Цифровой анализатор частотных характеристик линейных четырехполюсников Советский патент 1987 года по МПК G05B23/02 

Р-

Изобретение относится к.области систем автоматического контроля, управления и регулирования и может быть использовано в анализаторах частотных характеристик о

Цель изобретения - повышение точности, быстродействия и расширение функциональных возможностей.

На фиг.1 приведена структурная схема цифрового анализатора частот ных характеристик линейных четырехполюсников; на фиг.2 - функциональная схема дискриминатора максимумов на фиг.З - функциональная схема бло управления; на фиг.4 - временные диаграммы его работы.

Анализатор содержит генератор 1 эталонной частоты, управляемьй делитель 2 частоты, цифроаналоговьй преобразователь 3, четырехполюсник выпрямитель 5, преобразователь 6 напряжение - частота, элемент И 7, реверсивный счетчик 8, делитель 9 кодов, нуль-орган 10, дискриминатор 11 максимумов; блок 12 управления, блок 13 регистрации.

Дискриминатор максимумов содержит делитель 14 частоты на два, элементы И 15-18, триггеры 19-22, счетчик 23 и реверсивный счетчик 24.

Блок управления содержит кнопку 25 Пуск, триггеры 26-30, элементы И 31-34, элемент ШШ 35, переключатель 36 измеряемой величины.

Устройство работает следующим образом.

Синусоидальное напряжение U(t) с вьУхода цифроаналогового преобразователя 3 подается на исследуемый четы- рехполюсник 4, а выходное напряжение Uj,, (t) последнего поступает на входы нуль-органа 10, а также через выпрямитель 5 - на вход преобразователя 6 напряжение - частота.

Выпрямленное напряжение )((t) преобразователем 6 напряжение - частота: преобразуется в пропорциональную частоту следования импульсов

f(t) KJu,,,(t)l

где K - коэффициент передачи преобразователя 6 напряжение - частота.

Шпульсы частоты f (t) подаются с преобразователя 6 на вход элемента И 7, который в исходном состоянии закрыт управляющим сигналом с перfO

5

а

,

15

25

30

aj

4045

вого выхода блока 12 управления. На входы блока 12 управления подаются управляющие сигналы с двух выходов цифроаналоговог о преобразователя 3, соответствующие переходам напряжения U(t) через нуль из отрицательной области в положительную, положительный максимум, сигналы.с выхода дискриминатора 11 максимумов и нуль-органа 10, формируемые в моменты переходов напряжения ,,() соответственно через положительный максимум, и оба нулевых; значения. По этим сигналам блок 12 управления в зависимости от измеряемой величины - вещественной или мнимой составляющих частотной характеристики формирует управляющий сигнал определенной длительности, которым открьшается эпе--- мент И 7. Выходные импульсы частоты f(t).с преобразователя 6 через элемент И 7 поступают в реверсивный счетчик 8, режим работы которого - суммирование или вычитание задается блоком 12 управления по сигналам нуль-органа 10 в зависимости от знака напряжения.

При измерении вещественной составляющей частотной характеристики элемент И 7 открьгоается управляющим сигналом блока 12 управления в интервале времени между переходом напряжения U(t) через нуль и переходом напряжения и„, (t) через максимум, т.е.

О ЫХ

,Чр, .

где t, - временный сдвиг между пе- реходами напряжений Ugj(t) и U(t) через одноименные нули, например из отрицательной области в положительную. Тогда момент времени t -jr- +

t q, соответствует переходу напряжения ((t) через положительный максимум. Количество импульсов, записанное в реверсивный счетчик 8, за время, открытого состояния элемента И 7, будет равно:

- Ч f-S

N, J f(t) dt К J U,,,,(t)j t

-%c

|7 TT

8ыx.m GO

j sin(ot -if)c3(ut)

coscp

С (О

где С и.

вЫХ.т

СО8Ц

- вещественная

составляющая частотной характеристики.

При измерении мнимой составляющей частотой характеристики элемент И 7 открьшается управляющим сигналом блока 12 управления в интервале времени между переходами напряжений U(t) и ,(t) через положительные максимумы, т.е.

- IT TI

.m

KiT

sinif 27

где

В Usbix m sinV -минимальная сое- тавляющая частотной характеристики.

