能檢測F0分量，不能檢測出f上與f下兩個(gè)分量;此外，移頻信號(hào)發(fā)生器以LC振蕩器為基礎(chǔ)，并入一個(gè)CX或者去掉這個(gè)CX來達(dá)到移頻的目的，這種移頻信號(hào)發(fā)生器的穩(wěn)定度較差，不宜用作標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源。
本發(fā)明的目的是(1)制造一種多用時(shí)頻信號(hào)測試儀，以邏輯解調(diào)法來測試移頻信號(hào)的f上、f下、T0與單頻信號(hào)f、T，以波形對稱性分析法測算出波形的對稱性，以移頻信號(hào)的周期累計(jì)法發(fā)送出移頻信號(hào)。其中單頻精度達(dá)到1×10-4，發(fā)送移頻頻率穩(wěn)定度及精度均優(yōu)于1×10-5。(2)該測試儀的輸入端有隔離裝置，以保證運(yùn)營線測試安全。(3)能用作移頻機(jī)車信號(hào)的測試、調(diào)試或監(jiān)督。(4)在不增加硬件條件下，充分發(fā)揮軟件功能，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，擴(kuò)大部分包括脈沖計(jì)數(shù)，脈寬，占空比，時(shí)間間隔等。(5)具有自檢自診功能。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種多用時(shí)頻信號(hào)測試儀，由輸入、過零整形、波形-脈寬轉(zhuǎn)換、單片微機(jī)、顯示、發(fā)送、自診和鍵盤等電路系統(tǒng)與支持該電路系統(tǒng)的測試方法和發(fā)送方法所組成，它要同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件由輸入送至雙刀雙擲開關(guān)上接點(diǎn)連接的過零整形電路、下接點(diǎn)連接的波形-脈寬轉(zhuǎn)換電路，通過一個(gè)輸入口與單片微機(jī)連接，單片微機(jī)出口連接顯示，鍵盤，自診電路和移頻信號(hào)發(fā)送電路;單片微機(jī)利用移頻信號(hào)邏輯解調(diào)法的公式Tn＝tn+1-tn，f上= 1/(T上) ，f下= 1/(T下) ，T0＝(T末-T始)/N測算移頻信號(hào)的f上、f下、T0與單頻信號(hào)的f、T;單片微機(jī)也可以利用波形對稱性周期累計(jì)公式NT上+ΔT上＝ (TO)/2 ，NT下+ΔT下＝ (TO)/2 發(fā)送出移頻信號(hào)。過零整形電路由雙向限幅器和過零檢測器組成，在雙向限幅器中增加兩只改善輸入特性的二極管P5、P6并利用隔離插頭中的隔離電阻R1兼起限幅作用。波形-脈寬轉(zhuǎn)換電路由可調(diào)增益線性放大器，全波整流器，可調(diào)基準(zhǔn)電壓比較器組成，其中可調(diào)增益線性放大器應(yīng)大到對于可調(diào)基準(zhǔn)電壓比較器有足夠幅度輸入，可調(diào)基準(zhǔn)電壓比較器的可調(diào)范圍應(yīng)能滿足對于輸入信號(hào)的不同幅度上測算K＝ (Tk1)/(Tk) 的要求。輸入信號(hào)的隔離探頭采用二芯插頭，內(nèi)接兩只隔離電阻R1，通過引入線及連接器接到雙刀雙擲開關(guān)接點(diǎn)。復(fù)位電路上由電復(fù)位及自診復(fù)位組成，兩者之間的相互影響被二極管D1與D2隔離，其中自診復(fù)位由雙片可再觸發(fā)單穩(wěn)電路完成。
多用時(shí)頻信號(hào)測試儀所使用的方法包括(1)移頻信號(hào)的邏輯解調(diào)法設(shè)第N個(gè)周波過零時(shí)刻為tn，下一個(gè)周波過零時(shí)刻為tn+1，則該周波的周期Tn＝tn+1-tn……(1)
