Устройство временной привязки к экстремальным значениям гармонического сигнала Советский патент 1980 года по МПК G01R23/00 

1

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в широкодиапазонных измерителях временных характеристик гармонических сигналов и, в частности, фазометрах, ИГВЗ, частотомерах и периодомерах..

Известны измерители временных характеристик гармонических сигналов, содержащие усилители-ограничители, порогоЕые элементы, генераторы и счетчики lJ.

Недостаток известных устройств низкая точность измерения.

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности является устройство, содержащее генератор,усилитель-ограничитель, регистр, элемент сравнения, кодов, счетчик, элемент пуска и управляемый триггер 2.

Недостаток устройства - низкая точность измерения.

Цель изобретения - повышение точности к экстремальным значениям синусоидального сигнала.

Эта цель достигается тем, что в устройство временной привязки к экстремальным значениям гармонического сигнала, содержащее усилительограничитель, генератор, управляющий триггер, последовательно соединенные элемент пуска, регистр и элемент сравнения кодов, а также

5 счетчик, выходы которого подключены к вторым входам элемента сравнения кодов, введены распределитель импульсов, триггер, элемент ИЛИ, первый и второй элементы совпадения,

10 счетный триггер, последовательно соединенные дополнительный регистр и дополнительный элемент сравнения кодов, последовательно соединенные .коммутатор, ключ, формирователь и

5 блок задержки, выход которого подключен к первому входу счетчика импульсов, второй вход-которого соединен с третьим входом элемента сравнения кодов, с вторым входом

20 дополнительного элемента сравнения кодов и с первым выходом распределителя импульсов, второй выход последнего подключен к второму входу ключа, к первым входам первого и второго элемнтов совпадения, к первому входу коммутатора, к первому выходу счетного триггера и к первому выходу дополнительного элемента сравнения кодов, второй выход которого соединен с первым входом триггера и первым входом элемента ИЛИ, второй вход последнего подключен к второму входу триггера и к выходу элемента сравнения кодов, при этом Bi-opofl выход счетного триггера сое динен с четвертым входом элемента сравнения кодов, со вторым входом коммутатора, и со вторым входом второго элемента совпадения, третий вход которого подключен- ко второму входу первого элемента совпадения, к входу счетного триггера и к выхол управляемого триггера, первый вход последнего соединен с выходом формирователя, второй вход управляемого триггера подключен к выходу элемента ИЛИ, выходы усилителя-ограничителя соединены с третьим и четвертым входами коммутатора, выход первого элемента совпадения подключен ко ..второму входу регистра, третьи вход которого соединены с первыми входам дополнительного регистра, второй вход последнего подключен к выходу элемента пуска, выход второго элемета совпадения соединен с третьим вхдом дополнительного регистра,а выхо генератора подключен к входу распределителя импульсов.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства временной привязки к экстремальным значениям гармонического сигнала; на фиг, 2 - временные диаграммы его работы.

Устройство временной привязки к экстремальным значениям гармонического- сигнала содержит генератор 1, распределитель 2 импульсов, счет-чик 3, регистры 4 и 5 и элементы б и 7 сравнения кодов, триггер 8, элемент 9 ИЛИ, усилитель-ограничитель 10, коммутатор 11, ключ 12, формирователь 13/ элемент 14 задержки, управляющий триггер 15, счетный триггер 16, элементы 17 и 18 совпадний и элемент 19 пуска.

Устройство работает следующим образом.

Рассмотрим работу устройства при действии на входе усилителя-ограничителя чистого синусоидального сигнала без шумов. При этом на выходах усилителя-ограничителя 10 имеют место прямоугольные импульсы (фиг. 2а, фронты которых привязаны к нульпереходам исследуемого сигнала. Коммутатор 11, управляемый счетным триггером 16, обеспечивает поочередное подключение сигналов.с прямого либо инверсного выходов усилителяограничителя 10 к ключу 12. На второй вход этого ключа поступает последовательность импульсов высокой частоты следования с выхода распределителя 2 импульсов (фиг. 2в), используемая для сброса счетчика 3 в нулевое состояние и записи информации со счетчика 3 в регистры 4 и 5. Импульс на выходе ключа 12