Как следует из выражений (1) и (2), коды N, и Nj, записанные в реверсивный счетчик 8 в каждом из двух режимов измерения, пропорциональны соответственно вещественной и мнимой составляющим измеряемой частот- ной характеристики. Вместе с тем они являются функцией частоты (или периода) синусоидального напряжения, при которой производится определение составляющих С и В. Для устранения этой зависимости коды N4 и N подаются на делитель 9 кодов, на второй вход которого с управляемого делителя 2 частоты, например с его регистра памяти или переключателей для задания частоты (периода) входного напряжения U(t), поступает код периода N , где К - коэффициент, обратный дискретности задания периода. На выходе делителя 9 кодов образуется код результата измерения

NO

V Nj. .Ki (, 3 N, 2 К,

или

тг t:

ГЧ.П т

N NT

.

К,

в К В,

5 кйЮ

is

20

25

30

35х40 и о45 50я 55

где Kd - коэффициент передачи делителя 9 кодов;

К коэффициент переда- т чи прибора, определяющий дискретность

отсчета.

Коды N и Ng поступают в блок 13 регистрации.

Рассмотрим работу дискриминатора 11 максимумов (Лиг.2).

В Исходном состоянии счетчик 23 и реверсивный счетчик 24 обнулены, триггеры 19-22 установлены сигналом сброса в нулевое состояние, и.их потенциалами закрыты все элементы И 15 - 18.

По первому входу дискриминатора 11 максимумов импульсы с генератора

Iобразцовой частоты поступают на делитель 14 частоты на два, на выходе которого образуется последовательность импульсов fo/2. Эти импульсы через элемент И 15 и импульсы с генератора 1 образцовой частоты через элемент И 16 не проходят.

По второму входу дискриминатора

I1максимумов на входы элементов

И 17 и 18 поступают импульсы с нуль- органа 10, но на вькод элементов И 17 и 18 они не проходят.

Работа дискриминатора II максимумов начинается с приходом по его третьему входу импульса Пуск с кнопки 25 Пуск блока 12 управления. Этот импульс подается на единичный вход триггера 22 и устанавливает его в единичное состояние. Потенциалом триггера 22 открывается элемент И 18, после чего первый же импульс с нуль- органа 10 проходит через схему И 18 на единичный вход триггера 20 и счетный вход триггера 21, переводя их в единичное состояние. Потенциалом триггера 20 открьшается элемент И 17, а потенциалом триггера 21 - элемент И 15. Через элемент И 15 импульсы частоты fo/2 с делителя 14 частоты .поступают на счетчик 23 и вход вычитания реверсивного счетчика 24. Так продолжается до прихода через время Т/2 второго импульса с нуль-органа 10 на второй вход дискриминатора 11 максимумов. Этот импульс поступает

513

через элемент И 17 на единичный вход триггера 19, устанавливая его н единичное состояние, и через элемент И 18 на счетный вход триггера 21, возвращая его в исходное состояние. Потенциалом триггера 19 открьшается элемент И 16, а потенциалом триггера 21 закрьтается элемент И 15 и возвращается в исходное состояние срабатывающий по заднему фронту триггер 22, закрывая элемент И 18i К этому моменту в счетчики 23 и 24 запишется количество импульсов

N,

Т fo .

Через элемент И 16 импульсы частоты р поступают на вход суммирования реверсивного счетчика 24, и после прихода числа импульсов, равного N ,он обнуляется, а на его выходе появляется импульс переполнения. Этот импульс подается на вход записи реверсивного счетчика 24, переписывая в него код N счетчика 23 на вычитание, и на нулевой вход триггера 19, устанавливая его в исходное состояние и тем самым закрывая элемент И 1 6.

Импульс переполнения на выходе реверсивного счетчика 24 появляется через время

.. - Т t - -- .--относительно момента поступления импульса с нуль-органа 10, т.е., импульс переполнения счетчика 24 формируется в момент времени, соответствующий положительному максимуму нап - ряжения-Ugi i(t). Этот импульс и является вькодным импульсом дискриминатора 11 максимумов.

Очередные выходные импульсы дискриминатора 11 максимумов образуются на каждом периоде напряжения U (t) следующим образом. Очередной импульс нуль-органа IО проходит через элемент И 17 на единичный вход триггера 19, устанавливая его в единичное состояние и открьшая элемент И 16, чере который импульсы частоты f поступают на вход суммирования реверсивного счетчика 24 до момента его обнуления, что соответствует появлению на выходе счетчика 24 импульса переполнения. В дальнейшем работа дискриминатора 11 максимумов повторяется аналогично рассмотренной.

