SU1386937A1 - Амплитудно-фазовый анализатор гармоник периодических сигналов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области измерительной техники и позвол ет повысить разрешающую способность анализатора . Анализатор содержит входной блок 1, блок 2 управлени , аналого- цифровой преобразователь 3, блоки 4 и.. 5 перемножени , накапливающие сумматоры 6 и 7 и шифратор 8. В анализатор введены цифроаналоговый преобразователь 9, аналоговый блок 10 вычитани  и усилени , компаратор 11 напр жени , источник 12 шумового на-. пр жени , логическа  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 измен етс  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

Description

со 00

О5

со

00

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к области создани  анализаторов комплексного спектра периодических сигналов и устройств дл  выполнени  преобразовани  Фурье, детерминированных и слу чайных сигналов в реальном масштабе времени.

Цель изобретени  - повышение разрешающей способности.

На фиг. 1 представлена функциональна  схема предлагаемого амплитудно-фазового анализатора гармоник периодических сигналов; ла фиг.2 - эпюры напр жений, по сн ющие механизм определени  среднего значени  разностного напр жени ; на фиг.З - пример использовани  дискретных отсчетов входного сигнала дл  определени  действительной и мнимой составл ющих высшей гармоники входного периодического сигнала; на фиг.4- пример конкретной реализации аналогового блока вычитани  и усилени .

Амплитудно-фазовый анализатор гармоник периодических сигналов содержит входной блок 1, блок 2 управлени , аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3, первый 4 и второй 5 блоки перемножени , первый 6 и второй 7 накапливающие сумматоры, шифратор 8, цифроаналоговый преобразователь ДАЛ 9, аналоговый блок 10 вычитани  и усилени , компаратор 11 напр жени , источник 12 шумового напр жени , логическую схему И 13, счетчик 14 и сумматор 15, причем выход входного блока 1 соединен с информационным входом АЦП 3, первым входом аналогового блока 10 вычитани  и усилени  и входом блока 2 управлени , первый выход которого подключен к тактовому входу АЦП 3, второй - через шифратор 8 к первым входам первого 4 и второго 5 блоков перемножени , а третий - к одному из входов логической схемы И 13, выход блока 10 вычитани  и усилени  через последовательно соединенные компаратор 11, второй вход которого подключен к выходу источника 12 шумового напр жени , логическую схему И 13, счетчик 14 и сумматор 15 соединен с вторыми входами первого 4 и второго 5 блоков перемножени , выходы которых св заны с входами соответственно первого 6 и второго 7 накапливающих сумматоров, информационный

выход АЦЦ 3 соединен с вторым входом сумматора 15 и кодовым входом ЦАП 9, выход которого подключен к второму входу аналогового блока 10 вычитани  и -усилени .

Анализатор работает следующим образом .

Исследуемый периодический сигнал . через входной блок 1 поступает на информационный вход АЦП 3 и на вход блока 2 управлени , который задает моменты дискретизаи,ии входного сигнала x(t) с шагом tp путем формировани  последовательности тактовых импульсов . Тактовые импульсы с первого вькода блока 2 поступают на тактовый вход АЦП 3, на информационном выходе которого по истечении цикла преобразовани  tg формирую:с  цифровые отсчеты входного сигнала x(t). Им- .пульсы с второго выхода блока 2 через первые входы ввод т в блоки 4 и 5 перемножени  с шифратора 8 коды нормированных гармоник соответственно:

30

, (i-0,5) t ; Cos o, (i-0,5)t ,

(1)

5

0

5

0

где- - номер измер емой гармоники; со, - кругова  частота первой

гармоники входного периодического сигнала x(t) ; i - номер отсчета ,1. Цифровые коды входного сигнала с выхода АЦЦ 3 поступают на кодовьш вход ЦАП 9, на выходе которого по вл етс  аналоговый уровень напр жени , соответствующий такому цифровому коду, который меньше на единицу младшего значени  разр да данного цифрового отсчета входного сигнала x(t) . Это напр жение y(i) поступает на второй вход аналогового блока 10 вычитани  и усилени , на первый вход которого с выхода входного блока 1 поступает исследуемый сигнал x(t). Таким образом, на вь1ходе блока 10 формируетс  разностньш сигнал следующего вида

Ц(с)(г)-у(1) ,

(2)

где К - коэффициент усилени  блока 10. Сущность дальнейшей обработки этого сигнала с помощью блоков 11-14 сводитс  к определению его среднего значени  в течение цикла преобразовател  входного сигнала t,.Механизмы опрделени  среднего значени  по сн ютс  фиг. 2. Усиленный разностный сигнал и(t) подаетс  на первый вход компаратора 11 напр жений, на второй вход которого поступает сигнал ) с выхода источника 12 шумового напр жени . Этот сигнал LJ (t) представл ет собой случайный процесс, равномерно распределенный в диапазоне напр жений от О до 2 а К, где а - значение младшего значащего разр ди АЦП 3 (на фиг. 2U(t) дл  нагл дности представлен в виде треугольного напр жени , которое  вл етс  хорошей моделью равномерно распределенного процесса ) .

