Устройство для измерения амплитуды и фазы низкочастотного гармонического сигнала

 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к устройствам , использующимся для исследования частотных характеристик широкого класса динамических объектов и систем. Цель изобретения - повышение быстродействия - достигается за счет введения в устройство вычислительного блока 9, функционального преобразователя 2, буферных регистров 7, 8, 10, 11 и образования новых функциональных связей. Устройство также содержит блок 1 управления , масштабный усилитель 3, фильтр 4, аналого-цифровой преобразователь 5, цифровой интегратор 6, блок 12 индикации . 3 ил.

СО1ОЭ СОВЕТСКИХ

COl ÈAËÈÑÒÈ×ÅÑÊÈÕ

Р Е С11У Б Л И К

1s1>s G 01 R 23/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

1IРИ ГК11Т СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4620517/21 (22) 14,12.88 (46) 15.10.91. Бюл. N. 38 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электроизмерител ьн ых п рибо ров (72) А.С.Иванов и В.Г.Смирнов (53) 621.317 (088;8) (56) Авторское свидетельство СССР

H 813298, кл. G 01 R 23/16, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДЫ И ФАЗЫ НИЗКОЧАСТОТНОГО

ГAI MOMVIVECKOI О СИГНАЛА (57) Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к усИзобретение относится к информационно-измерительной технике в частности к устройствам, использующимся для исследования частотных характеристик широкого класса динамических объектов и систем.

Цель изобретения — повышение быстродействия.

Сущность изобретения состоит в том, что сигнал реакции испытуемого обьекта на гармоническое воздействие sill и1тумножается только на cos ы t при этом производится два усредняющих интегрирования на двух следующих одним за другим интерва1 лах времени длительностью —, где Т = и

2 1т, а п — целое число большее двух, N

Значение интеграла на первом интервале интегрирования равно

Тlп а1 = —" А ) sill (и т + p ) cos a t d t =

Т

„„SU „„1684712 А1 тройствам, использующимся для исследования частотных характеристик широкого класса динамических объектов и систем.

Цель изобретения — повышение быстродействия — достигается за счет введения в устройство вычислительного блока 9, функционального преобразователя 2. буферных регистров 7, 8, 10, 11 и образования новых функциональных связей.

Устройство также содержит блок 1 управления, масштабный усилитель 3, фильтр 4, аналого-цифровой преобразователь 5, цифровой интегратор 6, блок 12 индикации. 3 ил. — — sin p+ (cos (+p) +cosp)

А . An ВЛ

2 РЛ и где А — амплитуда сигнала реакции; р фаза сигнала реакции; и — частота сигнала реакции;

На втором интервале интеграл равен

2 Т/и а2 = — А / sin (й)1 + p) cos ПЛ dt

П

= — sInp+ (— cos(+ф)+

А An 1 T

+cos (— + р)) =

4z и вообще на I-том интервале интеграл равен

al = — sin P+ (— cos (— — I +P) +

А An 4Л

2 8Л и

С09((! 1 )+p)) 1681712

Ъ()(1 -- - s 1 » - — -,:<и: — — (21 - - 1 ) A /:<. s у >

47(и

«1с< ол,эуя э) лчсч<ия Ltikl erpa/iui на двух соседних и<г)ервалах, пслу <им систему двух линейных алгебра<1<еек< х ура > ени<1 с дву<ЛЯ НЕИЗВЕС>П<Ь<МИ 10

С 1 А в1п р <- d, Acos y> =- a j

CI1А в!и р LII I A COS ya = л -1 (2) где

1 и 2 (2г(С1 = — — +-- — sin — - — Cos — (2i — 1 )

2 4т n и

П 27(27( (11 =- — — sin -"- - sin -- — (21 — 1 )

4Г и (1

1 11 2 (2Л

C j — i =-- — +- — — sin -- сов -- -(2i --3 1 "

2 - 1л л и и 2(д 2.(tIj == — — sin — - — sin — -"-- (2I -- 3 ) 1/(и и

25 р ц) lit/Ie K>>fopnti ОтНO!.И 1ЕПЬНО ASIII /г> И

c0s р можно лпигл<ь в виде л di — 1 — а,— 1 () . 3 s<п <У

ci dI — 1 — ci — 1 0<

Л, Ci---1 — Л< — 1 С: дcos р—

rlj cj — 1 di — 1 с

При больших знлч.>1<иях чис а и р;;в ei ие (3) t 0)хе Г Окл. лт>:cя k)pKëpðåê т) I ь<л1 из-эа плохой обусловпе><нос) >! матриць> коэффн цие<< гав систгмы уравнений (2) В этом cflу«ae вместо (3) можно воспользова) ься извастн<лми специально раэработа< ными ме1лдами решения системы уравнений с плохо обусловленными матрицами коэ4>фи циентов или tie делать веп I»ttну п наг<олько

4г, большой, чтобы матрица станови/нн)ь плохо обусловленной.