因f＝ 1/(T)f上＝ 1/(T上) ……(2)f下＝ 1/(T下) ……(3)T0＝t′末-t′始……(4)′由于移頻信號(hào)中調(diào)制信號(hào)與邊頻信號(hào)的過零點(diǎn)是不同步的，故用(4)′測出T0將出現(xiàn)類似于量化誤差的一項(xiàng)解調(diào)誤差，這是一項(xiàng)理論誤差，是由于使用方法不完善引起的，為此本發(fā)明采用多周期法，設(shè)測量N個(gè)周期，則T0＝(t末-t始)/N……(4)過零整形電路送出的信號(hào)由單片微機(jī)根據(jù)所設(shè)定的程序測出各有關(guān)過零點(diǎn)之后，再根據(jù)公式(1)、(2)、(3)、(4)及其相關(guān)程序求出f上、f下、T0。
(2)波形對稱性分析法經(jīng)由輸入，波形-脈寬轉(zhuǎn)換電路之后，如輸入為不對稱失真的波形，則被該電路轉(zhuǎn)換為寬窄相間出現(xiàn)的脈沖，然后單片微機(jī)根據(jù)設(shè)定的程序測出相應(yīng)脈寬
、
，根據(jù)公式K =Tk1Tk2……(5)]]>即可求出波形的不對稱性。改變可調(diào)基準(zhǔn)電壓比較器的基準(zhǔn)電壓，可從輸入波的不同幅度上求得K值。連續(xù)改變這個(gè)基準(zhǔn)電壓，測出相應(yīng)的K值。如輸入波形對稱則K＝1。
(3)發(fā)送移頻信號(hào)的周期累計(jì)法在移頻波形中f上與f下是交替出現(xiàn)的，而且每隔 (TO)/2 更換一次，因此NT上+ΔT上＝ (TO)/2 ……(6)NT下+ΔT下＝ (TO)/2 ……(7)式(6)的物理意義為N個(gè)完整的T上周期與不滿一個(gè)T上，兩者之和為 (TO)/2 ，式(7)的物理意義為N個(gè)完整的T下周期與不滿一個(gè)T下，兩者之和為 (TO)/2 ，按(6)(7)兩式編出的程序所發(fā)出的移頻信號(hào)，其穩(wěn)定度及誤差主要取決于時(shí)基的特性。在晶振的條件下，其穩(wěn)定度及誤差均優(yōu)于1×10-5。
圖1多用時(shí)頻信號(hào)測試儀電路框圖圖2隔離探頭結(jié)構(gòu)示意圖圖3雙向限幅器的改進(jìn)電路圖圖4調(diào)制信號(hào)與移頻信號(hào)的相對時(shí)間關(guān)系圖圖5電源供應(yīng)系統(tǒng)圖現(xiàn)結(jié)合附圖進(jìn)一步敘述本發(fā)明參見圖1隔離探頭1，其中兩只隔離電阻R1起安全隔離與限幅雙重作用，接入測試儀后不影響被測系統(tǒng)的正常工作。雙刀雙擲開關(guān)下接點(diǎn)2-3、10-11，雙向限幅器5，限制輸入信號(hào)過大。過零檢測器6的作用是將輸入信號(hào)按其過零點(diǎn)整形為標(biāo)準(zhǔn)的矩形波，供單片微機(jī)13測試。由雙刀雙擲開關(guān)上接點(diǎn)2-4、10-12連結(jié)的波形-脈寬轉(zhuǎn)換電路包括增益可調(diào)的線性放大器7，全波整流器8，可調(diào)基準(zhǔn)電壓比較器9。線性放大器7的作用是把輸入信號(hào)放大到測試所需要的程度，以便明顯看出波形的不對稱性。全波整流器8將正負(fù)兩個(gè)半波轉(zhuǎn)換為同極性的脈動(dòng)波以便可調(diào)基準(zhǔn)電壓比較器9作脈寬取樣，同時(shí)可調(diào)基準(zhǔn)電壓比較器9將脈寬轉(zhuǎn)換為與之相對應(yīng)的矩形波，以供單片微機(jī)作波形對稱性分析。如果輸入波形正負(fù)兩個(gè)半圓不對稱，則全波整流器8輸出的脈動(dòng)波形狀大小不一，從而可調(diào)基準(zhǔn)電壓比較器9輸出的矩形波脈寬不一，可從不同幅度連續(xù)比較波形的不對稱性。單片微機(jī)系統(tǒng)13包括單片微機(jī)及外接的地址鎖存器，程序存貯器和時(shí)基電路。由它對輸入信號(hào)進(jìn)行分類、測試、運(yùn)算、核對、控制顯示、發(fā)送信號(hào)、自診自檢等。