466

Рассмотрим работу блока 12 управления (фиг.З) в обоих режимах измерения - вещественной и мнимой составляющих частотной характеристики.

При измерении вещественной составляющей С частотной характеристики переключатель 36 измеряемой величины находится в положении С, тем самым на третий вход элемента И 32 подается положительньй потенциал, подготавливающий его к работе. Нажатием кнопки 25 Пуск осуществляются две операции: сброс (установка прибора в исходное состояние и перевод

прибора в режим измерений.

Сигнал Пуск от кнопки 25 по третьему выходу блока 12 управления подается, как указьшалось на дискриминатор 11 максимумов, переводит

его в режим измерений и устанавливает в единичное состояние триггер 26, который своим потенциалом открывает элемент И 31 для сигналов, поступающих по третьему входу блока

12 управления с выхода дискриминатора II максимумов. Триггер 26 и элемент И 31 необходимы для того, чтобы синхронизировать работу реверсивного счетчика 8 с сигналами

управления. Таким образом, блок 12 управления начнет свою работу лишь по достижению сигналом Ug|,(t) положительного максимума. 11мпульс, соответствующий этому моменту, с выхода дискриминатора 11 максимумов поступает через элемент И 31 на единичный вход триггера 27 и непосредственно на единичный вход триггера 29. Триггеры 27 и 29 переводятся в

единичное состояние, первый из них подает разрешающий потенциал на вторые входы элементов И 32 и 33 (при этом чувствительным к импульсам по Вх.1 будет лишь элемент И 32, а

элемент И 33 на импульсы по Вх.2 реагировать не будет, так как его третий вход находится в отключенном состоянии), а второй - на элемент И 34, открьшая его для прохождения

импульсов, поступающих по четвертому входу блока 12 управления с выхо- да нуль-органа 10.

Импульсы, поступающие по Вх.1 блока 12 управления с второго выхода цифроаналогового преобразователя 3 и соответствующие переходам входного напряжения U(t) (фиг.4а) четырехполюсника 4 через нуль из отрицатель71

ной области в положительную (фиг.Дв) через элемент И.32 и элемент ИЛИ 35 подаются на единичный вход триггера 28, устанавливая его в единичное состояние. С поступлением с дискриминатора 11 максимумов по Вх.З блока 12 управления импульсов, соответствующих переходам выходного . напряжения (t) (фиг.Аб) четьфех- полюсника 4 через положительньй максимум (фиг.4д на нулевой вход триггера 28, последний возвращается в исходное состояние, При этом сигналом с его инверсного выхода устанавливаются в исходное состояние триггеры 26 и 27, а на прямом выходе триггера 28 формируется управляющий сигнал (фиг.4ж), поступающий по Вых.1 блока 12 управления на элемент И 7, открь{вая его для прохождения импульсов с выхода преобразователя 6 напряжение - частота на реверсивный счетчик 8 в интервале вреТ

мени от О t 6-д- + ttj), что и требуется для измерения вещественной составляющей частотной характеристики.

Режим работы реверсивного счетчика 8 задается управляющим потенциалом триггера 30, на счетный вход которого через элемент И 22 поступают импульсы с выхода нуль-органа 10 по Вх.4 блока 12 управления. Чтобы исключить неопределенность в работе триггера 30 и добиться жесткой корреляции между состоянием триггера 30 и импульсами с нуль-органа 1 О, служат триггер 29 и элемент И 34. Триггер 29 срабатьшает от импульса, соот ветствзпощего максимальному значению выходного напряжения ) четырехполюсника 4, делая чувствительным к импульсам, поступающим по Вх.4 блока 12 управления, элемент И 34. Тем самым задается строго определенное, заранее принятое состояние триггера 30 для положительного значения выходного напряжения ) четырехполюсника 4. Затем с приходом каждого очередного импульса с нуль-органа 10 триггер 30 поочередно изменяет свое состояние на противоположное. Выходной управляющий сигнал триггера 30 по Вых.2 блока 12 управления подается на вход реверса реверсивного счетчика 8, изменяя

8

его режим работы в соответствии со знаком напряжения U., ft) и обеспеDDIJt

чивая тем самым интегрирование частоты f(t) с учетом знака, согласно выражению (.1) .