На выходе компаратора 11 по вл ютс  импульсы,, длительность которых зависит от длительности пребывани  большего потенциала на его первом входе по сравнению с потенциалом на втором входе. Эти импульсы поступают на первбш вход логической схемы И 13 на второй вход которой поступают импульсы заполнени  с третьего выхода блока 2. Схема И 13 выполн ет функцию вентил , который управл етс  импульсами с выхода компаратора 11 напр жений . Во врем , когда на выходе компаратора действует высокий потенциал , импульсы заполнени  проход т через вентиль и поступают на вход счетчика 14. После окончани  цикла на выходе счетчика по вл етс  код, соответствующий среднему значению разностного напр жени  U(t) . Этот цифровой код суммируетс  в сумматоре 15 с цифровым отсчетом входного сигнала x(t) и поступает на вторые входы блоков 4 и 5 перемножени . С выходов блоков 4 и 5 перемножени  коды произведений суммируютс  с учетом знака в накапливающий сумматорах .6 и 7. В результате цифровой обработки I значений входного периодического сигнала x(t) в сумматорах 6 и 7 будут зафиксированы коды квадратурных составл ющих исследуемой гармоники.

При измерении среднего значени  напр жени  U(t) на интервале t здес используетс  метод Монте-Карло. Блок управлени  представл ет собой умножитель частоты, который вырабатывает последовательность импульсов заполнени , число которых на промежутке времени tp равно , 1000, 10000

0

5

0

5

либо 100000, и т.д. Поэтому число N,, зафиксированное в счетчике 14 после окончани  цикла, равно среднему значению напр жени  U(t) на интервале tg С погрешностью, котора  определ етс  значением параметров М и N (фиг. 2). Зависимость погрешности определени  среднего значени  гладких функций от параметра М. Полученна  геометрическим путем, представлена на фиг. 2, откуда, например, следует, что при и погрешность определени  среднего значени  U(t) не превышает 1%, а цифровой отсчет входного сигнала x(t) на выходе сумматора 15 будет на два дес тичных знака точнее. Данный цифровой код в блоках 4 и 5 перемножени  перемножаетс  с кодами ортогональных весовых функций (1), как показано на фиг. 3, где qi - фазовый сдвиг исследуемой гармоники относительно весовых функций. После определени  квадратурных составл ющих исследуемой гармоники Z и Z могут быть найдены ее модуль

30

z,4(z

+ (z)

5

0

5

0

5

и фазовьш сдвиг

Z. y arctg jf- .

Повышение разрешающей способности предлагаемого анализатора достигаетс  благодар  тому, что, так как пе- риод даже верхней исследуемой гармоники , значение x(t) на интервале Сд измен етс  плавно и мгновенное значение x(t) в середине отрезка to весьма близко к его среднему значению на этом отрезке, которое может быть измерено с высокой степенью точности путем увеличени  значени  параметров М и N. В качестве источника шумового напр жени  с равномерным законом распределени  выходного процесса может быть использован независимый автогенератор треугольной волны.

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

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Амплитудно-фазовый анализатор гармоник периодических сигналов, содержащий входной блок, к выходу которого подключены вход блока управлени  и информационный вход аналого-цифрового преобразовател , первый и второй блоки перемножени , выходы :которых подключены к входам соответственно первого и второго накапливающих сумматоров, выходы которых  вл ютс  соответственно первым и вторым выходами анализатора, первый выход блока управлени  соединен с тактовым Входом аналого-цифрового преобразовател , а второй - через шифратор с первыми входами первого и второго блоков перемножени , отличаю- 1ц и и с   тем, что, с целью повы- (пени  разрешающей способности, вве- з;ены цифр о аналоговый преобразователь аналоговый блок вычитани  и усилени  омпаратор напр жени , источник шу- Мового напр жени , логическа  схема И, счетчик, сумматор, причем выход входного блока через последовательно соединенные аналоговый блок вычитани  и усилени , компаратор напр жений , второй вход которого св за с выходом источника шумового напр жени , логическую схему И, второй вход которой подключен к третьему выходу блока управлени , счетчика и сумматор, второй вход которого подключен к информационному выходу аналого-цифрового .преобразовател , соединен с вторыми входами первого и второго блоков перемножени , кодовый вход цифроаналогового преобразовател  подключен к информационному выходу аналого-цифрового преобразовател , а выход - к второму входу аналогового блока вычитгни  и усилени .

   tuoBmf напр тени  иднпаратора олон ft

   f-- fo-ff iзак utt Hoi - aan

   n m n rn i-}гп j

   SaoHot

   ЯыхоЗнл№ ампуйьеы a,

   Saffueutfoeff y.

   notftfiftoetmia

   Ofuimtfttwi,

   efMovfim , tte&wx 9yfntLitti/ t

   «n utavfHtfu.f

   9 9

   /3

   Фиги

   /С 3-му ыл.оду

   MOHOCZ