單片微機(jī)13的出口14接顯示系統(tǒng)15，它由一組8段數(shù)碼管及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器件組成。鍵盤系統(tǒng)17通過出入口16、18與單片微機(jī)連接。單片微機(jī)的出口19與本發(fā)明的輸出端子23之間接有移發(fā)送系統(tǒng)包括濾波器20，推動(dòng)級(jí)21，功放級(jí)22。推動(dòng)端子23′，功率輸出端子23。單片微機(jī)13的出入口24、26間接有自診復(fù)位系統(tǒng)包括上電復(fù)位電路和自診復(fù)位電路，兩者之間的相互影響用二極管D1、D2隔離。自診復(fù)位由雙片可再觸發(fā)單穩(wěn)電路25完成，當(dāng)輸入端24有由軟件送出的定期觸發(fā)信號(hào)時(shí)保持常態(tài)，一旦失去該觸發(fā)信號(hào)時(shí)，可再觸發(fā)單穩(wěn)電路25就輸出復(fù)位信號(hào)，使整個(gè)系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。
參見圖2兩只隔離電阻R1連接在接插芯26與引入線29之間。R1在測試系統(tǒng)TS和被測系統(tǒng)FS間起安全隔離作用，R1同時(shí)又是雙向限幅器5中的限幅電阻器。其中二芯插頭盒27，接線架28，引入線29，連接插頭30。
參見圖3兩只用虛線表示的電阻器R1裝配在隔離插頭1內(nèi)，R1與R2起分壓作用。R1與D3、D4、D5、D6起限幅作用。該雙向限幅器5較常見的雙向限幅器多用兩只二極管D5、D6，改善了輸入特性并減少了一個(gè)放大級(jí)。
參見圖4，圖4A一信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的低頻調(diào)制信號(hào)F0＝ 1/(TO) 示意圖，圖4B-已受低頻F0調(diào)制的移頻信號(hào)示意圖。A、C為f上的初相與末相(2π)的過零點(diǎn)時(shí)刻，B、E分別為f上與f下的π相過零點(diǎn);A、D、G、H、I是f上與f下的交界點(diǎn)。圖4A中A′，D′，H′，I′是低頻調(diào)制信號(hào)f上與f下的交界點(diǎn)，它的位置與A、D、G、H、I是逐一對應(yīng)的。
圖中f上＝ 1/(T上) ，T上＝tC-tA，f下＝ 1/(T下) ，T下＝T下-TD;T0＝tG-tA＝tI-tG或 (TO)/2 ＝tD-tA＝tG-tD＝……這種對圖形的解析方法就是本發(fā)明中測試移頻信號(hào)邏輯解調(diào)法和發(fā)送移頻信號(hào)周期累計(jì)法的解析基礎(chǔ)和數(shù)學(xué)根據(jù)。
實(shí)際使用時(shí)，低頻調(diào)制信號(hào)和移頻信號(hào)由于接收上述信號(hào)和儀器穩(wěn)定度差，其對應(yīng)過零點(diǎn)的時(shí)刻往往不同步，影響使用效果。這也是著重強(qiáng)調(diào)測試精度的原因。
參見圖5A-電池組，K-電源開關(guān)，W-低壓差穩(wěn)壓器，C-充電插孔。開啟K時(shí)，可由電池組供電，也可由外電源補(bǔ)充供電，關(guān)閉K時(shí)，可對電池單獨(dú)充電。
現(xiàn)結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步敘述本發(fā)明的工作步驟和使用方法整機(jī)主要芯片為MCS-51系列單片機(jī)。
