Устройство для кодирования коэффициента передачи четырехполюсников Советский патент 1988 года по МПК H03M1/60 

4

Од

д СЛ

Изобретение относится к электрическим измерениям в диапазоне низких частот и выполняет кодирование комплексного коэффициента передачи четырехполюсника, параметры которого медленно деградируют во времени. Целью изобретения является повьшение быстродействия устройства. Устройство для кодирования коэффициента п ередачи четырехполюсников содержит измерительный частотный преобразователь (ИЧП) 6, суматор 7, элемент ограничения 10 усилитель переменного тока 12,элемент задержки 13, фильтр нижних частот (ФНЧ) 14, фильтр верхних частот (ФВЧ) о (Л с

л

Фиг.}

15, формирователь импульсов 17, элементы И 18-21, инвертор 22, элементы ШШ 25 и 26 и счетчик импульсов 27. Достижение поставленной цели обеспе- . чено тем, что в устройство введены сумматор, ограничитель, усилитель и фильтр нижних частот, образукицие вместе с элементом задержки автогенератор для возбуждения исследуемого четырехполюсника , а также формиров:атель импульсов и добавочные логические элеИзобретение относится к области электрических измерений в диапазоне низких частот, может быть использовано при экспериментальном определении амплитудно-фазовых частотных харак- теристик четырехполюсников, при акустических, океанологических и т.п. измерениях, при исследованиях в области систем автоматического управления и регулирования, в геофизике, биофи- зике и т.д. и предназначено для изучения медленно протекающей деградации комплексного коэффициента передачи четырехполюсников.

Цель изобретения - повышение быстродействия устройства.

На фиг. 1 представлена структурна схема устройства; на фиг. 2 и 3 - эпюры, иллюстрирующие его функциониро- вание.

Устройство для кодирования коэффицента передачи четырехполюсника 1, имеющего вход 2 и выход З (устройство для подключения выхода и входа иссле- дуемого четырехполюсника имее.т информационный вход 4 и выход 5) , содержит измерительный частотный преобразователь (ИЧП) 6, двухвходовый сумматор 7, имеющий входы 8 и 9, элемент 10 ог раничения, имеющий вход 11, усилитель 12 переменного тока, элемент 13 задержки, фильтр нижних частот (ФНЧ) 14, фильтр верхних частот (ФВЧ) 15, информационный вход 16 формировате,пя 17 импульсов, первый, второй, третий и четвертьп элементы И 18-21 соответственно, инвертор 22, вход 23 сброса формирователя 17 импульсов, вход 24 сброса устройства, первый 25 и второй

менты. Реализован алгоритм кодирования - непрерывное интегрирование произведения измеряемого и опорного сигналов с непрерывным вычитанием из результата этой операции текущего интеграла произведения опорного сигнала и измеряемого сигнала, задержанного во времени на период, причем начало второй операции интегрирования запаздь:- вает по отношению к началу первой ил период сигнала. 3 ил.

26 элементы ИЛИ, счетчик 27 импульсов имеющий вход 28 сложения, вход 29 вычитания, вход 30 сброса и.цифровой выход 31, являющийся выходом устрой ства.

Устройство работает следующим образом.

Сумматор 7, элемент 13 задержки, ФНЧ 14, усилитель 12 и элемент 10 ограничения образуют кольцо автогенератора с задержанной обратной связью, поэтому на выходе усилителя 12 сразу же после подачи напряжения питания возгшкает гармоническое напряжение (фиг. 2, эпюра 32), используемое для возбуждения исследуемого четырехполюсника 1 и подводимое к его входу 2, где Em - амплитуда напряже- 1шя; /Т - частота (Т - время задержки сигнала в элементе 13 задержки) ,

Выходное напряжение усилителя 12 формируется элементом 10 ограничения, полученная последовательность прямоугольных импульсов q(t) (1/2) - ( 1 + +sign sinuit) (фиг. 2, эпюра 33)подводится к вхрду 23 сброса формирователя 17 импульсов и входам элементов И 18 и 21 , Выходное напряжение четырехполюсника U(t)Umsinti.)t+(t) (фиг. 2, эпюра 34) с помощью ИЧП 6 преобразуется в последовательность импульсов с частотой

f(t)f(,+KUm,

где Utr, - амплитудное значение напряжения U(t);

(t) - фазовый сдвиг сигналов U(t) и q(t);

- крутизна молуляц1юянс1й характе:-истики ИЧИ 6; fp - центральная частота.

