Способ измерения амплитудных значений амплитудно-модулированных сигналов Советский патент 1992 года по МПК G01R19/04 

Изобретение относится к электро- и радиоизмерительной технике. В исследовательской практике часто возникает задача измерения различных параметров амплитудно-модулированных (AM) сигналов, которые могут быть представлены следующей моделью:

x(t) A(t) sin (a t + fp) (1) где A(t) - огибающая колебаний с частотой со.

При этом информация содержится в огибающей A(t), которая представляется амплитудными значениями колебаний на частоте м ., Таким образом, при анализе АМ-сигналов значительный интерес представляют амплитудные значения колебаний.

Известен способ измерения амплитудных значений АМ-сигналов, заключающийся в том. что сигнал подвергают 2-х полупериодному выпрямлению, дифференцируют и на каждом полупериоде сигнал интегрируют на временном интервале, ограниченном моментами перехода производной сигнала через заданные значения.

Недостатком данного способа является узкий диапазон частот анализа сигналов, ограниченный областью нижних частот. Недостатком указанного способа является также низкая точность, ограниченная помехами различного происхождения.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения амплитудных значений АМ-сигналов, заключающийся в том, что сигнал подвергают дискретизации с частотой значительно превосходящей его несущую частоту, мгновенные значения сигнала кодируют, полученные коды на каждом полупериоде несущих колебаний сравнивают между собой и наибольший из них принимают за амплитудное значение соответствующего полупериода несущего колебания.

Недостатком этого способа является ограниченный частотный диапазон исследования АМ-сигналов Это связано с высоким темпом дискретизации сигнала и повышенЁ

VI

О

ю ю

СП

ю

ными требованиями к быстродействию аналого-цифрового преобразования (АЦП)и вы- числительного устройства (ВУ), приводящими к ограничению частотного диапазона исследуемых АМ-сигналов в области высоких частот.

Так, например, для обеспечения погрешности измерения амплитуды синусоидального сигнала частотой 20 кГц. обусловленной только дискретизацией (динамической погрешностью и погрешностью квантования пренебрегаем) равной 1%, частота дискретизации в соответствии с выражением

5 1 -cos(x 180) 100%

где д - относитепьнзя погрешность измерения амплитуды;

f - частота сигнала;

п - число преобразований в сек, должна быть не менее 450 кГц.

Целью изобретения является расширение частотного диапазона измерений амплитудных значений AM-cni налов.

Указанная цель достигается тем, что ди- скретизацию АМ-сигнала осуществляют дважды на каждом полупериоде колебаний в моменты времени сдвинутые друг относительно друга на четверть периода, полученные мгновенные значения АМ-сигнзла измеряют и вычисляют амплитудное значение для каждого полупериода колебаний по следующей формуле.

xj.1п.

sin arctn(x,i/xj2)jv

XJH -:

где xjM - амплитудное значение j-ro полупериода колебаний,

X)) и xj2 - мгновенные значения j-ro полупериода копебаний.

Рассмотрим подробнее предлагаемый способ.

Каждый полупериод АМ-сигналз можно представить двумя отсчетами, сдвинутыми друг относительно друга на четверть периода (фиг. 1). Указанные отсчеты представля- ются выражениями:

Х)1 XJM -Sirv7;tj XJM ,(4)

х|2 xjM Sin(r.tj +)

XjM -Sin(«j +j) Xji icos«j (5)

где Xji и Xj2 - первый и второй отсчеты j-ro полупериода АМ-сигнала;

XJM - амплитудное значение j-ro полупе- риода;

tj - момент выборки первого отсчета j-ro полупериода относительно начала последнего.

Для вычисления XJM из (4) или (5) необходимо определить величину . Для этого до- статочно поделить (4) на (5):

хп xjM-sinaj

Xj, 7:COS«j (b

Откуда

10

15

20

25

30

35

40

45

55

а - arctg--

1Xj2

Используя (4) и (7), получаем:

Х(1 Xji

(7)

Х|м sirTq sln arctg(Xji/xj2)J

Таким образом, по двум отсчетам, используя (8), можно определить амплитудное значение j-ro полупериода.

Предлагаемый способ может быть реализован с помощью устройства состоящего из устройства выборки и хранения (УВХ) 1, компаратора 2, АЦП 3, умножителя частоты 4, блока вычислений 5, входа 6 и выхода 7. Вход устройства 6 соединен с первым входом УВХ 1 и входом компаратора 2, выход УВХ 1 подключен к первому входу АЦП 3, второй вход которого соединен с вторым входом УВХ 1 и выходом умножителя частоты 4, вход которого подключен к выходу компаратора 2 и первому входу блока 5, второй вход которого соединен с первым выходом АЦП 3, второй выход которого подключен к третьим входам УВХ 1 и блока 5, выход блока 5 соединен с выходом устройства 7

АМ-сигнал подается на вход 6 устройства и далее на входы УВХ 1 и компаратора 2. Компаратор 2 сравнивает входной сигнал с нулевым потенциалом и в моменты перехода сигнала через 0 формирует на своем выходе импульсы. Эти импульсы поступают на первый вход блока 5, а также на вход умножителя 4, коэффициент умножения частоты которого равен 2. Импульсы с удвоенной частотой следования с выхода умножителя

4поступают на вторые входы УВХ 1 и АЦП 3. При этом УВХ 1 переводится в режим хранения мгновенных значений сигнала, а АЦП 3 запускается и осуществляет кодирование этих значений.

По окончании процесса кодирования на втором выходе АЦП 3 формируется импульс, который переводит УВХ 1 в режим слежения за сигналом, а также осуществляет запись кода с первого выходе АЦП 3 в блок 5. Блок

5после записи в него кодов двух последовательных значений сигналов запускается импульсом, поступающим на его первый вход, и вычисляет в соответствии с (8) амплитудное значение текущего полупериода колебаний. Коды указанных значений в цифровой форме поступают на выход 7 устройства Работа устройства иллюстрируется

также временной диаграммой, приведенной на фиг. 3.

Из изложенного выше видно, что предложенный способ обеспечивает положительный эффект, заключающийся в расширении частотного диапазона измерений. Указанное расширение обеспечивается за счет значительного (при погрешности в 1% более чем в 5 раз по сравнению с прототипом) снижения частоты дискретизации сигнала. Положительный эффект увеличивается по мере повышения требований к точности измерений, т.к. в прототипе частота дискретизации сигнала все более возрастает в соответствии с (2). а в предлагаемом способе она остается постоянной. Формула изобретения Способ измерения амплитудных значений амплитудно-модулированных сигналов.

заключающийся в том. что сигнал подвергают дискретизации, полученные мгновенные значения измеряют, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона измерений, дискретизацию осуществляют дважды на каждом полупериоде колебаний в моменты времени, сдвинутые друг относительно друга на четверть периода, и вычисляют амплитудное значение для каждого полупериода колебаний по формуле

1

XjM

sin arctg(Xji/xj2)

15 где XJM - амплитудное значение j-ro полупериода колебаний;

Xji и Xj2 мгновенные значения j-ro полупериода колебаний.

Использование: при измерении параметров амплитудно-модулированных сигналов. Сущность изобретения: способ заключается в том, что дискретизацию сигнала осуществляют на каждом полупериоде колебаний дважды в моменты времени, сдвинутые на четверть периода друг относительно друга, полученные мгновенные значения измеряют и используют для вычисления амплитудных значений каждого полупериода. 3 ил.

В5

Ml

Фиг.}

СРиг.2

хае

Фиг. 3