Способ определения момента времени перехода сигнала через нуль

 

Способ определения момента времени перехода сигнала через нуль относится к области измерительной техники и может быть использован при измерении параметров прямых и рассеянных сигналов для прогнозирования момента времени перехода сигнала через нуль. В способе определения момента времени перехода сигнала через 0, формируют временной шаг At куль, основанном на фиксации начального момента времени to 0, при котором.сигнал x(t) достигает заданного порогового уровня V, запоминании промежуточных результатов измерений, вычислении момента времени t перехода через нуль по определенной формуле фиксируют начальный момент времени to, при котором выполняется условие ах (О at Интегрирования сигнала, выполняют интегрирование сигнала в соответствии с определенны ми выражениями, запоминают результаты интегрирования, определяют момент времени t no формуле, а величину А Гв следующем цикле измерения устанавливают в зависимости от величины A t и результата определения величины ffl в предыдущем цикле измерения, согласно определенной зависимости, величину М определяют по формуле. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st>s Н 03 К 5/153

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ л фВ с чэ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4890403/21 (22) 10.12.90 (46) 30.04.93. Бюл. М 16 (71) Киевский институт инженеров гражданской авиации им. 60-летия СССР (72) Н.B.Áîroëþáîâ, В,А.Игнатов и Ф.И.Янов-: ский (56) Заявка Японии № 59 — 52989, кл, Н 03 К 5/153, 1984.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1330742, кл. Н 03 К 5/153, 1987. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОМЕНТА.

ВРЕМЕНИ ПЕРЕХОДА СИГНАЛА ЧЕРЕЗ . НУЛЬ (57) Способ определения момента времени перехода сигнала через нуль относится к области измерительной техники и может быть использован при измерении параметров прямых и рассеянных сигналов для прогнозирования момента времени перехода сигнала через нуль. В способе определения момента времени перехода сигнала через

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано и ри измерении параметров прямых и рассеянных сигналов.

Цель изобретения — расширение области применения за счет прогнозирования момента времени перехода сигнала через нуль.

На фиг. 1 приведена временная диаг. раммаа, по я сня ющая сущность и редложенного способа; на фиг. 2 показана структурная схема устройства, реализующе5Л2,„, 181262б А1 нуль, основанном на фиксации начального момента времени т = О, при котором. сигнал

x(t) достигает заданного порогового уровня

V, запоминании промежуточных результатов измерений, вычислении момента времени t* перехода через нуль по определенной формуле фиксируют начальный момент времени to, при котором выполняется условие

> О, формируют временной шаг At дх дт интегрирования сигнала, выполйяют интегрирование сигнала в соответствии с определенными выражениями, запоминают результаты интегрирования, определяют момент времени t по формуле, а величину

Л t в следующем цикле измерения устанавливают в зависимости от величины Л t u результата определения величины М в предыдущем цикле измерения, согласно определенной зависимости, величину 9I определяют по формуле. 2 ил. ей

СО

1 W

Q го способ; на фиг. 3 — схема блока управле- ния. о

Способ заключается в следующем.

Фиксируют начальный момент времени, t = О, при котором сигнал x(t) = Asin(F+вt) д достигает заданного порогового уровня Ч, если этому моменту предшествовало выполнение условия 1х()1 < V. Формируют вре- менной шаг A t интегрирования сигнала, причем величину Л t устанавливают в зависимости от верхнего значения частоты 4 сигнала по формуле At 0,1/4.

1812626

Выполняют интегрирование сигнала в соответствии с выражениями

t Ц

$> = j x(t) dt; S2 = f x(t) dt;

to 1о аз

$3 = / x(t) dt где т1 = Л т; т2 = 2 Л С; тЗ = 3 Л ц t< = 4 h t

Явный вид выражений (1) имеет вид

А

S2= $ х } dt = — sin (F+2A р) stn 2Л р (2} л

Яз- х() dt= — в1п (Р+2Л)2) sin Arp (3) А ж f где А — амплитуда сигнала, f — частота сигнала, F — начальная фаза сигнала, отвечающая моменту времени to (см. фиг. 1), Арприращение фазы. сигнала, отвечающей временному шагу At интегрирования.