На фиг. 1 представлена функциональная схе<ла устрой<стел: нл фиг. 2 функциональная схема блока у.<рлвпения; íа фиг. 3

-- фуIIKöèoíont íля схpr<з цифровог0 интеl ратсрл.

Устройс) во д/<п измерения ал ппитуды и фазы ниэкочасто< но<о <арл<онического cLIIнала содер)жит блок 1 упп(впения, g,»!k:öt

1<апы<ыл nре<>(1ра=,on<<ò/ пь 2, м cti/tnt!»Ый

c, - 5 ) уСИЛИтЕЛЬ . 1, фИЛЬrp 4, апап/ гО-ц<).1 рОВ)й пресбраэсва<е/lb 5, цифро<)ой <.!iles рат<: г> 6, буферные ре исгры 7 и 8,11<<)c игеп,.ный блок 9, буферные регистры 10 и 11, блок 12 и<<дикации.

Выходhl блока 1 управлеepllk>le регистры 7, 8, 10 и 11, вычислиTeлы<ый блок 9 соединен со входами блока индикации 12, выход млс птабного усилителя 3 соединен со входorl функционального и, еобразователя 2, Функцио<<алы<ая c ñårëà блока управлеll )я 1 приве,<ена нл фи;. 2. C k< соде1 ж«г IpL1 бу1>ер i ;; I eriляю<гя вход),,г< 6>/li)k /1 управления 1, <лймер 16. nr»lèlo задержки 17, счетчики 18, 1 Э, линию задери,K<< 20, fit»е >к/11е<л блока. выход ци)po-аналогово<о 1>1 -,Г ллэовл/епя 23 сое,t»:/<к r I $ Гп 1 х о д у б /1 о х л ч Гl р л в 1/ н и я, выход г « . ÷<»,! 19 глеfii»<". > 11<ос<1,>r < ля<ходом блока,/>р-.в!el

l ход, )ми пинил< элд ржки 20 i! сче<чика 21, t,ход (.четчика 19 соединен с выходом буферно<о рег«стра 15, который соединен с девятым выходом блока уг>рлвления, выход счетчика 21 сседине!1 с восьмым выходом ()пока управления, ныход линии задержки 20 подключен к пята«у вь<ходу блока управления и соединен со B> of(0M линии задержки

22, вьixojl, Koropoi! соединен с первым и седь<лым выходами блока управления.

Оункцлонапьнля схе/лл цифрового ин"е< ратора 6 приведена нл фиг. 3. Он содер:кит счетчик 24, сумматор 25, первый вход которого соединен с первым входом цифроеî/о иового интегратора, а выход счетчика 24

:.сединен со вторым вь<ходом цифрового ин<егратора, третий вход гумматора 25 связан

1684712 со вторым входом счетчика 24 и соединен с третьим входом цифрового интегратора.

Устройство, изображенное на фиг, 1 и предназначенное длл реализации и редлагаемого способа, функционирует следующим образом.

Измерения начинаются с ввода в блок управления 1, например, при помощи ключевых регистров, исходных данных эесперимента: V — амплитуда гармонического

2л воздействия:, где м — угловая частовй

2л та гармонического воздействия;

N квант аргумента функционального преобраN 1 эования 2 —, где -- — — принятал в экси и перименте часть периода, в течение которой производится интегрирование N — число квантов функционального преобразователя

2, в результате введения исходных данных на втором выходе блока 1 управления устанавливается аналаговал величина. равная заданной амплитуде гармонического воздействия, которая поступае на аналоговый вход sin-ного канала преобразователя 2. На выходе программируемого таймера через

