Устройство для измерения комплексных огибающих гармоник сигналов Советский патент 1986 года по МПК G01R23/00 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения действительной и мнимой составляющих комплексных огибаюпщх или амплитуд и начальных фаз гармоник сигналов с изменяющимися во времени параметрами.

Цель изобретения - повьшение точности и расширение частотного диапазона измеряемых сигналов.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для измерения комплексных огибающих сигналов.

Устройство содержит цифровой генератор 1 ортогональных синус.оидаль- ных сигналов, вспомогательные цифро- аналоговые блоки 2 и 3 умножения, интеграторы 4 и 5, а также функциональный преобразователь 6, блок 7 регистрации, цифроаналоговьш блок 8 умножения, умножитель 9 частоты, счетчик 10 и преобразователь 11 кода. Входная шина устройства соединена с сигнальным входом блока 8 умножения, выход которого соединен с сигнальными входами вспомогательных блоков 2 и 3 умножения, выходы которых соединены с сигнальными входами интеграторов 4 и 5, вьгходы которых соединены с функциональным преобразователем б, который соединен с сигнальным входом блока 7 регистрации. Кроме того, входная шина устройства соединена с входом умножителя 9 частоты, выход которого соединен со счетным входом счетчика 10 и входом синхронизации генератора 1, Выходы разрядов счетчика 10 соединены с входами преобразователя 11 кода, вЫ ходы которого соединены с управляющими входами блока 8 умножения, а выходы генератора 1-е управляющими входами блоков 2 и 3 умножения. Выход переполнения счетчика 10 соединен с входами начальной установки интеграторов 4 и 5 и генератора 1, а также с входом запуска блока 7 регистрации. Емкость счетчика 10 равна удвоенному значению коэффициента умножения частоты умножителя 9 частоты. Преобразователь 11 кода преобразует входной код в дополии- тельньй код, и его знаковый разряд подключен к выходу старшего разряда счетчика 10, Цифровой генератор 1, вспомогательные цифроаналоговые бло ки 2 и 3 умножителя, интеграторы 4

0

15

20

25

30

35

40

45

50

55

и 5 составляют блок 12 выделения ортогональных синусоидальных сигналов.

Длительность одного цикла измерения комплексной огибающей одной из гармоник равна удвоенному периоду первой гармоники входного сигнала.

Период Т первой гармоники входного сигнала U (t) делится в умножителе частоты 9 на N частей. Входные импульсы умножителя 9 частоты, период следования которых равен T/N поступают на счетный вход счетчика 10, Емкость счетчика 10 равна 2N, Так как старший разряд счетчика 10 соединен с входом знакового разряда преобразователя 11 на нечетных периодах входного сигнала, когда состояние старшего разряда счетчика 10 равно нулю, код h на входе преобразователя 11 принимает значения и/N на выходе преобразователя 11 (деление производится путем переноса запятой), а на четных периодах входного сигнала, когда состояние старшего разряда счетчика равно единице, код hего младших разрядов преобразуется в код (N-h)/N на выходе преобразователя 1 1.

Выходные коды генератора 1 при измерении комплексной огибающей К-й гармоники входного сигнала О(t) после h -го импульса умножителя 9 час1 « oit тоты равны .- С05 -Кп и 5in--Кп .. Эти

коды поступают на входы вспомогательных блоков 2 и 3 умножения соответственно. Номер измеряемой гармоники 1 задается при помощи кода К на входах управления генератора 1, Номер п выходного импульса умножителя 9 частоты отсчитывается от начала периода.

Входной сигнал U (i) проходит через блоки В, 2 и 3 умножения на сигнальные входы интеграторов 4 и 5, интегрирование в которых происходит в течение двух периодов входного сигнала. В конце зтого интервала времени выходные сигналы интеграторов 4 и 5, равные соответственно действительной а, и мнимой Ь составляющим комплексной огибающей К-й гармоники, поступают в функциональный преобразователь 6, в котором определяется значение огибагощей К-й гармоники в текущий момент времени, например, путем извлечения корня квадратного из суммы квадратов составляющих q j; и Ь ,

В конце второго периода входного сигнала на выходе переполнения счетчика 10 появляется сигнал, который запускает блок регистрации 8, и устанавливает в исходное состояние ин- те-граторы 4 и 5 и генератор 1. При этом в блок 7 заносится информация о параметрах комплексной огибающей гармоники, а интеграторы А и 5 и генератор 1 подготавливаются к новому циклу измерения.

Законы изменения гармоник Ij(t) входного сигнала U C t) в интервале времени - Л длительность которого равна 2Т, могут .быть аппрокси- мированы линейными законами. Тогда в этом интервале времени входной сигнал описывается зависимостью

, .t.o..ye,tcos(-f-Ki.,.K

(1)

где АЦ- амплитуда, oi - угол сдвига

фазы постоянной составляющей К-й гармоники сигнала,

скорость изменения, угол сдвига фазы линейно изменяющейся составляющей К-й гармоники сигнала.

Тогда комплексная огибающая К-й гармоники в этом интервале времени описьшается линейной функцией

(2)

U,,+ B,i, .

где

.

