Цифровой измеритель коэффициента гармоник Советский патент 1990 года по МПК G01R23/20 

1 .1

L 1

Изобретение относится к электроизмерениям и может быть использовано для измерения коэффициента гармоник. Цель изобретения - упрощение технической реализации. Измеритель содержит аналого-цифровой преобразователь 1, квадраторы 2 и 7, сумматоры 3, 8 и 9, блок 4 деления, блок 5 извлечения корня квадратного, цифровой фильтр 6, масштабирующие блоки 10 и 11, формирователь 12, умножитель 13 частоты, блок 14 управления. Введение новых связей позволяет сократить количество используемых блоков. 3 ил.

Фиг.1

Изобретение относится к электроизмерениям и может быть использовано для измерения коэффициента гармоник.

Цель изобретения - упрощение технической реализации цифрового измерителя коэффициента гармоник.

На фиг. 1 представлена структурная схема цифрового измерителя коэффициента гармоник; на фиг. 2 - функ- циональная схема блока управленияj на фиг. 3 - амплитудно-частотная характеристика цифрового фильтра.

vЦифровой измеритель содержит последовательно соединенные аналоге- цифровой преобразователь 1, первый квадратор 2, первый сумматор 3, блок 4 деления, блок 5 извлечения корня квадратного, при этом первый вход аналого-цифрового преобразователя 1 соединен с входом устройства, а также с входом формирователя 12, выход которого соединен с входом умножителя 13 частоты и с первым входом блока 14 управления, выходы которого подключе- ны к соответствующим управляющим входам аналого-цифрового преобразователя 1, первого квадратора 2, первого сумматора 3, блока 4 деления, блока 5 извлечения корня квадратного, а также второй квадратор 7, первый и второй масштабирующие блоки 11 и 10, цифровой фильтр 6, вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя 1, а выход - с последова- тельно включенными вторым квадратором 7, вторым сумматором 8, третьим сумматором 9, вторым масштабирующим блоком 10, выход которого соединен с вторым входом блока 4 деления, при этом управляющие входы второго квадратора 7, второго и третье го сз мма- торов 8 и 9, первого и второго масштабирующих блоков 11 и 10 и цифрового фильтра 6 соединены с соответствую- щими выходами блока 14 управления, причем вход первого масштабирующего блока 11 соединен с выходом первого сумматора 3, а его выход подключен к второму входу третьего сумматора 9, выход умножителя 13 частоты подключен к второму входу блока 14 управления .

Цифровой фильтр 6 представляет собой арифметическое устройство, реали-

зующее известную зависимость m m

,

(1)

где Xj - входные цифровые коды;

Y, - выходные цифровые коды; (. , ft, - коэффициенты фильтра, определяющие вид его амплитудно- частотной -характеристики; m - порядок фильтра; i - номер входного (выходного)

цифрового кода.

Блок 14 управления содержит генератор 17 тактовых импульсов, выход которого подключен к входу синхронизации регистра 16, информационный выход которого, являющийся адресом микрокоманды, соединен с адресным входом элемента 18 памяти, на выходах которого формируются микрокоманды и они распределены следующим образом: YI - YII являются выходами блока 14 управления, Y12 и Y13 подключены к управляющим входам мультиплексора 15 условных переходов,Y6 подключен к первому информационному входу регистра 16, а также к первому информационному входу мультиплексора 15 условных переходов, выход которого подключен к второму информационному входу регистра 16, второй и третий информационные входы мультиплексора 15 условных переходов являются входами блока 14 управления. Цифровой измеритель работает следующим образом,

В исходном положении элементы памяти сумматоров 3,8 и 9 находятся в нулевом состоянии. Исследуемый сигнал Uy поступает на вход формирователя 12 который вырабатывает один импульс на период сигнала Ux в момент перехода этого сигнала через нулевое значение, и на информационный вход аналого-цифрового преобразователя 1. Выходные импульсы формирователя 12 поступают на первый вход блока 14 управления и на вход умножителя 13 частоты следования импульсов, с выхода которого поступают на второй вход блока 14 управления. Импульсом с выхода формирователя 12 происходит запуск блока 14 управления на измерение одного периода. За это время с выхода умножителя 13 частоты на второй вход блока 14 управления приходит N импульсов (где N - коэффициент умножения умножителя частоты), которые запускают блок в моменты времени t 2/t/i (,... ,N) . Блок 14 управления по каждому импульсу умножителя генерирует последовательность импульсов на АЦП 1,,квадраторы 2 и 7, цифровой фильтр 6, первый

515

и второй сумматоры 3 и 8 для преобразования и обработки одного дискрета сигнала U,v. Коды мгновенных значений напряжения исследуемого сигнала с выхода аналого-цифрового преобразователя 1 поступают на вход первого квадратора 2. Возведенные в квадрат коды мгновенных значений суммируются в первом сумматоре 3. Одновременно эти же коды с выхода преобразователя 1 по-. ступают на вход цифрового фильтра 6. Частотная характеристика цифрового фильтра 6 определяется коэффициентами d . , j}: согласно реализации