2л каждый интервал времени начинают

1от появляться импульсы а на выходе счетчика, рассчитанного на максимально допустимое число N-1, будет с каждым новым импульсом программируемого таймера устанавливаться периодически линейно возрастающее вп времени число в пределах от 0 до N-1. ко орое передается на вход преобразователя 2 для выполнения тригонометрических преобразований. На выходе

sin-ного канала н 2 длл тригонометрических преобразований образуется гармонический аналоговый сигнал Usln ил, который подается на вход испытуемого объекта. Сигнал csin(о> t + p) с выхода обьекта через масштабный усилитель 3 поступает на аналоговый вход cos-ного канала преобразователя 2 для тригонометрических преобразований, на выходе которого образуется аналоговая величина Asin(ol t+ p)cos и t, представляющая собой произведение реакции обьекта (@sin(rot - p) на cos о) t. Для обеспечения благоприятных условий функционирования аналого-цифрового преобразователя 5 выходнои сигнал преобразователя 2 для выполнения тригонометрических преобразований подвергается фильтрации, что позволяет очистить его от аддитивных помех. накопившихся в предыдущих блоках преобразований. В выполнении операции цифрового осредняющего интегрированил участвуют аналого-цифровой преобразователь 5 цифровой интегратор 6 и вычислительный блок 9, Аналого-цифровой преобразователь 5 в режиме внутреннего запуска периодически производит преобразование величины @sin(o) t1 p)cos и t. В момент завершения очередного преобразования на первом выходе аналого-цифрового преобразователя 5 устанавливается цифровой результат преобразования, а на втором его выходе появляется импульс, сигнализирующий о завершении цикла преобразования, под действием voroporo в сумматоре 25 выполняется операцил сложения полученного результата преобразования с ранее накопленной суммой, а в счетчике прибавляется единица. В момент, когда в счетчике

19 блока управления 1 накопятсл очередные

N — единиц, сигналом о его переполнении и содержимое буферных регистров 7 и 8, в которых содержатсл результаты цифрового интегрирования на предыдущем интервале

T продолжительностью —, будет перепии сано в буферные регистры 10 и 11, а затем в буферные регистры 7 и 8 будет переписано содержимое выходных регистров счетчика

24 и сумматора 25, после чего эти регистры будут обнулены и начнется новый цикл интегрирования, Далее по задержанному в линиях задержки 20 и 22 сигналу переполнения счетчика 19 инициализируется работа вычислительного блока, который переписывает во внутренную память содержимое регистров

7, 8, 10 и 11 и выполняет операции деления содержимого регистра 8 на содержимое регистра 7, содержимого регистра 11 (al-1) на содержимое регистра 10, что и дает средние значения интеграла а; íà i-той и а;-1 íà i-1-ой

1 — части периода. и

Далее вычислительный блок приозводит вычисление в соответствии с соотношениями а д- — 1 — al — 1 dl

b1,—

c; d; — 1 — с; — 1 d, а с — 1 ai — 1 с

Ь)(— б с; — 1 — с; — 1di

Ь 1

p = arctg

b1i

А =уЬ1 +Ь2

1F!1 1712

« где Ьп, baal — квадратурная и синфазная составляющие сигнала реакции о5ьекта нэ I1

t oil — части периода; и а(— значение интеграла, г!Олу<<ен<<ого f3 конце данной, 1-той 1/rl части периода; т — <

<) а l = — — f Л sin (C(3 T + (J!3) cos r>fr ((T l0 — ò(,— ) аь1 — значение интеграла, полученного

1 в конце предыдущей 1-1 — части периода: и т(,,) н I — 1 = — 1 Л»

T т — (< — г)

1 и 2л 2л

ci = — + sir! — — c0s - — -- (2i — 1 )

2 4л и и. CJ

ci — 1 = — + sin- cos- — — (21 — 3)

1 и 2л 2л

2 4л и и

2>) dt = - — sin sin — (2i — 1 ) и 2л 2л

4л и и

di — 1 = — sin sin — — (21 —:1 ) и 2л 2л

4л и

А< к< =т 1й где KI — коэффициент передачи обьГ>(1э ii;i частоте Гг)

По завершении вычислительных 0 длл отображения на блок индикации и удер.;и ваются TBM до появления новых дэн><ь< полученных на следующем I+1-ом ци>;ле измерения.

А(, (Jrl — амг!Литудэ и фаза c«t нэлэ реэ>.— ции объекта на 1-той 1/и»!аст!1 периода.

