Анализатор спектра Советский патент 1988 года по МПК G01R23/16 

со

У1

00

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения косинусных и СИНУСНЫХ составляющих амплитуд и начальных фаз гармоник периодических сигналов.

Целью изобретения является повьЕче- ние точности и расширение динамического диапазона регистрируемых гармоник

На фиг,1 приведена блок-схема предлагаемого анализатора спектра; на фиг.2 - временные диаграммы его работы.

Устройство (Лэдержит входную шину, подключенную к последовательно соединенным преобразователю 1 код - напряжение (ПКН), преобразователю 2 напряжение - код (ПНК), второму комбинационному сумматору 3, запоминающему элементу 4 и блоку 5 вычисления и индикации, состоящему из вычислительного блока 6 и блока 7 индикации, причем выходы запоминающего элемента 4 связаны с вторыми входами сумматора 3 Входная шина подключена также через последовательно соединенные умножитель 8 частоты, распределитель 9 импульсов и счетчик 10 к входу запуска вычислительного блока 6. Накап- ливающ1О1 сумматор 1 1 через первый комбинационный сумматор 12 и блок 13 формирования констант связан с управляющими входами ПКН 1, вход установки Б нуль сумматора 11 подключен к выходу переполнения счетчика 10, а первьш управляюи ий вход первого сумматора 12 и адресная шина запоминающего элемента 4 связаны с выходом пер во.го триггера счетчика 10, второй управляющий вход первого сумматора 11 подключен к выходу второго триггера счетчика 10, которьй совместно с остальными выходами счетчика 10 соединен с входами дополнительной логической схемы 14, выходы которой связаны с входами управления режимами работы сумматора 3. Выход) распределителя 9 импульсов соединены с управляющими входами ПНК 2, запоминающего элемента 4 и сумматора 11.

Устройство работает следующим образом.

Один цикл работы устройства соответствует одному периоду Т входного сигнала U, который поступает на входы ПКН I и умножителя 8 частоты. Работа устройства синхронизируется вы

ходными импульсами умножителя 8 частоты, период следования которых равен Т /N, где И - коэффициент умножения частоты. Эти импульсы поступают на распределитель 9 импульсов, кото- рьш формирует импульсы У1, У2, УЗ, синхронизирующие запуск ПНК 2, запись в запоминаю1 1ий элемент 4, моменты суммирования сумматора 11 соответот- венно (см. фиг.2). Распределитель 9 формирует также импульс, поступающий на счетный вход счетчика 10, емкость которого равна N. Импульс переполнения счетчика 10 сбрасывает сумматор 1 1 в состояние О и запускает вычислительный блок 6.

Па управляющие входы сумматора 1J подается код К, соответствующий но- меру измеряемой гармоники напряжения и После п-го выходного импульса умножителя 8 частоты выход юй код сумматора 11 равен

q mod (пК).

h N

Этот код поступает через сумматор 12 на адресные шины блока 13;

На первом и втором управляющих входах сумматора 12 возможны следую- щие комбинации кодов, которые поступают с выходов первого и второго триггеров счетчика 10: 00; 01; 10; 11. Эти коды увеличивают входной код сумматора 11 на величину О, N/4, N/2, 3N/4 соответственно. Поэтому после 0,4,8,..., N-4 выходных импульсов умножителя 8 частоты на вход блока 12 подается код mod (пК), после 1,5,- , 9,..., N-3 импульсов - код mod (пК-«- +N/4), после 2,6,10,с,с, N-2 импульсов - код mod (nK+N/2), после 3,7, 11,..., N-1 импульсов - код mod. (пК+ +3N/4).

Блок 13 формирования констант ге. 2JT нерирует на выходе коды яin --- q ,

I J t|

которые определяются кодом q, на его адресных шинах. Следовательно, при п 0,4,8,,.., N-4 на выходе блока

12 присутствуют коды sin пК, при

N

201

,5 ,9,... ,N-3 - коды cos -гт-пХ.при

.i-j

2 jj ,4,6N-2 - коды -.ч1п-г,-пК,при

гг

2Г

5 ,5,7,..., N-1 -коды -cos .

Эти коды поступают на ПКН1 и определяют его коэффициент передачи в каждый момент времени.

