Анализатор гармоник Советский патент 1980 года по МПК G01R23/20 

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для спектрального анализа сигналов.

Известен анализатор гармоник, содержащий импульсный генератор, вре- . менной компрессор входного сигнала, узкополосный фильтр, оконечный индикатор и синхронизатор fl.

Недостатком анализатора является его невысокая точность.Кроме того, ансшизатор не обеспечивает выделение постоянной составляющей исследуемого сигнала.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является анализатор гармоник, содержащий блоки опорных сигналов, вольтметры, блоки сравнения, блок выделения минимума, блок управления, электронные коммутаторы и цифровой блок умножения

частоты рЗ.

Недостатками данного анализатора являются его низкое быстродействие и сложность, так как ко 1ичество блоков опорных сигналов и вольтметров равно числу гармонических составляющих исследуемого сигнала. Кроме того, функциональные возможности данного анализатора ограничены, потому что с его у

помощью невозможно выделить постоянную составлянхцую исследуемого сигнала.

Цель изобретения - повышение быстродействия, упрощение и расширениефункциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в известный анализатор гармоник, содержащий блок управления, первый

10 вход которого соединен с выходом блока выделения минимума, цифровой блок умножения частоты, блок опорного сигнала, выход которого соединен с первым входом вольтметра, выход которого соединен с первым входом логометра, введены регистр периода, регистр фаз, регистр амплитуд, блок выделения периода, счетчик, преобразователь, блок ;запоминания и интегратор, причем выход интегратора соединен с вторым

входом вольтметра, а вход интегратора соединен с выходом преобразователя и первым входом блока запоминания, выход которого соединен с третьим

25 входом вольтметра, а второй вход которого соединен с четвертым входом вольтметра, первым входом блока опорного сигнгша, выходом блока управления, первым входом цифрового блока

30 умножения частоты и первым входом

блока выделения периода, второй вход которого соединен со входом анализатора гармоник и первым входом пре обраэователя, второй вход которого соединен с выходом цифрового блока умнох ения частоты, а третий вход которого соединен со вторым входом цифрового блока умножения частоты, выходом блока выделения периода входом регистра периода и вторым входоЛ блока управления, третий вход которого соединен с выходом счетчика и вторым входом блока опорного сигнала, выход которого соединен со вторым входом логометра и входами регистров амплитуд и фаз, а третий вход которого соединен со входом счетчика и выходом блока выделения минимума, вход которого соединен с выходом вольтметра.

На чертеже приведена блок-схема анализатора гармоник.

Анализатор гармоник содержит регистр периода 1, блок управления 2, регистр фаз 3, регистр амплитуд 4, блок выделения периода 5, цифрово блок умножения частоты 6, блок опорного сигнала 7, вольтметр 8, блок выделения минимума 9, счетчик 10, преобразователь 11, блок запоминания 12 логометр 13 и интегратор 14.

. Анализатор работает следующим образом.

Блоком управления 2 запускают бло выделения периода 5, измеряющий величину периода Т исследуемого сигнала U(t) и вырабатывающий три управляющих сигнала, временные интервалы ме) которыми равны Tf,

По первому управляющему сигналу запускается цифровой блок умножения частоты б, который выдает серию импульсов частоты

F Р/Тх .

По второму управляющему сигналу начинает работу преобразователь 11, осуществляющий дискретизацию исследуемого сигнала U(t) в моменты времени , 2, . . . , Р; fir Ту/Рвремя дискретизации), задаваемое цифровым блоком умножения частоты б. Коды дискрет и(Е) исследуемого сигнала фиксируются блоком запоминания 12 и поступают в интегратор 14, где в соответствии с выражением V

, Р : и ( Е) определяется постоянная

Р 1 составляющая исследуемого сигнала.

По третьему управляющему сигналу прекращают работу блок вьщеления периода 5 , цифровой блок умножения частоты б, преобразователь 11, и начинается определение компенсационным способом начальных фаз иамплитуд п гармонических составляющих исследуемого сигнала Для определения на чальной фазы и амплитуды i-и гармоники опорным сигналом x(fj,, U ) uf. sin(eLwoj4-4J ,где Ut и Ф - амплитуда и начальная фаза, TTj,- время формирования дискреты опорного сигнала, V 21Ь/Тх , компенсируется соответствующая гармоническая составляоощая исследуемого сигнала.