Кроме того, вычисли ельн(,>й блок Вычисляет козффициенг г>ереда III обьектэ >Iэ .1. ) частоте гл3 по формуг!е

Формула изобро i ения

YcTР0йсEfio f3,I>l >t3Me< tL19 а> пли(УДы Lt ф Э 3 Ы I t l1 3 X 0 < ."i C I 0 r I I (3 r (3 I с », .10 « ! Е С К ГЭ Г 0 C L t El! 3Jtn сг)д<)р к;)<ц()(3 >» ti.l < i;,<(1 «< или (Г)л< б 1()v управле>>! я, bno> i!i<):i к;><(>1>1, tef,oi! 3ieëüíî CÎef)lllieiiiii;11,> i), Btt;I<(егрэтор, при left В(<хо 1 фильтрэ соеди<<:II с (Icîäc).1 (i><<3!IOI . 1(1!фро(>0! ) (Il сч)брэз:)Вателя, первый и L>Tл которого соединены с первым 11 вторым входом ц<)фрового интегрэ rope с003 ((е(ст eei

ВхОд > .OToporo сов >1>! <(! Г, flE! рв (лм иходо>л б >с vэ уп1)эв>lе><)1)<,()ход мэсш (эг >tîão, Iinl! тела соедittte«c E)ходи, t устрой .1(3() о т л и ч э

I<) III е е с 1 <3(, с цель,) vneJII>i>Г><и« б « c (pof(>3L10 f <)LB»((3; i I !) <((> >(<< > > L) I c>t I,. < <<1 (3(<г<д.»ы вьlчи< !i»III l iv 1, <><,и«»эль> (

1 е, истра, пр,i t:;) (3! рой >р.", It !> «(!Teepfый ьыход> I бло! 1, lip;en .II<1« со<:(>LII е>>ы

Г О О 1!! 0 r c I t! I I I I < > : I < t . .< ) < > t I >1, I 3 i!) 1) i 1 и т Р е т ь L I: входэми ф,»кцио>ln <ь>IOI с. г>реобрээовэ lå-!

<Я, flePt31 lii В 1xc)Д фУ> <" IL <0> lэ ль>>ОГ0 ill (0 .)>)ЭЗОГ)ЛТ<)ЛЯ ГОРД>1>>(I С

>() i nер3 ь>,»1 () <Одо>1 1,у>>г <: >льнп< 0 rilieо<31) >,3(Р ) < л :!, i 3 "«>» > 1 0><)>»0> ) <:О< Д!1

}>с II с ><хо, лй 11 (3 <01!<>11

Выходы цифров(», 1>ir(! рэ(орэ соа $>1tletttl

СОО>вг, С I (el .>>0 С B . >, (1, 1>1 I!Орe<)! О LI 3>ороf 0

<лу<, ер><1,>>: p<" CL сll.of", (3:p<, в. Од», котор(лк

01)ЬГ дl>>><31< û ti СО,.дi»>t" < II,> (. 1 < I <;.1 Г l,>ХОДОм )n >Y;l )<Пр >BJI< Ill", > <х!i, $>,I f1 !<)()ГТOро— о (ЛУ I<) < . <,. f3> 1,". I YOÄ1>, 1<)(т>,<. .I 0 И ...iв0f;» . < бу<1 (!p«l <;< ri 11>OB, BfopB>e

Г)х 0, ll l кот 01) ых OF. ьэ,",L11I<. I II,< > ;л >0«е>il:I к

IlJt!C1! >1у Bl.>XOÄ<г>0>>>1>>, ()ыхОД

rlepi;0r0 .1 второ<() бу (Ор>ii,i р«гис< ров ГоеД>:Н(! >I Ы С П < Р<3!Л > i )ТО()!! < I3 ХГ)<>(<1 МИ Г) I""!1СnLITenbito< î 5lc ; «>: Оды rpc.l ье" о четвертого г)уф р <ы; р<)r«crpoe с(>еди>>e>

С ГРЕТЬИМ И «Г Т С! PTI If Р»ОДЭ>»<И I!! I il Cr>11" (ельног0 бл .э <:()О) iic!3< <по>å

I)I >ход>1 510> (I ) Iið ">вл< >, ч cоч/(>)неl>û с пя

1(>м qf I)s> f ь<х» !)х >дэ> i» !!> >»ел<1rent Ilnro !

)Л Г) КЭ. В Ь3ХOJ1!, ХО ПРОГ,". СО<. .,1!1>1(. >i >! С (<ХОДЭ м<1 б )0>»0 ".<д;1>. <(<,и..

1684712, p(l2. с.

1684712

Составитель В.Беличкин

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор M.Øàðoøè

Редактор И.Сегляник

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3504 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, 4/5