Временная зависимость частоты пы- ходного сигнала ИЧП 6 представлена на эпюре 35 (фиг. 2), выходной сигцал ИЧП 6 - на энюре 36.

Последовательность импульсов, формируемая НЧП 6, и выходное напряжение элемента 10 ограничения суммируются сумматором 7 (фиг, 2, эпюра 37), за- держив аются элементом 13 задержки на время Т и затем разделяются с помогтцзю ФНЧ 14 и ФВЧ 15. ФНЧ 4 отфильтровывает сигнал ИЧП 6 и высшие гармоники с частотами (,5 ,. . . ) выходного напряжения элемента 10 ограничения, ФВЧ 15 пропускает на свой выход лишь высокочастотную компоненту (фиг. 2, эпюра 38), выходного сигнала зле.мен- та 13 задержки, порождаемую сигналом ИЧП 6. Временная зависимость частоты f(t-T) этой компоненты представлена на эпюре 39 (фиг. 2),

При по входу 24 сброса производится установка формирователя I7 импульсов и реверсивного счетчика 27 в исходное состояние. Формирователь ,17 импульсов возбуждается по входу 16 положительными перепадами выходного напряжения элемента 10 ограничения и формирует потенциалы yi(t)0 при Т, Y,(t) l при (фиг. 2, эпюра 40) и У,(t)Y,(t-T) (фиг. 2, эпюра 41). Элементы И 18-21, управляемые по. одним входам выходными напряжениями q(t) элемента 10 ограничения и q(t) (l/2) (1-sign sina)t) инвертора 22, а по другим входам потенциалами Yi(t) и Y2(t) формирователя 17 импульсов вырезают из выходных сигналов ИЧП 6 и ФВЧ 15 пачки импульсов, частота которых изменяется во времени в соответствии с эпюрой 42 (фиг. 2) и эпюрами 43-45 (фиг. 3). Выходные импульсные последовательности первого 18 и третьего 20 элементов И объединяются первым элементом ИЛИ 25 (фиг. 3, эпюра 46) и подаются на суммирующий вход 28 счетчика 27. Аналогичным образом сигналы второго 19 и четвертого 21 элементов И через второй элемент ИЛИ 26 поступают на вычитаю дий вход 29 счетчика 27. На эпюре 47 (фиг. 3) представлена зависимость от времени частоты выходной импульсной последовательности, формируемой элементом ШТИ 26. Искомый ре-,

чультат Ч t; код11ро 1а:;и.ч фиг, эпюра 48). t R(t) f;(t)-f,(t)dt

0

5

0

5

0

5

где 2g(t-.) и roo(t) - частоты сигиалоп Соответственно на сум {ирую- цем 28 и вычитающем 29 входах счетчика 27,

считывается с выхода 31 счетчика 27. Пусть в результате вариации параметров четырехполюсника 1 при и 5Т (фиг. 2 и 3) амплитуда входного напряжения ИЧП 6 остается по- стояй юй, а его (t) изменяется во времени в соответствии с эпюрой 34 (фиг. 2 ), причем (t) Ч , при te(0,tO , k(t) при t(t, ,t,7) и A t) fx, -f/4 при t 7 to . Частоты fij (t) сигналов на выходах элемептог) и, (,19,...,21); r,i(t)Y,(t)

q(t)f(t),.f4(t)Y, (t)q(t)f(t), f y,(t)Yi(t)q(t)f(t-T) , r2.(t)Yj(t)

q(t)f(t-T), причем f2j,( t )-.f,i(t) + +rj(,(t) и r2g(t) (t) + f2,(t).

В интервалах (2Т, t, ) ,- (t,+T,t) и (t,+T, с«э ) величины f(t) и f(t-T) совпадают (фиг. 2, эпюры 35 и 39) и YI (t)Y.i(t) l (фиг. 2, эпюры 40 и 41), поэтому fjj( t) ( t) И В соответствии с (l) результат R(t) кодирования остается неизменным (фиг. 3, эпюра 48). В интервале Гт, 2Т потенциалы Yi(t) 1, Y, (t)0 и f(t) f(t-T), позтому f,, (t)q(t)f(t), f,g (t)q(t)f(t},fjo(t) f5i(t)0 и

t

R(t) f(t)sign inu)t

at

(2)

Выполняя в (2) интегрирование, находим

R(2T)-R,(2/ f) cosf, ,

где f, ЮJ,Y, - девиация частоты выходного сигнала ИЧП 6.