В момент компенсации, который наступает при достижении минимума

функции иэ- (Vf ,Ч- ) 1 S U(t)

hj „

-Up-xCE.V , Ui; Ц .начальная фаза и амплитуда гармонической составляющей связаны с начальной фазой и амплитудой опорного сигнала следующими соотношениями V +180° , Ui U, Минимизация осуществляется за N тактов. Один такт включает в себя изменение параметра Ч или U на некоторую величину блоком выделения минимума 9 и посылку измененного параметра в блок опорного сигнала 7, определение Ug при заданном значении измененного параметра вольтметром 8, для чего в последний посылаются коды дискрет исследуемого сигнала, считываемые блоком управления 2 из блока запоминания 12, код постоянной составляющей из интегратора 14, коды дискрет опорного сигнала, вырабатываемые блоком опорного сигнала 7 по сигналам блока управления 2, и код Р из блока управления 2, сравнение блоком выделения минимума 9 полученного значения Ug с кодом Ug , зафиксированным зтим блоком в предыдущем такте минимизации, и запоминание меньшей из сравниваемых г еличин блоком выделения минимума 9

Результат сравнения указывает направление и величину дальнейшегО изменения параметра, по которому производится минимизация.

При достижении минимума функции UQ коды начальной фазы и амплитуды компенсированной гармонической составляющей из блока опорного сигнала 7 заносятся в соответствующие i-и гармонике разряды регистра фаз 3 и регистра амплитуд 4, содержимое счетчика 10 увеличивается -на единицу и посылается в блок опорного сигнала 7, после чего начинается компенсация следующей гармонической составляющей

В момент компенсации первой гармоники код амплитуды из блока опорного сигнала 7 и код квадрата действующего значения высших гармоник из вольтметра 8 поступают в логометр 13, где определяется коэффициент нелинейных искажений в соответствии

In с выражением К N| . U /U..

Анализатор га;рмоник закончит рабо ту, когда содержимое счетчика 10 станет равно (п+1). В регистре периода 1 будет зафиксирован код периода исследуемого сигнала, в интеграторе 14 код постоянной составляющей, в логометре 13 - код коэффициента нелинейных искажений, в регистре фаз 3 коды начальных фаз п гармонических составляющих исследуемого сигнала,и в регистре амплитуд 4 коды амплитуд п гармонических составляющих исследу емого сигнала. Предлагаемый анализатор гармоник Прост, обладает высоким быстродействием и позволяет выделять постоянную составляющую исследуемого сигнала. Формула изобретения Анализатор гармоник, содержащий блок управления, первый вход которого соединен с выходом блока выделени минимума, цифровой блок умножения частоты, 6hoK опорного сигнала, выход которого соединен с первым входо вольтметра, выход которого соединен с первым входом логометра, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, упрощения и расширения функциональных возможностей, в него введены регистр периода, регистр фаз, регистр амплитуд, блок выделения периода, счетчик пре образователь , блок запоминания и интегратор, причем выход интегратора соединен со вторым входом вольтметра а вход интегратора соединен с выходо преобразователя и первым входом блока запоминания, выход которого соединен с третьим входом вольтметра, а второй вход которого соединен с четвертым входом вольтметра, первым входом блока опорного сигнаша, выхо дом блока управления, первым входом цифрового блока умножения частоты и первым входом блока выделения периода , второй вход которого соединен со входом анализатора гармоник и первым входом преобразователя, второй вход которого соединен с выходом цифрового блока умножения частоты,а третий вход которого соединен со втоpfciM входом цифрового блока умножения частоты, выходом блока выделения пе-. риода, входом регистра периода и вторым входом блока управления, третий вход которого соединен с выходом счетчика и вторым входом блока опорного сигнала, выход которого соединен со вторым входом логометра и входами регистров амплитуд и фаз, а третий вход которого соединен со входом счетчика и выходом блока выделения минимума, вход которого соединен с выходом вольтметра. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 429368, кл. G 01 R 23/16, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР № 37054-0, кл. G 01 R 23/16, 1971 (прототип).