Амплитудно-фазовый анализатор гармоник периодических сигналов

 

Изобретение относится к области измерительной техники и позволяет повысить разрешающую способность анализатора . Анализатор содержит входной блок 1, блок 2 управления, аналогоцифровой преобразователь 3, блоки 4 и.. 5 перемножения, накапливающие сумматоры 6 и 7 и шифратор 8. В анализатор введены цифроаналоговый преобразователь 9, аналоговый блок 10 вычитания и усиления, компаратор 11 напряжения, источник 12 шумового на-. пряжения, логическая схема И 13, счетчик 14 и сумматор 15. При этом период даже верхней исследуемой гармоники , где t - шаг входного сигнала x(t). Значение x(t) на интервале t изменяется плавно, мгновенное значение x(t) в середине отрезка t весьма близко к его среднему значению на этом отрезке и может быть измерено с высокой степенью точности. 4 ил. S (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (511 4 G 01 R 23/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ срс.„„„

В

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, 3;-, ц

Н А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4138022/24-21 (22) 21. 10. 86 (46) 07.04.88. Бюл. 9 13 (71) Научно-исследовательский институт электронной интроскопии при Томском политехническом институте им. С.M. Кирова (72) В.П. Будейкин и В.В. Мошкин (53) 621.317.757(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1177822, кл. С 06 Р 15/332, 1985.

Горлач А.A. Минц М.Я., Чинков-В.К.

Цифровая обработка сигналов в измерительной технике. Техника. 1985, с. 65, рис. 15б. (54) АМПЛИТУДНО-ФАЗОВЫЙ АНАЛИЗАТОР

ГАРМОНИК ПЕРИОДИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к области измерительной техники и позволяет

IIOBbICHVb e O HoC b BHcL

„„SU„„386937 А 1 лизатора. Анализатор содержит входной блок 1, блок 2 управления, аналого-. цифровой преобразователь 3, блоки 4 и,.5 перемножения, накапливающие сумматоры 6 и 7 и шифратор 8. В анализатор введены цифроаналоговый преобразователь 9, аналоговый блок 10 вычитания и усиления, компаратор 11 напряжения, источник 12 шумового на-, пряжения, логическая схема И 13, счетчик 14 и сумматор 15. При этом период даже верхней исследуемой гармоники Topt, где t — шаг входного сигнала x(t). Значение x(t) на интервале Е изменяется плавно, мгновенное значение x(t) в середине отрезка t весьма близко к его среднему значению на этом отрезке и мо- .

Ъ жет быть измерено с высокой степенью точности. 4 ил.

1386937

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к области создания анализаторов комплексного спектра периодических сигналов и устройств для выполнения преобразования Фурье, детерминированных и слу. чайных сигналов в реальном масштабе времени.

Цель изобретения — повышение раз- 10 решающей способности.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого амплитудно-фазового анализатора гармоник периодических сигналов; на фиг.2 — 15 эпюры напряжений, поясняющие механизм определения среднего значения разностного напряжения; на фиг.3 —пример использования дискретных отсчетов входного сигнала для опреде- 20 ления действительной и мнимой составляющих высшей гармоники входного периодического сигнала; на фиг.4— пример конкретной реализации аналоtoaoro блока вычитания и усиления. 25

Амплитудно-фазовый анализатор гармоник периодических сигналов содержит входной блок 1, блок 2 управления, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3, первый 4 и второй 5 30 блоки перемножения, первый 6 и второй 7 накапливающие сумматоры, шифратор 8, цифроаналоговый преобразователь ЦАП 9, аналоговый блок 10 вычитания и усиления, компаратор 11 напряжения, источник 12 шумового напряжения, логическую схему И 13, счетчик 14 и сумматор 15, причем выход входного блока 1 соединен с информационным входом АЦП 3, первым 4О входом аналогового блока 10 вычитания и усиления и входом блока 2 управления, первый выход которого подключен к тактовому входу АЦП 3, вто рой — через шифратор 8 к первым вхо45 дам первого 4 и второго 5 блоков перемножения, а третий — к одному иэ входов логической схемы И 13, выход блока 10 вычитания и усиления через последовательно соединенные компаратор 11, второй вход которого