Запоминают результаты интегрирования S>, $2; $3. Определяют момейт времени

t* перехода сигнала через нуль по формуле косвенного измерения * =Лt (4) агссоз — М

2 гдеР=;М=

$1, $2

$2 $3

На этом определение момента времени

t* в первом цикле измерений завершается, Измерение t* в последующих циклах выполняется аналогично. Перед началом очеред. ного цикла измерений осуществляют сброс всех полученных ранее значений результатов $$; S2; $3 интегрирования сигнала x(t). . При необходимости осуществлять коррекцию величины шага A t интегрирования по результатам предыдущих измерений.

Таким образом, предложенный способ позволяет определять момент времени т+ до того, как событие перехода сигнала через нуль произошло, т..е, позволяет прогнозировать момент времени перехода сигнала через нуль.

Устройство, реализующее способ, содержит. пороговое устройство 1, таймер 2, 45

x(t) = Asln(F + mt) где А — амплитуда сигнала, à — начальная фаза, отвечающая моменту времени to (см. фиг. 1}. Когда сигнал достигает порогОвого уровня V и при выполнении условий а (1)

> О, когда знак производной curBt нала x(t) больше нуля, блок 1 вырабатывает импульс. поступающий на вход таймера 2, который запускается в момент времени (см, фиг, 1). Одновременно блок 6 вырабатывает первый сигнал разрешения, который поступает на управляющие входы интеграторов 3 и 4, Блоки 3 и 4 начинают интегрировать входной сигнал согласно операциям (1), (2). идентичные по структуре и составу первый, второй и третий интеграторы 3, 4 и 5 соответственно, блок управления 6, идентичные по структуре и составу аналоговые запоминающие устройства 7, 8 и 9 соответственно, решающее устройство 10, устройство инди. кации11.

Вход порогового устройства 1 и входы интеграторов 3, 4 и 5 соединены со входом

10 устройства, выходы последних соединены с входами запоминающих устройств 7, 8 и 9 соответственно, выходы которых соедине.ны с информационными входами решающего устройства 10, выход которого соединен

15 с входом устройства индикации 11, синхронизирующий выход порогового устройства 1 соединен с управляющим входом таймера 2, выход таймера 2 соединен с управляющим входом блока управления 6, первый выход

20 .блока 6 соединен с управляющимй входами блоков 4 и 8, третий выход блока 6 соединен с управляющими входами блоков 5 и 9; причем первый, второй и третий выходы блока

6 соединены с соответствующими управля25 ющими входами блока l0, четвертый выход блока 6 соединен с входами "Пуск" и

"Сброс" блока 10, входами "Сброс" интеграторов 3, 4, 5 и запоминающих устройств 7, 8, 9 и входом "Сброс" таймера 2.

30 Блок управления 6 содержит счетчик импульсов 12 и формирователь импульсов

13, вход счетчика l2 соединен с управляющим входом блока 6, выход счетчика 12 соединен с входом формирователя импульсов .

13, вйходй которого служат выходами блока 6.

Решающее устройство содержит АЦП, регистры памяти и центральный блок.

Устройство работает следующим обра40 зом, На вход устройства поступает сигнал x(t) с круговой частотой ц):

1812626

Таймер 2 формирует тактовые импульсы, следующие через интервал г. Блок 6 содержит счетчик импульсов 12, который формирует отсчет времени t, l = 1,4 следующие через интервалы Ли; i = 1,4. При этом Л t =

= k r, где k — коэффициент задаваемый при настройке счетчика. Настройка счетчика выполняется с учетом верхнего значения частоты fg сигнала. Величину 4 определяют по априорным данным или по результатам измерений в предыдущем цикле.

В одном цикле измерений счетчик формирует четыре временных интервала Лt, равные по длительности. Значение At заносят в соответствующий регистр памяти блока 10.

По истечении первого временного интервала At с начала измерений блок 6 формирует второй сигнал разрешения, который поступает на управляющий вход интегратора 5. Последкий начинает йнтегрировать входной сйгнал согласно операции (3).

8 момент времени t2 = 2 Ь t блок 6 формирует сигнал запрета, который поступает на соответствующий управляющий вход блока 3. Блок 3 прекращает интегрирование входногб сигнала. Одновременно по сигналу блока 6 блок 7 запоминает результат интегрирования $1.

В момент времени тз = 3 Л t блок 6 формирует сигнал Запрета, который поступает на соответствующий управляющий вход блока 5.

Блок 5 прекращает интегрирование входного сигнала, Одновременно по сигкалу блока 6 блок 9 запоминает результат интегрирования $з.