При измерении мнимой составляющей В частотной характеристики переключатель 26 измеряемой величины ,находится в положении В, и к работе подготовлен элемент И 33 по его третьему входу. Процесс измерений, как и в предьщущем режиме, начинается нажатием кнопки 25 Пуск, от которой срабатьшает триггер 26, а

затем от импульса, поступающего с дискриминатора 11 максимумов по . Вх.З блока 12 управления, триггер 27 подает разрешающий потенциал на второй вход элемента И 33. Через

0 этот элемент и элемент ИЛИ 35 импульсы, соответствующие переходам через максимум входного напряжения U(t) четырехполюсника 4 (фиг.Зг), поступают с третьего выхода цифро- аналогового преобразователя 3 по Вх.2 блока 12 управления на единичный вход триггера 28, переводя его в единичное состояние. В исходное состояние триггер 28 возвращается .

импульсом, задаваемым дискриминатором 11 максимумов выходного напряжения Ug|j|j(t) четырехполюсника 4 (фиг. 4д). В итоге на прямом выходе триггера 28 формируется управляющий сиг5 нал (фиг.4з), поступающий во Вых.1 блока 12 управления на элемент И 7, открьшая его на время

Т Т

-7- и t -Г- 4

Ч

между положительными максимумами входного и выходного напряжений четырехполюсника 4 для прохождения

импульсов с выхода преобразователя 6 напряжение - частота на реверсивный счетчик 8, что и требуется для измерения мнимой составляющей В частотной характеристики. Режим работы

реверсивного счетчика 8 задается аналогично рассмотренному.

Если необходимо предусмотреть статистическую обработку п измерений для уменьшения случайных погрешностей, то в блок 12 управления следует ввести счетчик с коэффициентом пересчета п, установив его между инверсным выходом триггера 28 и ну-. левьм входом триггера 26.

91315946

им образом, в предлагаемом стве повьшается точность изя. Это обеспечивается за счет что исключаются такие узлы, тектор среднего значения и етр, которые вносят основной в погрешность измерения изго устройства.

мула изобретения

W

ти фу ны то чи со на эл ди ле ре го хо к ро вы ты ра ди со эт ор вх вы ми вх

ЦИФРОВОЙ анализатор частотных характеристик линейных четырехполюсников, содержащий элемент И, блок регистрации, генератор эталонной частоты, выход которого соединен с первым входом управляемого делителя частоты, подключенного выходом к первому входу цифроаналогового преобразователя, первый вход которого соединен с выходом анализатора, а второй и третий выходы подключены соответственно к первому и второму входам блока управления, третий вход которого соединен с выходом дискриминатора максимумов, отличающийся тем, что, с целью повьшения точнос

5

0

5

10

ти, быстродействия и расширения функциональных возможностей, введены преобразователь напряжение - частота, нуль-орган, реверсивный счетчик, делитель кодов и вьшрямитель, соединенный через преобразователь напряжение - частота с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления, а выход - со счетным входом ревер сивного счетчика, подключенного управляющим входом к второму выходу блока управления, а выходом - к первому входу делителя кодов, второй вход которого соединен с вторым выходом управляемого делителя частоты, а выход - с входом блока регистрации, первый, второй и третий входы дискриминатора максимумов подключены соответственно к выходу генератора эталонной частоты, к выходу нуль- органа, объединенного с четвертым входом блока управления, к третьему выходу блока управления, входы выпрямителя и нуль-органа объединены с входом анализатора.

U(t)

Фиг.

Составитель В.Башкиров Редактор В.Данко Техред Л.Олийнык Корректор И.Муска

Заказ 2359/49 Тираж 863Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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

Изобретение относится к области систем автоматического контроля, управления и регулирования и может быть использовано в анализаторах частотных характеристик. Цель изобретения состоит в повышении точности, быстродействия и расширении функциональных возможностей. Цифровой анализатор частотных характеристик линейных четырехполюсников содержит генератор 1 эталонной частоты, управляемый делитель 2 частоты, циф- роаналоговый преобразователь 3, подключенный выходом к исследуемому четырехполюснику 4, выпрямитель 5, преобразователь 6 напряжение - частота, элемент И 7, реверсивный счетчик 8, делитель 9 кодов, нуль-орган 10, дискриминатор II механизмов, блок 12 управления, блок 13 регистрации. Цель изобретения Достигается за счет введения блоков 5,6,8-10. 4 ил. i (Л