Цифровой измеритель коэффициента гармоник Советский патент 1986 года по МПК G01R23/20 

1

Изобретение относится к электро- радиоизмерениям и может быть использовано для измерения коэффициента гармоник.

Цель изобретения - повьтгение точности измерения за счет уменьшения погрешности, обусловленной неточностью задания весовых коэффициентов цифрового фильтра.

На чертеже приведена блок-схема устройств а.

Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1, блок 2 управления, цифровой нерекурсивный фильтр 3, масштабирующий блок 4, сумматор 5 квадраторы 6 и 7, делитель 8 кодов и блок 9 извлечения квадратного корня.

Информационный вход аналого-цифрового преобразователя 1 и вход блока 2 управления объединены между собой и подключены к входу прибора. Управляющий вход аналого-цифрового преобразователя 1 соединен с одним из выходов блока 2 управления, Выход преобразователя 1 соединен с точкой, объединяющей вход цифрового фильтра 3 и вход суммирования сумматора 5. Выход цифрового фильтра 3 через масштабирующий блок 4 подключен к входу квадратора б и входу вычитания тора 5, выход которого соединен с входом квадратора 7. Выходы квадраторов 6 и 7 подключены к соответствую- вхЪдам делителя 8 кодов, выход которого соединен с входом блока 9 извлечения квадратного корня.

Устройство работает следующим образом.

Найдем алгоритм работы нерекурсивного цифрового фильтра 3. Запишем выражение для мгновенных значений первой гармоники исследуемого сигнала

U(ta) и,- В cos С, sin qai,

(1)

где С, и В - вещественная и мнимая составляющие амплитуды первой гармоники исследуемого сигнала или коэффициенты Фурье,

2

О Wo 4 t

m

где cOg - частота первой гармоники

сигнала;

ut - интервал, дискретизации сигнала;

. . 2

m - число точек дискретизации

сигнала;

q - О, 1, 2, ..., (т-1). Коэффициенты Фурье В и C-f равны:

„ т-г

BI ° °

m-l С - Ц и sin Sft.

5 5

(2)

Подставляя выражения (2) в формулу (1), получим

, 5 , 2

. и, coB(q-s)...

Сделав замену и воспользо- 20 вавшись периодичностью сигнала, получим

2

и. - У и COS Пой . Ч тп - Ч-1

m

п «о

V

(3)

Формула (3) показывает, что мгновенные значения первой гармоники сигнала в любой точке отсчета ta получаются как линейная комбинация значе- НИИ самого сигнала в точке t в (т-1) предшествующих точках fc(j, , ta-2 j tQ,.., . Таким образом, формула (3) представляет собой алгоритм линейного нерекурсивного цифрового фильтра (т-1)-го порядка с весовыми

коэффициентами h, cos (пл) и с умI

ножением выходного сигнала фильтра

на - . Передаточная функция этого 0 фильтра С4, 5): ..,,, , „-п

W(z) XI h,

те

Зная , можно найти квадраты действующего значения первой и высших 5 гармоник:

т-1

(4)

50

(5)

(6)

55

Соотношения (3), (4), (5) и (6) положены в основу работы предлагаемого измерителя.

Исследуемый сигнал U(t) поступает на входы аналого-цифрового преобразователя 1 и блока 2 управления, ко- торьш задает моменты квантования t сигнала U(t) и в эти моменты фо рми- рует импульсы запуска преобразователя 1. На выходе преобразователя 1 образуются коды мгновенных значений исследуемого сигнала U(tq) Uq, которые подаются на вход цифрового фильтра 3 и на вход суммирования сумматора 5.

В цифровом нерекурсивном фильтре 3 реализуется алгоритм

m-t

COS П06,

П 0

причем весовые коэффициенты cos поб вычисляются и записываются в блок памяти цифрового фильтра 3 заранее. Код с выхода фильтра 3 подается чере масштабирующий блок 4 на вход вычитания сумматора 5 и на квадратор 6. Коэффициент передачи г асштабирующего

2 блока 4 равен - и поэтому на его

m

выходе образуется код и,д согласно вьфажению (3).

В сумматоре 5 получается код раз-

НОСТИ Ua -и,а , КОТОРЫЙ ВВОДИТСЯ В

квадратор 7.