О

В момент времени t4 = 4 Л t блок 6 формирует сигнал запрета, который поступает на соответствующий управляющий вход блока 4, блок 4 прекращает интегрирование сигнала. Одновременно по сигналу блока 6 блок 8 запоминает результат интегрирования $2, По сигналу "Пуск" блока 6 решающее устройство 10считываетиз регистра памяти значение Ьt и результаты интегрирования

$1, $2; $з с выходов блоков 7, 8, 9 соответственно, преобразует последние в цифровую форму и вычисляет момент времеки t+ перехода сигнала через нуль по формуле (4). Пуск блока 10 осуществляется передним фрон том импульса на выходе В4 блока 6. Значение " отображается на экране устройства

11. На этом цикл измерений завершается. . Блок 6 формирует сигнал "Сброс", под действием которого в блоках 3, 4, 5 и 7, 8, 9 осуществляется сброс значений $1: $2; $з одновременн<г очищаются регистры блока

10. После этого устройство готово к выполнению очередного цикла измерений. Сброс осуществляется задним фронтом импульса на выходе В 4 блока 6, Запись значения At

5 в соответствующий регистр памяти блока 10 может выполняться автоматически, для чего используют соответствующую связь между блоками 6 и 10 (на фиг..2 не показана), Все узлы и блоки устройства выполкены

10 на основе типовых агрегатированных средств измерительной и вычислительной техники. Блоки 3, 4, 5„и 7, 8, 9 являются аналоговыми, блок 10 — цифровым и содержит в своем составе АЦП, Управляющий

15 блок 6 выполняет элементарные логические функции и собран из соответствующих микросхем.

Пример 1 реализации способа.

В метеонавигациокной доплеровской

20 РЯС формируется сигнал, моменты времени его перехода через нуль подлежат измерению. По предварительным данным верхнее значение частоты сигнала не превышает 2 кГц. Исходя из этого настраивают счетчик

25 на формирование шага интегрирования A t =

= 5 10 с. Выбирают пороговый уровень|1 =

=3 В, исходя из возможных значений амплитуды сигнала, и соответствующим образом настраивают блок 1.

30 Определение момекта времени t* осуществляется следующим образом. Блок 1 вырабатывает импульс, поступающий на вход блока 6. Последний запускает таймер

2 в момент времени tp. Этому моменту вре35 мени отвечает фаза сигнала F. Одновременно блок 6 вырабатывает первый сигнал разрешения, блоки 3 и 4 начинают интегрирование сигнала x(t).

Через интервал времени At = 5 105 с блока 6 формирует второй сигнал разрешения,.блок 5 начинает интегрирование сигнала x(t). По сигналам блока 6 в момент времени t2 = 1104 с блок 3 прекращает интегрирование. Результат интегрирования

$1 = 8,55 — 10 В с запоминается в блоке 7. В момент времени тз = t,510 с блок 9 запоминает результат интегрирования S3

=1,16 10 В с, В момент t4 = 2 10 с блок 8

-4 запоминает результат интегрирования $2 =

=2,21 10 В с, По сигналу блока 6 решающее устройство 10 считывает все результаты интегрирования, преобразует их в цифровую форму и вычисляет момент времени по формуле (4): t* = 5.10 522,93 = 1.145 10 с. При этом:

M= =1984 Р== 0,769;

$ . S1

$з $з

1812626

4 M агс1g = 0,26 рад.;

PM — 1

arccos — M =0,126 рад.

1.

Для определенности укажем параметры сигнала x(t), измеренные прецизионными средствами;

А = 11,4. В; Т - 1/f = 2,5 10 з. с; F = 0,26 рад.

Таким образом, измерение завершает,ся в момент времени t4 = 2 10 с, а момент времени t* перехоуа через нуль наступит через t* = 1,145 10 с. Следовательно, способ обеспечивает возможность прогнозирования наступления момента времени t*, Пример 2 реализации способа, Верхнее значень1е частоты сигнала равно f> = 808 Гц, пороговый уровень равен Ч = =5 В. Устанавливают шаг интегрирования,, равный Ьt = 1,25 104 с, для чего соответствующим образом настраивают счетчик.

В процессе измерений блоки 7, 8, 9 .запомнили следующие результаты интегрирования, полученные на выходах блоков

3, 4, 5

S1= 1,335 10з В.с; S2= 2,72510 B.c

$з = 1,369 10 з В,с.