5О подключен к выходу источника 12 шумового напряжения, логическую схему

И 13, счетчик 14 и сумматор 15 соединен с вторыми входами первого 4 и второго 5 блоков перемножения, выхо55 ды которых связаны с входами соответственно первого 6 и второго 7 накапливающих сумматоров, информационный выход АЦП 3 соединен с вторым входом сумматора 15 и кодовым входом ЦАП 9, выход которого подключен к второму входу аналогового блока 10 вычитания и .усиления.

Анализатор работает следующим образом.

Исследуемый периодический сигналчерез входной блок 1 поступает на информационный вход АЦП 3 и на вход блока 2 управления, который задает моменты дискретизации входного сигнала x(t) с шагом t путем фориировао ния последовательности тактовых импульсов. Тактовые импульсы с первого выхода блока 2 поступают на тактовый вход АЦП 3, на информационном выходе которого по истечении цикла преобразования t формирую:ся цифровые отсчеты входного сигнала x(t). Импульсы с второго выхода блока 2 через первые входы вводят в блоки 4 и 5 перемножения с шифратора 8 коды нормированных гармоник соответственно:

Sin (l n, (i-0, 5) t,); (1)

Cos (4а, (i-0,5) t,j, где 1 — номер измеряемой гармоники;

Q — круговая частота первой гармоники входного периодического сигнала x(t); — номер отсчета i=1,I.

Цифровые коды входного сигнала с выхода АЦП 3 поступают на кодовый вход ЦАП 9, на выходе которого появляется аналоговый уровень напряжения, соответствующий такому цифровому коду, который меньше на единицу младшего значения разряда данного цифрового отсчета входного сигнала

x(t) . Это напряжение y(i) поступает на второй вход аналогового блока 10 вычитания и усиления, на первый вход которого с выхода входного блока 1 поступает исследуемый сигнал x(t) .

Таким образом, на выходе блока 10 формируется разностный сигнал следующего вида

U(t) =K(x(t) -у(л.)), (2) где К вЂ” коэффициент усиления блока 10.

Сущность дальнейшей обработки этого сигнала с помощью блоков 11-14 сводится к определению его среднего значения в течение цикла преобразова1386937 теля входного сигнала t„.Механизмы определения среднего значения поясняются фиг. 2. Усиленный разностный сигнал

И (г) подается на первый вход компара-

5 тора 11 напряжений, на второй вход которого поступает сигнал V (t) с выхода источника 12 шумового напряжения. Этот сигнал U (t) представляет собой случайный процесс, равномерно распределенный в диапазоне напряжений от 0 до 2 а К, где а — значение младшего значащего разряда АЦП 3 (на фиг. 2UB(t) для наглядности представлен в виде треугольного напряжения, которое является хорошей моделью равномерно распределенного процесса).

На выходе компаратора 11 появляются импульсы,, длительность которых зависит от длительности пребывания большего потенциала на его первом входе по сравнению с потенциалом на втором входе. Эти импульсы поступают на первый вход логической схемы И 13 25 на второй вход которой поступают импульсы заполнения с третьего выхода блока 2. Схема И 13 выполняет функцию вентиля, который управляется импульсами с выхода компаратора 11 напряжений. Во время, когда на выходе компаратора действует высокий потенциал, импульсы заполнения проходят через вентиль и поступают на вход счетчика 14. После окончания цикла на выходе счетчика появляется код, соответствующий среднему значению раэностного напряжения V(с) . Этот цифровой код суммируется в сумматоре 15 с цифровым отсчетом входного 4 сигнала x(t) и поступает на вторые входы блоков 4 и 5 перемножения.