(фиг. 2 д) имеет место при действии положительной полуволны сигнала на выходе коммутатора 11. Он стандартизируется по длительности и амплитуде формирователем 13 и поступает . на вход установки нуля управляющего триггера 15 и через элемент 14 задержки - на сброс счетчика 3. Время задержки импульса сброса (фиг-. 2ж) должно быть достаточно для переQ ключенйя управляющего триггера 15 в нулевое состояние (фиг. 2 е), запрещающее запись информации со счетчика в регистры памяти. Одновременно с этим переключается и счетный триггер 16 (фиг. 2з), подключая через коммутатор к ключу 12 противоположный выход усилителя-ограничителя 10, на котором в данный момент действует отрицательная полуволна сигнала, запрещающая формирование импульсов сброса. При этом счетчик регистрирует импульсы со второго выхода распределителя 2 импульсов, сдвинутые по отношению к имдульсам записи на период частоты генератора 1. Перед началом работы с помощью элемента 19 пуска осуществляется предустановка регистров памяти на некоторое число, не превышающее половины периода наиQ более высокочастотного входного сигнала. При совпадении текущего кода счетчика с начальным кодом регистров памяти на выходе одного из элементов 6 и 7 сравнения кодов (в

- зависимости от состояния счетного триггера 16) появляется импульс переноса (фиг. 2и, к), который через элемент 9 ИЛИ устанавливает управляющий триггер 15 в состояние 1, разрешающее прохождение импульсов записи через один из элементов 17 и 18 совпадений на соответствующий регистр памяти. Запись информации со счетчика в регистр осуществляется с уменьшенным вдвое весом. При

5 изменении полярности сигнала на выходе коммутатора 11 запись информации в регистр памяти прекращается, происходит сброс счетчика и коммутация прямого и инверсного выходов

Q усилителя-ограничителя. В результате в регистре памяти оказывается записанным число, равное половине длительности одной из полуволн выходного сигнала усилителя-ограничителя. Аналогично, в течение следующего полуп§риода сигнала во второй регистр памяти запишется число, равное половине длительности второй полуволны выходного сигнала усилителя-ограничителя, В следующем периQ оде сигнала на выходе элементов 6 и 7 сравнения кодов сформируются импульсы переноса, соответствующие по времени серединам соответствующих полуволн выходного сигнала уси5 лителя-ограничителя или иначе - привязанные к экстремальным значениям входного сигнала (без учета инерционности усилителя-ограничителя). Эти импульсы управляют триггером 8, формирующим сигнал типа меандр, сдвинутый по фазе относительно входного сигнала на 90°(фиг. 2л). Одновременно в каждом периоде сигнала происходит обновление информации, записываемой в регистры памяти, так

что временное положение импульсов привязки определяется измеренными значениями длительности соответствущих полуволн в предыдущем периоде сигнала. Устройство автоматически входит в установивщийся режим, начиная со второго периода сигнала посл момента пуска.

Необходимый объем счетчика определяется нижней частотой рабочего диапазона /А F , где fp - частота генератора. Для уменьшения объема считчика можно понижать частоту f в области низких частот. Ее минимально возможное значение ограни чивается допустимой погрешностью дикретного преобразования.

На фиг. 2 м, н приведены временные диaгpaм 1ы, иллюстрирующие работ устройства при наличии широкополосного шума. При прохождении смеси синала и шума через усилитель-ограничитель возникают ложные нуль-переходы (фиг. 2м), количество которых возрастает с уменьшением отношения сигнал-шум, и отношения частоты сигнала к полосе шумов. Наибольшая вероятность и соответственно наибольшее время пребывания смеси сигнала и шума выше (ниже) нулевого уровня ( имеют место в области экстремальных значений сигнала. При больших отношениях сигнал-шум в это время существенно превышает длительности выбросов С . в установившемся режиме в регистры 4 и 5 в каждом периоде сигнала записываются коды, соответствующие половине длительности интервалов С . При совпадении их с текущими кодами счетчика 3 с выходов элементов б и 7 сравнения кодов снимаются импульсы, привязанные к серединам интервалов (-. . Временное положение этих импульсов, а также фронтов меандра на выходе триггера 8 (фиг.2н в математическом ожидании совпадает с экстремальными значениями входного синусоидального сигнала. Оно не изменяется при изменении соотношения сигнал-шум и уходов нулевой линии усилителя-органичителя.