По сигналу блока 6 решающее устройство 10 считывают эти значения, преобразует их в цифровую форму и вычисляет момент времени t* перехода сигйала через нуль по формуле (4):. т» = 1,25 104 19,716 = 2,464 10з с.

Результаты промежуточных вычислений равны

М = — =1,99; Р=- 0,975;

S2 . S1

$з $з

arccos — M =0,1 рад

2

PM. 1

Для определенности укажем параметры сигнала x(t). Измеренные прецизионными средствами: А = 5,6 В; f = 127,4 Гц; Т --1

Ф

-7,85 10 с.

Таким образом. измерение завершает. ся в момент времейи ц = 5 10 4 с, a,ìoìåíò . времени t» перехоуа через нуль наступит через t» = 2,464 10 с, Следовательно, способ обеспечивает прогнозирование момента времени t*.

Пример 3 реализации способа, Исходя из верхнего значения частоты сигнала счетчик настроен на формирование шага интегрирования At = 1 10 с. Порого5 вый уровень установлен равным Ч = 1,45 В.

Впроцессе измерений блоки 7,,8,,9 запомнили следующие результаты интегрирования, полученные на выходах блоков 3, 4, 5:

10 $1 = -2,42 105 В с S2=-0,585 10 В с

$з--2,955 105 B ñ

Ло сигналу блока 6 решающее устройство 10 считывает эти значения, преобразует их в цифровую форму и вычисляет момент

15 времени по формуле(4):, т* 1 10 36=3.6 10 с при этом: М =1,993; Р-0,818

Следовательно, интегрированию подвергался отрицательный полупериод сигна20 ла x(t).

Для определенности укажем параметры сигнала х(т).

Измерение прецизионными средствами:

25 .. 1 . -5

А = 5,7 В; f = 12,73 кГц; Т 7,85 10 с

Измерение завершается в момент speмени tq = 4 10 с, а момент времени с* пе5ое30 хода через нуль настуйит через t» = 3,6 10 с, Следовательно; способ обеспечивает прогнозирование момейта времени t».

Таким образом, предложенный способ обеспечивает прогнозирование момента

35 времени перехода сигнала через нуль. Это расширяет область применения способа.

Другим преимуществом предложенного техйического решения является высокая точность измерений. Это достигается за

40 счет того, что в формуле (4) используется отношение результатов интегрирования сигнала M =; Р— . Благодаря этому

$2, $1

$з $з исключается мультипликативная погреш-

45 ность измерений. Аддитивная погрешность измерений существенно уменьшается благодаря операциям интегрирования сигнала.

Еще одно преимущество предложенного способа состоит в его быстродействии

50 (момент t* определяется до наступления события перехода сигнала через нуль).

Предложенный способ характеризуется простотой практической реализации, .

Формула изобретения

55 1. Способ определения момента времени перехода сигнала через нуль, основанный на.фиксации начального момента времени t<>, при котором сигнал x(t) достигает заданного порогового уровня V, запоми10

1812626 где Р= — M= 1, S2

Ss Яз

to t1

20 л - агст9

РМ вЂ” 1

{ х(нании промежуточных оезультатов измерений, вычислении момента времени * перехода через нуль, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения путем обеспечения прогнозирования момента времени перехода сигнала через нуль, фиксируют начальный момент времени to, при котором вмпопняетси усповие дя

) 0, фар мируптт временной швг Л т дт интегрирования сигнала, выполняют интегрирование сигнала в соответствии с выражениями

t ог я(т) йт, $т,(х(т) ст;Бз х(т)от где t1 - A t; Ь - 2 Л t; тз - 3 Л t; t4 - 4 Л t запоминают результаты интегрирования, определяют момент времени с* по формуле

2. Способ определения момента време6 ни перехода сигнала поп.1,отл ича ю щийс я тем, что величину временного шага ЛГв следующем цикле измерения устанавливают в зависимости от величины At и результата определения величины M в

10 предыдущем цикле измерения согласно зависимости

arccos

AP= At

М

15 агссоз 2 величину 9 определяют из условия

9l 8t 4- м "вгссов — liil

1 ем

2 где е(* — предел относительной погрешно25 сти определения момента т*; ем — предел относительной погрешности определения

1812626

Фи,2

Фиг.д

Составитель М. Леонова

Редактор Л. Народная Техред М. Моргентал Корректор М, Куль :.

Заказ 1580 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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