С выходов блоков 4 и 5 перемножения коды произведений суммируются с учетом знака в накапливающих сумматорах .6 и 7. В результате цифровой обработки I значений входного периодического сигнала х(t) в сумматорах

6 и 7 будут зафиксированы коды квадратурных составляющих исследуемой гармоники.

При измерении среднего значения напряжения U(t) на интервале t здесь используется метод Монте-Карло. Блок 2 управления представляет собой умножи55 тель частоты, который вырабатывает последовательность импульсов заполнения, число которых на промежутке времени t равно N=100, 1000, 10000 либо 100000, и т.д. Поэтому число N зафиксированное в счетчике 14 после окончания цикла, равно среднему значению напряжения V (t) на интервале

t, с погрешностью, которая определяется значением параметров M u N (фиг. 2). Зависимость погрешности определения среднего значения гладких функций от параметра М. Полученная геометрическим путем, представлена на фиг. 2, отКуда, например, следует, что при М=10 и И=100 погрешность определения среднего эначения U (t) не превышает 17, а цифровой отсчет входного сигнала x(t) на выходе сумматора 15 будет на два десятичных знака точнее. Данный цифровой код в блоках 4 и 5 перемножения перемножается с кодами ортогональных весовых функций (1), как показано на фиг. 3, где q — фазовый сдвиг исследуемой гармоники относительно весовых функций. После определения квадратурных составляющих исследуемой гармоники Z u Z могут быть найдены ее модуль и фазовый сдвиг

ZQ у =arctg —, Z

Повышение разрешающей способности предлагаемого анализатора достигается благодаря тому, что, так как пе- риод даже верхней исследуемой гармоники 7» t, значение x(t) на интервале с изменяется плавно и мгновенное значение х(с) в середине отрезка t весьма близко к его среднему значению на этом отрезке, которое может быть измерено с высокой степенью точности путем увеличения значения параметров

М и N. В качестве источника шумового напряжения с равномерным законом распределения выходного процесса может быть использован независимый автогенератор треугольной волны.

Таким образом, предлагаемый анализатор обладает повышенной разрешающей способностью по сравнению с известным. формула изобретения

Амплитудно-фазовый анализатор гармоник периодических сигналов, содержащий входной блок, к выходу которо1386937

ЬЮИега ю яма с ааа

ztt даиа<Ъай

ГФФФа/у юютааама ре &а а е дэааУюаге имммвги царю a, амит И эа4 еимжи»

МфФМйбфМ го подключены вход блока управления и информационный вход аналого-цифрового преобразователя, первый и второй блоки перемножения, выходы которых подключены к входам соответ5 ственно первого и второго накапливающих сумматоров, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами анализатора, первый выход 10 блока управления соединен с тактовым

Входом аналого-цифрового преобразоВателя, а второй — через шифратор с

Первыми входами первого и второго блоков перемножения, о т л и ч а ю—

Щ и и с я тем, что, с целью повышения разрешающей способности, введены цифроаналоговый преобразователь, аналоговый блок вычитания и усиления, Компаратор напряжения, источник шумового напряжения, логическая схема И, счетчик, сумматор„ причем выход входного блока через последовательно соединенные аналоговый блок вычитания и усиления, компаратор напряжений, второй вход которого связан с выходом источника шумового напряжения, логическую схему И, второй вход которой подключен к третьему выходу блока управления, счетчика и сумматор, второй вход которого подключен к информационному выходу аналого-цифрового преобразователя, соединен с вторыми входами первого и второго блоков пЕремножения, кодовый вход цифроаналогового преобразователя подключен к информационному выходу аналого-цифрового преобразователя, а выход — к второму входу аналогового блока вычитания и усиления.

1386937 счетаi хоРноео сиенала уб уточнйвтсм числаии, кол о рые

coom Рели тоумт

pe&un эиа чему

4(ltJ на . отрывах

Врячеии

ty

Значения

ЮесоА к коирщици юлуоо рой

J-му Рыкову лока 2

Составитель А. Козленко

Редактор В. Данко Техред Л.Сердюкова Корректор С. Черни

Заказ 1493, 45 Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4(5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4