31370589

Выходное напряжение ИКН1, пропорциональное произведению напряжен11я i; и кода на входах ИКН1, поступает

и ля

В конце периода Т я О и 1 запоминающего элемента 4 появляются коды синусн(п 1 V и косинусной К-й га15моники напряа составляюпу1Х жения, которые равны:

Изобретение может быть использовано для определения косинусных и синусных составляющих амплитуд и начальных фаз гармоник периодических сигналов. Анализатор содержит преобразователи 1 и 2 код - напряжение и напряжение - код, запоминающий элемент 4, блок 5 вычисления и индикации, состоящий из вычислительного блока 6 и блока 7 индикации, комбинационные суммааоры 3 и 12, умножитель 8 частоты, распределитель 9 импульсов, накапливающий сумматор II и блок 13 формирования констант. Образование новых функциональных связей и введение логической схемы 14, которая преобразует состояния выходов счетчика 10 в сигналы управления режимами работы комбинационного сумматора 3, повышает точность и расширяет динамический диапазон регистрируемых гармоник. 2 ил. П « (Л

X

где и - мгновенное значение входного напряжения в момент п-го такта запуска IIHK2;

m О, 1N/4-1 ;

Л - аддитивная погрешность кана ла IIKH1, .

Коды Х| с выхода ПНК2 поступают на вход X сумматора 3, который либо передает код X на выход Z сумматора 3 без изменения, если на его входах F управления режимами с выхода схемы 14 снимается команда Z X, либо суммируется с содержимым соответствующей ячейки запоминающего элемента 4, код из которой подается на вхо У сумматора 3 при команде на его входах F, либо вычитается из кода на входе У при команде Z У-Х на входе F.

Операция, выполняемая сумматором 3, полностью определяется состоянием счетчика 10, которое при помощи логической схемы 14 преобразуется в команду на входах F (см. фиг,2): () при п О,1;

() при п 2,3,6,7...,N/4-2,N/4() при п 4,5,,..,N/4-4, N/4-3

Операция соответствует начальной установке ячеек запоминающего элемента 4, так как после нее новое содержимое ячеек не зависит от того, что в них хранилось до выполнения этой операции. В них заносятся коды

X

определяемые формулой

М 1

На другие входы 1 сумматора 3 из запоминающего элемента 4 выводится содержимое ячейки О при , 4г1+2 или ячейки 1 при , 4m+3. Результат суммирования с выхода ./ сумматора 3 заносится в ту же ячейку запоминающего элемента 4. АДрес ячейки определяется состоянием первого триггера счетчика 10.

1

10

15

- JQ

д

Ъ.,

fn-O

v-,

(.. StTiv

п.,,

;2)

/

а

fTirO

Выходные коды Ш1К2 II

X, .X бе,, (1Т1 I

так как они I111I

рутся со знаком минус вычитаются из кода на входе I сумматора 3. Подставив значения (1) выходных кодов ПНК 2 в формулу (2), лучим после преобразований

поЬ„

Т1-О N

П 2 (т,

- 1

и

J о тл

sin ---2mK; ,,cos ---(2m+l

(з;

Ж.

Коды Ъ к а выводятся в вычислительный блок 5, который запускается импульсом переполнения счетчика 10. В блоке 5 вычисляются амплитуда и начальная фаза К-й гармоники:

0

5

0

5

0

5

II tk

+ Ъ

Ч arctg -которые затем индицируются блоком 6.

Работа б.чока 5 и определение составляющих а и Ъ происходит одновременно. Поэтому результаты измерения можно получить на каждом периоде.

Предлагаемое устройство позволяет исключить аддитивную составляющую погрешности. Несмотря на присутствие аддитивной пог- ешности л в выходных кодах ПНК2, в разультатах измерения синусных и косинусных составляющих гармоник аддитивная погрешность& отсутствует, как это следует из формулы (З). Это позволяет повысить на порядок точность измерения гармоник,, амплитуды которых не превышают единиц процентов от уровня первой гармоники, и расширить диапазон измеряемых гармоник в сторону малых значений амплитуд, которые составляют десятые и сотые доли процента от уровня первой гармоники.

Таким образом, благодаря введению новых связей и логической схемы 14, которая преобразует состояние выходов счетчика 14 в сигналы управления режимами работы комбинационного сумматора 3, повышается точность и рас513705896

ширяется динамический диапазон реги- дополнительно введена логическая стрируемых гармоник.схема, выход которой связан с входами управления режимами работы второ- Формула изобретения го комбинационного сумматора, при

этом второй управляющий вход первого

Анализатор спектра по авт.св. комбинационного сумматора подключен № 1033979, отличающийся к выходу второго разряда счетчика, тем, что, с целью повышения точности выходы всех разрядов счетчика, за и расширения динамического диапазо- ю исключением первого, соединены с вхо- на регистрируемых гармоник, в него дами дополнительной логической схемы.