,,.А,е,В,

а мгновенное значение U(t) в середине указанного интервала равно Ux{o) 4Длительность одного цикла измерения равна двум периодам входного сигнала. Можно принять середину этого интервала времени за начало, отсчета, тогда номера импульсов умножителя 9 частоты в первом периоде цикла работы устройства имеют отрицательные ,значения и изменяют от - N до -1, а во втором от О.до (N-1). Тогда на вход блока 8 умножения поступает код равный

Н(1)

( .. O - NH,

а на входы блоков 2 и 3 умножения коды соз-рКп и 6 n- knпри

ie

.С-,

i -N,...,N-1 .

Результаты измерения (выходные сигналы интеграторов 4 и 5) анализи- 5 .руется как комплексное число

(Л

Тогда в блоке 12 вьщеления ортогональных составляющих входной сигнал умножается на комплексные коэффициенты

M(t).co.fxn.js,-nf)Cn-/ ,

,(n+o,n-N,...,N-i. (5) Входной сигнал (1) выглядит как

joik iT- K -2

л -JO if -3T t -tAke е 425

.8,

ЗД

Если положить

, , ,.

8,.u, ..О.

;то входной сигнал (1) принимает вид

/

U(t)45: lA,.8,

Чс--1Ю

(6)

Можно показать, что значение комп- 40 лексной огибающей в середине интерва- . ла измерения (т.е. в момент времени, который полагают равным нулю) равно величине С .

Пусть во входном сигнале есть толь- 45 ко,-одна Е -я гармоника ggfiN JT а

L 2 2 J измеряется К-я гаромника, т.е.

()i(,t)

В соответствии с изложенным принципом действия устройства величина С равна

Ck-fJu(t)Het)M(t}dt. (8)

-т

После подстановки (7), (3) и (5) в выражение (8) получают

с, ,

)e

f if . e cjt +

I(.0 I N:J f . . , , .;W.

4r I ((й

et

Ji.

(9)

Вычисление определенного интеграла (9) дает ,

и t

5iM-T- --n

CK

N

е/н

О, Е , т.е. результат измерения зависит

12231586

процента от амплитуды первой гармоники.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения комплексных огибающих гармоник сигналов , содержащее цифроаналоговый блок ум10 ножения, умножитель частоты, два

вспомогательных цифроаналоговых блока умножения, выходы которых соединены с сигнальными входами интеграторов, и цифровой генератор ортогональных

)5 синусоидальных сигналов, выходы которого соединены с управляющими входами вспомогательных цифроаналоговьк блоков умножения, выходы интеграторов соединены с двумя входами функциотолько от значения комплексной огиба- 20 напьного преобразователя, выход котоющей гаромники (6) в середине цикла измерения. При этом существуют методические амплитудная и фазовая погрешности, которые характерны для всех анализаторов подобного вида, в которых М(-Ь) задается в виде ступенчато изменяющейся функции. Первая погрешность при достаточно большом N пренебрежимо мала, а фазовую погрешность мо жно легко устранить переносом начального момента времени на величину t/2N.

Таким образом, устройство позволяет повысить точность, так как подключение управляющих входов блока 8 умножения через преобразователь 11 кода и счетчик 10 к выходу умножителя 9 частоты обеспечивает линейность изменения- сигнала (2) H(i;), синхронизацию с частотой входного сигнала, синхронизацию запуска блока 1 в момент начала возрастания сигнала HC-i) Одновременно расширяется частотный диапазон входных сигналов, так как

длительность ступенек в сигнале

H(-t), равная T/N пропорциональна периоду входного сигнала. Достигнутый положительный эффект позволяет измерять высшие гармоники сигнала, амплитуды которых не превьш1ают долей

Редактор Е.Папп

45

2. Устройство по п. 1, о т л и- чающееся тем, что емкость счетчика: равна удвоенному коэффициенту .умножения частоты умножителя частоты.

Составитель С.Лебедев

Техред И.ПоповичКорректор С.Шекмар

Заказ 1708/48Тираж 728Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Ра тиская на б., д. 4/5

Филиал Ш1П Патент, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

рого соединен с сигнальным входом блока регистрации, входная шина устройства соединена с входом синхронизации цифрового генератора ортогональных синусоидальных сигналов и сигнальным входом цифроаналогового блока умножения, выход которого соединен с сигнальными входами вспомогательных цифроаналоговых блоков умножения, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения точности измерения и расширения частотного диапазона, в него введены счетчик и преобразователь кода, выходы которого соединены с входами управления цифроаналогового блока умножения, а входы - с выходаг-ш разрядов счетчика, счетный - вход которого подключен к выходу умножителя частоты, а выход переполнения соединен с начальной ус- тановки интеграторов и цифрового генератора ортогональных синусоидальных сигналов и входом запуска блока регистрации.

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения действительной и мнимой составляющих комплексных огибакщих или амплитуд и начальных фаз гармоник сигналов изменяющимися во времени параметрами. Цель изобретения - повьпнение точности и расиш-. рение частотного диапазона измеряемых сигналов. Устройство содержит цифровой генератор 1 ортогональных синусоидальных сигналов, вспомогательные цифроаналоговые блоки 2 и 3 умножения, интеграторы 4 и 5, функциональный преобразователь 6, блок 7 регистрации, цифроаналоговый блок 8 умножения, умножитель 9 частоты, счетчик 10, преобразователь 11 кода. Цифровой генератор 1, вспомогательные цифроаналоговые блоки 2 и 3 умножения и интеграторы 4 и 5 составляют блок выделения ортогональных синусоидальных сигналов. Для достижения.поставленной цели в устройство введены счет- чик 10 и преобразователь 11 кода. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. I (О