При понижении отношения сигналшум различие; в длительностях интервалов Cf выбросов (пауз)С уменьшается и при определенных условиях становится трудноразличимым.

При этом возможен как пропуск сигнала, так и ложное срабатывание уст

ройства. Однако, вероятность ложного срабатывания, т.е. формирования двух и более импульсов привязки к одному из экстремальных значений сигнала за период, в данном устройстве гораздо меньше, так как после первого срабатывания происходит коммутация полярности сигнала. При этом счетчик 3 заполняется лишь в течение короткого выброса, следующего после момента коммутации, не вызывающего

0 вторичного срабатывания элемента 7 сравнения кодов.

Практически в предлагаемом уст-, ройстве формирование импульсов привязки осуществляется путем цифровой

5 обработки сигнала, основанной на анализе длительности выбросов и пауз смеси сигнала и шума.

Введение новых элементов и связей позволяет повысить помехоустой0чивость устройства временной привязки к экстремальнЕлм значениям гармонического сигнала примерно в 2 раза за счет существенного уменьшения вероятности ложных срабатываний.

.Наличие импульсов привязки к обо5им экстремальным значениямсигнала, временное положение которых практически не зависит от уходов нулевой линии и соотношения сигнал-шум, повышает точность измерений (случайная

0 средне к вадратиче ская погрешность уменьшается в т/2 раз), а также быстродействие (особенно на низких и инфранизких частотах), расширяет возможности применения данного уст5ройства в измерительной технике (например, в качестве широкодиапазонного квадратурного устройства).

Формула изобретения

Устройство временной привязки к экстремальным значениям гармонического сигнала, содержащее усилительограничитель, генератор, управляющий триггер, последовательно соединенные элемент пуска, регистр и элемент сравнения кодов, а также счетчик, выходы которого подключены к вторым . входам элемента сравнения кодов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности привязки, в него введеныРаспределитель импульсов, триггер, элемент ИЛИ, первый и второй элементы совпадения, счетный триггер, последовательно соединенные дополнительный регистр и дополнительный элементсравнения кодов, последовательно соединенные коммутатор, ключ, формирователь и блок задержки, выход которого подключен к первому входу счетчикаимпульсов, второй вход которого соединен с третьим входом элемента сравнения кодов с вторым входом дополнительного элемента сравнения

кодов и с первым выходом распредели теля импульсов, второй иыход 1чоследнего подключен к второму входу ключа, к первым входам первол-о и второго элементов совпадения, к первому входу коммутатора, к первому выходу счетного триггера и к первому выходу дополнительного элемента сравнения кодов, второй выход ijoторого соединен с первым входом триггера и первым входом элемента ИЛИ, второй вход последнего подклк;чен к второму входу- триггера и к выходу элемента сравнения кодов, при этом второй выход счетного триггера соединен с четвертым входом элемента сравнения кодов, со вторым входом коммутатора и со вторым входом второго элемента совпадения, третий вход которого подключен ко второму входу первого элемента совпадения, к входу счетного триггера и к выходу управляемого триггера, первый

вход последнего соединен с выходом формирователя, второй вход управляемого триггера подключен к выходу элемента ИЛИ, выходы усилителя-ограничителя соединены с третьим и четвертым входами коммутатора, выход первого элемента совпадения подключен ко второму входу регистра, третьи входы которого соединены с первыми входами дополнительного регистра, второй вход последнего подключен к выходу элемента пуска, выход второго элемента совпадения соединен с третьим входом дополнительного регистра, а выход генератора подключен к входу распределителя импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 311214, кл. G 01 R 25/00, 1969.

2.Авторское свидетельство СССР № 573772, кл. G 01 R 25/00, 1976.

Zl

iJJJj I I I M I I i I I I I I I 11 I .

Jif i-ei- г

-г//

JlCLTZlZiri

ИЛ