其主要工作步驟如下1、開啟電源接通雙刀雙擲開關(guān)2-3與11-10使過零整形電路接通單片微機(jī)系統(tǒng)13全機(jī)處于測周期為基點(diǎn)的測試狀態(tài)。輸入信號(hào)經(jīng)隔離探頭1，雙向限幅器5，過零檢測器6后轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)矩形波送至單片微機(jī)系統(tǒng)13待測。
2、單片微機(jī)系統(tǒng)記錄矩形波的有關(guān)過零點(diǎn)(時(shí)刻)，按公式(1)Tn＝tn+1-tn求出對應(yīng)的Tn值。
3、單片微機(jī)系統(tǒng)13在測Tn的過程中觀測后續(xù)的Tn+1有無變化？4、若Tn＝Tn+1，且一連串的波均是如此，則判定被測信號(hào)為單頻信號(hào)，故轉(zhuǎn)向測試單頻的程序(該過程略去)。
5、若Tn＊Tn+1且有移頻特征則判定被測信號(hào)為移頻信號(hào)故而進(jìn)行移頻測試。
6、單片微機(jī)系統(tǒng)13測出一個(gè)T然后追蹤T的變化，當(dāng)T由T下變?yōu)門上時(shí)，記錄這個(gè)時(shí)刻tA(亦即t始)，往下又測出tC。
7、單片微機(jī)系統(tǒng)13按公式(1)求出T上＝tC-tA，并按公式(2)求出f上＝ 1/(T上) 后將f上入存。
8、單片微機(jī)系統(tǒng)13追蹤T的變化。發(fā)現(xiàn)由T上變?yōu)門下時(shí)立刻記錄下這個(gè)時(shí)刻tD，并往下測出TF。
9、單片微機(jī)系統(tǒng)13按公式(1)求出T下＝tF-tD，并按公式(3)求出f下＝ 1/(T下) 后將f下入存。
10、單片微機(jī)系統(tǒng)13繼續(xù)監(jiān)測T的變化并按6、7、8、9四個(gè)步驟反復(fù)進(jìn)行，每進(jìn)行一次將次數(shù)加1。
11、反復(fù)進(jìn)行N次之后，當(dāng)T最后一次由T下變?yōu)門上時(shí)，記錄下這個(gè)時(shí)刻t末。
12、單片微機(jī)系統(tǒng)13按公式(4)求T0＝ (t末－t始)/(N) 后將T0入存。
13、單片微機(jī)系統(tǒng)13按預(yù)先給定的表格核對所測結(jié)果f上，f下，T0，檢測其是否合格，分別給定不同的評語(用H表示合格，用C表示超標(biāo))。
14、單片微機(jī)系統(tǒng)13將所測結(jié)果及其評語一并送顯示系統(tǒng)15顯示。
15、將雙刀雙擲開關(guān)2-4與12-10接通，使波形-脈寬轉(zhuǎn)換電路接通單片微機(jī)系統(tǒng)13，全機(jī)處于波形的對稱性測試狀態(tài)。輸入信號(hào)經(jīng)隔離探頭1、可調(diào)增益線性放大器7、全波整流器8、可調(diào)基準(zhǔn)電壓比較器9之后，轉(zhuǎn)換為脈寬與輸入波形一一對應(yīng)的矩形波送至單片微機(jī)系統(tǒng)13待測。
16、單片微機(jī)系統(tǒng)13記錄下有關(guān)過零點(diǎn)。
17、單片微機(jī)系統(tǒng)13由過零求出脈寬
與
之后送顯示系統(tǒng)15顯示。
18、單片微機(jī)系統(tǒng)13由公式(6)求出K =Tk1Tk2]]>之后送顯示系統(tǒng)15顯示。
實(shí)施例整機(jī)的主要指標(biāo)1、測試項(xiàng)目移頻信號(hào)包括上邊頻f上，下邊頻f下，調(diào)制信號(hào)的周期T0和波形對稱性。單頻信號(hào)包括頻率、周期、波形對稱性。
2、測試范圍移頻1-1000HZ，單頻1-50KHZ3、輸入阻抗＞120K4、輸入電壓180mv-200v5、測量誤差移頻邊頻＜±1×10-4;調(diào)制頻率的周期＜±1×10-3單頻頻率＜±1×10-4;周期＜±1×10-4。
權(quán)利要求