Таким образом, при t(2T, t) на выходе счетчика 27 постоянно присутствует код Р-1 , пропорцуютшльный искомой реальной компоненте коэффициента передачи исследуемого четырехполюсника 1 . Этот код е меняется во времени, так как в этом интервале параметры четырехполюсника 1 остаются неизменными.

В соответствии с эпюрси : 4 (фиг. 2) при фазовый угол коэффициента передачи чeтыpexпoлюcFгикa скачком увеличивается до -значения .-/2. Учитывая, что в интервале (t, )

Y (t}-Y2(t)- , f(t)---r, + (P+fj) и

f(t-T)-fo+fmsin(J(t-T), , получаем

tn (t,+T)-R,+ ((t)-f(t :

-T)J sign sintJtdt R,+ f,riT {cos%-cosM ,).(3)

рой, третий и четвертый элементы И, второй элемент ШШ, фильтр верхних частот и последовательно включенные сумматор, элемент задержки, фильтр нижних частот, усилитель переменного тока и элемент ограничения, подключенный выходом к первому входу сумматора, второй вход которого соеди- 1Q нен с выходом измерительного частотного преобразователя и с первыми входами первого и второго элементов И, подключенных выходами к первым входам соответственно первого и второго 15 элементов ИЛИ, вторые входы первого и второго элементов И объединены и подключены к первому выходу формирователя импульсов, второй выход котоВ рассмотренном случае Ч /2, по этому Rg.0 (фиг. 3, эпюра 48)т При величина /(t) вновь изменяет ся (фиг. 2, эпюра 34 )т В интервале (t5 , t2+T) потенциалы ) Y7(t )1 , f (t )fo (U)t+ f,), f (t-T)-fo + ,o(t-T), и

to

(t(j+T) ff (t)-f (t-T)j sign siruJtdt poro соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов И, под- (4) кпюченных выходами к вторым входам

соответственно первого и второго эле- Таким образом, устройство позволя- ментов ИЛИ, выход элемента задержки ет осуществить непрерывно следящее ко- через фильтр верхних частот подклю- дирование коэффициента передачи четы- 25 чен к вторым входам третьего и чет- рехполюсников.вертого элементов И, выход элемента

ограничения соединен с информационным Формула изобретения входом формирователя импульсов и с

третьими входами соответственно пер- Устройство для кодирования козффи- ЗО вого и четвертого элементов И и через

2 f Ц

cos f:

3циента передачи четырехполюсников, содержащее измерительный частотный преобразователь, вход которого является входом для подключения выхода исследуемого четырехполюсника, элемент задержки, инвертор, первый элемент И, первый элемент ИЛИ и счетчик импульсов, выход которого является цифровым выходом устройства, о т- личающееся тем, что, с целью повьшения быстродействия, в него введены формирователь импульсов, вто56

рой, третий и четвертый элементы И, второй элемент ШШ, фильтр верхних частот и последовательно включенные сумматор, элемент задержки, фильтр нижних частот, усилитель переменного тока и элемент ограничения, подключенный выходом к первому входу сумматора, второй вход которого соеди- нен с выходом измерительного частотного преобразователя и с первыми входами первого и второго элементов И, подключенных выходами к первым входам соответственно первого и второго элементов ИЛИ, вторые входы первого и второго элементов И объединены и подключены к первому выходу формирователя импульсов, второй выход кото

poro соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов И, под- кпюченных выходами к вторым входам

инвертор подключен к третьим входам соответственно второго и третьего элементов И, выходы первого и второго элементов ИЛИ подключены соответ- ственно к входам сложения и вычита

ния счетчика импульсов, вход сброса которого объединен с входом сброса формирователя импульсов и является входом сброса устройства, выход уси- лителя переменного тока является выходом устройства, подключаемого к входу исследуемого четырехполюсника.

32

ГУ /

Х/Г Х/27

33

34

3V

35 55

37 38

35 W

/ г

ШИПИМ ЦНИИ 11

IIPIIIIPI

и

ILL

нЛиЛи,

II1ШШ I IIIII1II1IIIIIII ним тип МИШИН III

2Т

--i -Tl-Tl-f

п

6Г 7Г

/ /X / /

37- V/ vr Л/ 57 7 57 Х

ШИПИМ ЦНИИ 11

и

ILL

нЛиЛи,

--i -Tl-Tl-f37 Т Г

Фаг.г

6Г 7Г

4 V

5

ргй

.. к

/I h N

Ftfchd4:j1-r

5

T

ZT

ЗГ

ЧВ

27 t, 37

.. к

/I h N

VT

5Г

6T

77