фильтра по формуле (1) и выбирается таким образом, что для первой (основной) гармонической составляющей коэффициент передачи цифрового фильтра 6 равен К,, а для второй, третьей и т.д гармонических составляющих входного сигнала коэффициент передачи цифрового фильтра 6 равен К2, причем , , т.е. цифровой фильтр 6 является заграждающим фильтром (фиг. 3). Заданную ширину подавления 52. вблизи первой гармоники можно обеспечить путем задания соответствующих коэффициентов tfj,f3; цифрового фильтра. Введение достаточно широкой полосы позволяет обеспечить некритичность устройства к настройке на частоту входного сигнала в интервале (СО, , G), +9/2). Преобразованные цифровым фильтром 6 коды поступают на вход второго квадратора 7, с выхода которого возведенные в квадрат коды поступают на вход второго сумматора 8 и суммируются в нем. За один период исследуемого сигнала в первом сумматоре 3 фиксируются коды, пропорциональные квадрату действующего значения (т.е. мощности) ис

следуемого сигнала

(t;

где Р - код, хранящийся в первом сумматоре 3;

Р - оценка полной мощности входного сигнала Ujj.50 К этому же времени во втором сумматоре 8 зафиксируется код, пропорциональный величине Р , определяемой соотношением

45

Р к2р +к2Р

Г251 1 ЛХ 1 2Х

(3)

где Р - оценка мощности первой гармонической составляющей входного сигнала;

Р - оценка мощности всех высших гармонических составляющих сигнала, начиная с второй. После завершения формирования кодов Р и Р по сигналу из блока 14 управления на выходе первого масштабирующего блока 11 сформируется код Р , определяемый соотношением

(4)

После образования кодов P/yjP y по сигналам, поступающим из блока 14 управления, коды Р. и по

ступают на суммирующий и вычитающий входы третьего сумматора 9 соответственно, Врезультате в третьем сумматоре 9 формируется код, пропорциональный мощности всех гармонических составляющих сигнала, начиная с второй

(5)

. -Ч-

Код третьего сумматора 9 по сигналу с блока 14 управления поступает на

вход второго масштабирующего блока 10, в котором этот код умножается на постоянный коэффициент (). Код, сформированный на выходе второго масштабирующего блока 1П, определяется из соотношения

(к22-к. . (6)

По очередному сигналу с блока 14 управления коды с выхода первого сумматора 3 и второго масштабирующего блока 10 поступают на соответствующие входы блока 4 деления. Код на выходе блока 4 деления пропорционален отношению мощности высших гармоник,

начиная с второй, к полной мощности сигнала

К Р$ Мел РЈ Р Полученный код с выхода блока 4

(7)

50

45 деления поступает на вход блока 5 извлечения корня квадратного. Код, сформированный на выходе блока 5 извлечения корня квадратного, равен коэффициенту гармоник исследуемого сигнала

K,HKS.|e, -КГ.

Таким образом за счет сокращения числа используемых блоков упрощается техническая реализация цифрового измерителя коэффициента гармоник. Формула изобретения

Цифровой измеритель коэффициента гармоник, содержащий первый масшта715802

бирующий блок, последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, первый квадратор, первый сумматор, блок деления, блок извлечения

квадратного корня, последовательно соединенные цифровой фильтр, второй квадратор, второй сумматор, третий сумматор, второй масштабирующий блок, последовательно соединенные формиро- JQ ватель и умножитель частоты, а также блок управления, первый вход которого соединен с выходом формирователя, а выходы соединены с соответствующими управляющими входами первого и вто- jj рого квадраторов, первого, второго и третьего сумматоров, первого и второго масштабирующих блоков, блока деления, блока извлечения корня квадратно4

15

у-

16

17

Фиг.2

8

го,- цифрового фильтра, вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, вход которого соединен с входом устройства и входом формирователя, а выход второго масштабирующего блока соединен с вторым входом блока деления, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности устройства, вход первого масштабирующего блока соединен с выходом первого сумматора, а выход подключен к второму входу третьего сумматора, выход умножителя частоты подключен к второму входу блока управления, а второй вход аналого-цифрового преобразователя подключен к соответствующему выходу блока управ- ле ния.

УО

У1 Кпоз.1

У2 К лоз. 2

-

УЗ Кпоз.З

-

У4 К ПОЗ 4

18

У 5 К Л03 5

У6 К по 36

У7 к по3.i:

У8 К ПОЗ. 8

У9

УЮ

К ПО 2, 9 К Л О3.10

У11 КЛ03.11

У12 У15

К

Ч

Q

У

I I

I I

JI

с Физ.д

Ь)$ Ь) ь)