Квадраторы 6 и 7 предназначены для возведения в квадраты соответ- ствгенно кодов и/л и Uq -иц и сумми- рования полученных квадратов U,(j и (Ufl-U,,, ) в m точках квантования. В результате этого в квадраторах 6 и 7 согласно выражениям (4) и (5) будут получены соответственно коды величин mUf и niU, , которые затем вводятся в делитель 8 кодов. На выходе делителя 8 кодов образуется код отношения

mUb УЬ

пи Uf

Положительным эффектом предлагаемого изобретения является повышение точности измерения за счет v MeHb- шения погрешности, вносимой неточностью задания весовых коэффициентов цифрового фильтра.

Из формулы (6) получим выражение для обсолютной погрешности квадрата коэффициента гармоник

Л()(|)Д(у - 1) - rA(uf)

„ - (1

. „. л(и)

+ KJ --JТогда относительная погрешность коэффициента гармоник

о 4Кг 1 А(КГ) г - -к 2 - кГ

- .( + L) (U 1

2U ,

Оценки относительной прототипа:

при любьпс коэффициентах гармоник

.Stih. (8) г Г к 2Г

к

при малых коэффициентах гармоник ( К, 1)

8 ( I Si-J-h(Q

I

где J h - ошибка установки весового коэффициента цифрового фильтра.

Оценка относительной погрешности коэффициента гармоник устройства

,/8кГ/Л1 11,Ь. (10) 14

а для малых коэффициентов гармоник

поступающий в блок 9 извлечения квадратного корня, на выходе которого получаем код коэффициента гармоник

Синхронизация работы всех узлов измерителя осуществляется блоком 2 управления.

50

/8Kf/ .h

Ki

(11)

Сравнение формул (8) и (9) для оценки относительной погрешности прототипа с аналогичными формулами (10) и (1:1) предлагаемого изобретения показывает, что при одинаковой погрешности задания весовых коэффициентов лЬ, вызываемая этим погрешность измерения коэффициента гармоник у прототипа значительно выше, чем у предлагаемого изобретения. Действительно, при любых коэффициентах гармоник из формул (8) и (10) .,(«

1 т

(12)

rs KV i

5

27

а при малых коэффициентах гармоник из формул (9) и (11)

JSK /

m

(13)

Формула изобретения

1. Цифровой измеритель коэффициента гармоник, содержащий последовательно соединенные блок управления, аналого-цифровой пре;образователь, цифровой фильтр и масштабирующий блок, второй вход аналого-цифрового преобразователя объединен с входом блока управления и является входом

Составитель Е. Губанов Техред. М.Ходанич

Тираж 728

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Рауюская наб., д. 4/5

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

измерителя, синхронизирующ 1е выходы блока управления подключены к синхронизирующим вхомям цифрового фильтра, сумматора, квадраторов, делителя

кодов, блока извлечения квадратного корня, сумматор, входы суммирования и вычитания которого подключены соответственно к выходам аналого-цифрового преобразователя и масштабирующего блока, а также последовательно соединенные делитель кодов и блок извлечения квадратного корня, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него

дополнительно введены два квадратора, причем вход первого квадратора подключен к выходу масштабирующего блока, вход второго квадратора - к выходу сумматора, а выходы квадраторов подключены к входам делителя кодов.

2. Измеритель по п. 1, отличающийся тем, что цифровой фильтр в нем выполнен нерекурсивным.

Корректор С. Черни

Подписное

.Изобретение относится к электрр- радиоизмерениям. Может быть использовано для измерения коэффициента гармоник. Цель изобретения - повышение точности измерения. Для достижения поставленной цели в устройство, содержащее аналого-цифровой преобразователь 1, блок 2 управления, цифровой нерекурсивный фильтр 3, масштабирующий блок.4, сумматор 5, .дели- т.эль 8 кодов, блок 9 извлечения квадратного корня, дополнительно введены квадраторы 6, 7. Синхронизация работы всех узлов измерителя осуществляется блоком 2 управления. Положительным эффектом изобретения является повышение точности измерения за. счет уменьшения погрешности, вносимой неточностью задания весовых коэффициентов цифрового фильтра. Цри одинаковой погрешности задания весовых коэффициентов йЬ погрешность измерения коэффициента гармоник у прототипа значительно вьше, чем у изобретения . 1 3.п. ф-лы, 1 ил. i (П StiixoB S3 сл - ел ел