1.一種多用時(shí)頻信號(hào)測試儀，由輸入、過零整形、波形--脈寬轉(zhuǎn)換、單片微機(jī)、顯示、發(fā)送、自診和鍵盤等電路系統(tǒng)與支持該電路系統(tǒng)的測試方法和發(fā)送方法所組成，本發(fā)明的特征在于同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件--由輸入送至雙刀雙擲開關(guān)上接點(diǎn)連接的過零整形電路，下接點(diǎn)連接的波形--脈寬轉(zhuǎn)換電路，通過一個(gè)輸入口與單片微機(jī)連接，單片微機(jī)出口連接顯示、鍵盤、自診電路和移頻信號(hào)發(fā)送電路；--單片微機(jī)利用移頻信號(hào)邏輯解調(diào)法的公式Tn=tn+1-tn，f上= 1/(T上) ，f下= 1/(T下) ,T0=(T末-T始)/N測算移頻信號(hào)的f上、f下、T0與單頻信號(hào)的f、T；單片微機(jī)也可以利用波形對稱性周期累計(jì)公式NT上+ΔT上= (TO)/2 ，NT下+ΔT下= (TO)/2 發(fā)送出移頻信號(hào)；
2.按權(quán)利要求
1的多用時(shí)頻信號(hào)測試儀，其特征在于過零整形電路由雙向限幅器和過零檢測器組成，在雙向限幅器中增加兩只改善輸入特性的二極管P5、P6并利用隔離插頭中的隔離電阻R1兼起限幅作用;
3.按權(quán)利要求
1的多用時(shí)頻信號(hào)測試儀，其特征在于波形-脈寬轉(zhuǎn)換電路由可調(diào)增益線性放大器，全波整流器，可調(diào)基準(zhǔn)電壓比較器組成，其中可調(diào)增益線性放大器應(yīng)大到對于可調(diào)基準(zhǔn)電壓比較器有足夠幅度輸入，可調(diào)基準(zhǔn)電壓比較器的可調(diào)范圍應(yīng)能滿足對于輸入信號(hào)的不同幅度上測算K＝Tk1Tk2]]>的要求;
4.按權(quán)利要求
1的多用時(shí)頻信號(hào)測試儀，其特征在于單片微機(jī)發(fā)出的矩形波經(jīng)濾波器整形為平滑的波形，再經(jīng)放大輸出;
5.按權(quán)利要求
1的多用時(shí)頻信號(hào)測試儀，其特征在于輸入信號(hào)的隔離探頭采用二芯插頭，內(nèi)接兩只隔離電阻R1，通過引入線及連接器接到雙刀雙擲開關(guān)接點(diǎn);
6.按權(quán)利要求
1的多用時(shí)頻信號(hào)測試儀，其特征在于復(fù)位電路由電復(fù)位及自診復(fù)位組成，兩者之間的相互影響被二極管D1與D2隔離，其中自診復(fù)位由雙片可再觸發(fā)單穩(wěn)電路完成。
專利摘要
一種測試兼發(fā)送移頻自動(dòng)閉塞信號(hào)的多用時(shí)頻信號(hào)測試儀。它由過零整形電路和波形——脈寬轉(zhuǎn)換電路組成的信號(hào)預(yù)處理電路，由邏輯解調(diào)法公式和波形對稱性公式及其相應(yīng)程序組成的單片微機(jī)測試儀，完成移頻信號(hào)和單頻信號(hào)的測試工作。同時(shí)根據(jù)移頻信號(hào)的周期累計(jì)法公式，用功能鍵啟動(dòng)不同程序發(fā)送各種移頻信號(hào)，經(jīng)濾波放大后作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源以供地面移頻及機(jī)車信號(hào)接收設(shè)備試驗(yàn)及調(diào)試用。頻率穩(wěn)定度及精度優(yōu)于1×10
文檔編號(hào)B61L23/00GK87102937SQ87102937
公開日1987年12月2日 申請日期1987年4月23日
發(fā)明者朱耀 申請人:長沙鐵路分局電子應(yīng)用研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan