Анализатор гармоник Советский патент 1980 года по МПК G01R23/16 

Изобретение относится к техникь спектрального анализа и может быть использовано для определения дискре ного амплитудного и фазового спектр периодических сигналов. Известны анализаторы, содержащие суммирующий инвертор, интеграторы синфазной и квадратурной составляющих, ключи и регистраторы Их недостатком является невозмож ность непосредственного измерения амплитуды и фазы гармоник, что приводит к увеличению времени анализа. Цель изобретения - уменьшение времени измерений. Указанная цель достигается тем, что анализатор гармоник, содержащий последовательно соединенные инвертор, первый ключ, интегратор син фазной составляющей, второй ключ и интегратор квадратурной составляюще выход которого соединен со входом инвертора, являющегося входом анализатора , причем параллельно интегрирующим емкостям обоих интеграторов подключены третий и четвертый ключи, дополнительно содержит счетчик, вентиль переписи, регистр, вхо ной вентиль, формирователь, умножи.тель частоты, делитель частоты, одновибратор, триггер, одновибратор задержки, блок сложения, вентиль запрета, блок выделения модуля и компаратор, причем вход анализатора через формирователь И (умножитель частоты подключен ко входам входного вентиля, третий вход которого подключен к выходу интегратора син-. фазной составляющей через последовательно включенные блок выделения модуля и компаратор, четвертый входз соединен со входом делителя частоты, входом блока сложения и выходом триггера, соединенный также через одновибратор задеЕ жки со вторым вхо« дом блока сложения, при этом второй выход триггера подключен к управляющим входам первого и второго ключей, его первый вход подключен к одному из выходов регистра, соединенного также с управляющим входом вентиля переписи и с управляющим входом счетчика через одновибратор, а второй вход соединен со вторым входом компаратора и с выходом делителя частоты, вход которого соединен с выходом умножителя частоты, управляющие входы третьего и четвертого ключей подключены к выходу вентиля запрета, один вход которого

соединен с выходом блока сложения, а другой подключен к выходу компаратора, выход входного вентиля подключен к общему входу регистра и счетчика, связанного между собой через вентиль переписи.

На фиг.1 представлена структурная схема анализатора.

Анализатор гармоник содержит первый ключ 1, второй - 2, третий - 3 и четвертый - 4, инвертор 5, интегратор б синфазной составляющей, интегратор 7 квадратурной составляющей, триггер 8, делитель 9 частоты, одновибратор 10 задержки, блок 11 сложения, вентиль 12 запрета, компаратор 13, блок 14 выделения модуля, формирователь 15, умножитель 16 частоты, входной вентиль 17, регистр 18, счетчик 19, вентиль 20 переписи, одновибратор 21, вольтметр 22.

Анализатор гармоник работает следующим образом.

С приходом первого импульса с формирователя 15 открывается входной вентиль 17 и первый же импульс с выхода умножителя 16 частоты переполняет регистр 18, фиксируя в нем код 0...0, а в счетчике 19 код 000 ... 01.Одновременно с этим сигнал переполнения регистра 18 открывает вентиль 20 переписи и запускает одновибратор 21. Через вентиль 20 переписи в регистре 18 записывается обратный код счетчика 19, т.е. 111...10, после окончания процесса переписи кода одновибратор 21 устанавливает счетчик в нуль.

Таким образом, в первом цикле работы анализатора появление первого импульса умножителя 16 частоты перебрасывает триггер 8.

Изменение состояния RS триггера

8вызывает запирание входного вентиля 17, разрешение на счет-делителю

9частоты, замыкание ключей 1 и 2

и размыкание ключей 3 и 4, т.е. включается модель осциллятора и начинается интегрирование.

По истечении m выходных импульсод умножителя 16 частоты, что соответствует длительности одному из периодов исследуемого сигнала, делитель 9 частоты изменяет состояние триггера 8 на противоположное и разрешает работу компаратора 13. При этом ключи 1 и 2 размыкаются,счетчик делителя 9 частоты устанавливается внуль, срабатывает одновибратор 10 задержки, длйггельность импульса которого равна задержке в з&мыкании ключей 3 и 4, необходимой для работы компаратора 13. Если напряжение на выходе интегратора б не равно нулю,то компаратор 13 не срабатывает,вентиль 12 открыт и ключи 3 и 4 по истечении импульса одновибратора 10 замыкаются .

Таким образом, схема готова к на.чалу второго цикла работы, который начинается с приходом следующего импульса формирователя 15.

Второй цикл работы анализатора будет отличаться от первого только тем, что переброс RS триггера 8 произойдет с приходом второго импульса умножителя 16 частоты на счетные входы первого и второго счетчиков: в третьем цикле работы переброс триггера 8 произойдет с приходом третьего импульса умножителя 16 и т.д.

Описанный процесс будет продолжаться до тех пор, пока в конце интервала интегрирования на выходе интегратора 6 напряжение не станет равно нулю. Равенство нулю вызовет срабатывание компаратора 13,который закроет входной вентиль 17 и вентиль 12 запрета, что определит окончание процесса измерения. Значение амплитуды гармоники измеряется вольтметром 22, а значение фазы будет записано в коде в регистре 18

На фиг.2 приведены зпюры выходных напряжений основных функциональных блоков анализатора: а - исследуемого сигнала; б - формирователя 15; в - умножителя 16 частоты; г - входного вентиля 17; д - счетчик-регистра ; е - делителя 9 частоты; ж - вход Q триггера 8; з - выход Q триггера 8; и - одновибратора 10 задержки; к - блока 11 сложения по МО.Г.УЛЮ два л - первого 1 и второго 2 ключей; м - третьего 3 и четвертого 4 ключей .Утолщенная линия на эпюрах л,м, соответствует замкнутому состоянию ключей.

В режиме измерения синфазной и квадратурной составляющих гармоники необходимо изменить порог срабатывания компаратора 13. Он устанавливается больше максимально возможного напряжения на выходе интегратора 6 синфазной составляющей. При соблюдении этого условия процесс измерения будет заканчиваться после первого цикла работы анализатора и на зыходах интеграторов модели осциллятора получаются значения синфазной и квадратурной составляющих измеряемой гармоники сигнала.

Предлагаемый анализатор гармоник отличается от известных анализаторов отсутствием сложных в технической реализации аналоговых устройств.

Представление в устройстве фазы гармоники в цифровой форме позволяет осуществить совместное использование анализатора с устройствами цифропечати и отображения информации на цифровом носителе (например, перфоленте).

АнализатЬр гармоник, позволяет значительно-сократить время проведения спектрального анализа электрических сигналов, когда конечной целью анализа является амплитуда и фаза гармоник.

Формула изобретения

Анализатор гармоник, содержащий последовательно соединенные инвертор, первый ключ, интегратор синфазной составляющей, второй ключ и интегратор квадратурной составляющей, выход которого соединен со входом инвертора, являющегося входом анализатора, причем параллельно интегрирующим емкостям обоих интеграторов подключены третий и четвертый ключи, отличаю Шийся тем, что с целью уменьшения времени измерений, он дополнительно содержит счетчик, вентиль переписи , регистр, в-ходной вентиль, формирователь, умножитель частоты, делитель частоты, одновибратор, триггер, одновибратор задержки, блок сложения, вентиль запрета, блок выделения модуля и компаратор, причем вход анализатора через формирователь и умножитель частоты подключен ко входам входного вентиля, третий вход которого подключен к выходу интегратора синфазной составляющей через последовательно включенные блок выделения модуля и компаратор, четвертый

вход соединен со входом делителя частоты, входом блока сложения и выходом триггера, соединенным также через одновибратор задержки со вторым входом блока сложения , при этом второй выход триггера подключен к управляющим входам первого и второго ключей , его первый вход подключен к одному из выходов регистра, соединенного также с управляющим входом вентиля переписи и с управляющим входом счетчика через одновибратор, а второ вход соединен со вторым входом компаратора и с выходом делителя частоты, вход которого соединен с выходом умножителя частоты, управляквдие вход третьего и четвертого ключей подклю ieHH к выходу вентиля запрета, один вход которого соединен с выходом блока сложения, а другой подключен к выходу компаратора, выход входного вентиля подключен к общему входу регистра и счетчика, связанного меяаду собой через вентиль переписи.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.

1. Вавилов А. А., Солодовников А. И. Экспериментальное определение частотных характеристик автоматических систем, М., 1963, С.176177.

Ж АфАЖ А