Цифровой измеритель коэффициента гар-МОНиК Советский патент 1981 года по МПК G01R23/20 

(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ КОЭФФИЦИЕНТА ГАРМОНИК

: Изобретение относится к электроизмерениям и может быть использоваио для измерения коэффициента .Гармоник. Известно устройство для измерения коэффициента гармоник, которое содержит формирователь, умножитель частоты, ключ, аналого-цифровой преобразователь, два задатчйка ортогональных функций, два множительных устройства, два счетчика, три cxeNOii переноса, квадратор, сумматор, устройство извлечения корня, измеритель отношения кодов и блок управления 1 Недостатками устройства являются большое время вычисления коэффициеита гармоник и невысокая точность за счет погрешности определения частоты и 1мплитуды первой гармоники, Известен также цифровой и кюрите ь нелинейных искажений, содержащий пос ледовательно включенные формирователь умножитель частоты, ключ, аналогоцифровой преобразователь, информационный вход которого, подключен ко входу формирователя и является входом устройства, а управляю1151й вход - к выходам задатчиков ортогональных функ ций, выходы которых подключены к первым входам множительных устройств, которых через соответствующие схемы переноса подключены к первому и второму входам квадратора, третий вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя и вторым входам множительных устройств, а выход ко входу сумматора, выход которого подключен к входу третьей схемы переноса, блок управления, подключенный входом к выходу формирователя; а выходом - к управляющим входам ключа, трех схем переноса, сумматора, измерителя отношения кодов, устройства извлечения корня, последовательно включенные второй сумматор и четвертая схема переноса, выход которой подключен ко входу измерителя отношения кодов, а второй вход второго сумматора соединен с выходом квадратора 2 . Недостатком устройства является погрешиость вычислений, обусловлена погрешностью определения периода входного сигнала. При вычислении амплитуды первой гармоники входного сигнала обычно используется математическое выражение U(t)5 ncfitdt Однако при неточном измерении часто ты входного сигнала возникает ошибк рпредепения амплитуды входного сигйала , величина которой зависит от величины (Juu и от формы входного сигнала.. Для синусоидального сигнала (Kj,0 эта зависимость имеет вид . 5in(agr-cPu)) а (JD cfcU - относительная погрешность измерения частоты входного сигнала. Из приведенного соотношения видно что при неточном определении значени амплитуды первой гармоники в устройстве возникает погрешность вычисления Кр . График зависимости значений приведенной погрешности ГК . : гтах вычисления KJ-OT (л) в . виде распечатки значений/tc f((5(u) / полученных на мини ЭВМ Электроника ЮОИ приведен на рис.3. Из графика видно, что для достижения заданной величины Кр тре буется обеспечить погрешность cJoy настройки устройства на частоту вход ного сигнала на один-два порядка . меньше, . В известных устройствах такая задача не может быть решена для широкого частотного диапазона входного сигнала при существующих требованиях к точности получения Кр. Цель изобретения - повышение точности вычисления коэффициента гармо.ник. Цель достигаетсятем, что в устг ройство, содержащее три сумматора и последовательно включенные формирова тель, умножитель частоты, ключ, аналого-цифровой преобразователь, первый квадратор, четвертый сумматор, блок деления и блок извлечения квадратного корня, при этом второй вход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом устройства и с вхо дом формирователя,выход которого под ключен к блоку управления,выходы кот рого подключены к соответствующим уп равляющим входам ключа,первого квадратора, блока деления,блока извлечени корня квадратного,первого,второго, третьего и четвертого сумматоров,дополг ительно введены цифровой фильтр, два жвадратора,два масштабирующих блока,вход первого из которых соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя и с входом цифрового фильтра,выход которого, через последо вательно соединенные второй квадрате и первый сумматор подключен к одному из входов третьего сумматора,второй вход которого через последовательно соединенные третий квадратор и, второй сумматор подключен к выходу первого масштабирующего блока, а выход третьего сумматора через второй масштабирующий блок соединен с вторым входом блока деления, при этом управляющие входы цифрового фильтра, двух квадраторов и двух масштабирующих блоков соединены с соответствующими выходами блока управления. Масштабирующий блок представляет собой цифровое устройство 1 умножения входного кода на постоянный коэффициент К. Цифровой фильтр представляет собой арифметическое устройство, реализующее известную зависимость гл m ... где х. - входные цифровые коды} у. - выходные цифровые коды; сУО- |j. - коэффициенты фильтра, определяющие вид его амплитудно-частотной характеристики; т - порядок фильтра; i - номер входного (выходного) цифрового кода, и может быть выполнен по известнрй структуре. На фиг. 1 представлена структурная схема цифрового измерителя коэффициента гармоник; на фиг. 2 - амплитудно-частотная характеристика цифрового фильтра; на фиг. 3 - график зависимости относительной погрешнос- . ти вычисления коэффициента гармоник от относительной погрешности измерения частоты. Устройство содержит четыре сумматора 1-4, формирователь 5, умножитель 6 частоты, ключ 7, аналого-цифровой преобразователь 8, три квадратора 9-11, блок 12 деления, блок 13 извлечения корня квадратного, блок 14 управления, цифровой фильтр 15, два масштабирующих блока 16 и 17. Устройство функционирует следующим образом. В исходном положении элементы памяти сумматоров 1-4 находятся в нулевом состоянии. Исследуемый сигнал Uy поступает на вход формирователя 5, который вырабатывает импульсы в моменты перехода Uj через нулевое значение, и на второй вход аналогоцифрового преобразователя 8. Выходные импульсы формирователя поступают на вход умножителя б частоты следования импульсов и вход блока 14 управпения. Блок 14 управления открывает ключ 7 на время одного периода исследуемого сигнала. Заэто время через ключ 7 с выхода умножителя б частоты на вход преобразователя 8 приходит N импульсов (где N - коэффициент умножения умножителя частоты). Эти импульсы запускают преобразователь 8 в моменты времени-t s--(-irf, N), Коды мгновенных значений напряжения исследуемого сигнала с выхода преобразователя 8 поступают на вход первого квадратора 9. Возведенные в квадрат коды мгновенных значений суммируются в четвертом сумматоре 4. Одч , новременно эти же коды с выхода преобразователя 8 поступают на; вход пер вого масштабирующего блока 16, где они умножаются на постоянный коэффициент С выхода первого масштабирующего блока 16 увеличенные в К раз коды мгновенных значений вход ного сигнала поступают на вход треть :го квадратора 11, Возведенные в квгщ рат коды суммируются на втором сумматоре 2. Одновременно коды мгновенных значений входного сигнала поступают на вход цифрового фильтра 15. Частотная характеристика цифрового фильтра 15 задается под воздействием сигналов с блока 14 управления таким образом, что для первой (основ.ной) гармонической составляющей коэф фициент передачи цифрового фильтра 15 равен К, а дня второй, третьей и т.д. гармонических составляющих входного сигнала коэффициент передачи цифрового фильтра 16 равен Кл , т.е. цифровой фильтр 15 является заг раждающим фильтром (фиг.2). ,3аданную ширину полосы подавления S вбли зи первой гармоники можно обеспечить путем задания соответствующих коэффициентов d/j ,(aj цифрового фильтра. Введение достаточно широкой полосы S2 позволяет обеспечить некритичность устройства к настройке на частоту, входного сигнала в интервале(()8, , eiv,s Sj .Преобразованные цифровым фильтром 15 коды поступают на вход второго квадратора 10, с выхода кото рого возведенные в квадрат коды поступают на -вход первого сумматора 1 и суммируются в нем. За один перирд исследуемого сигнала в четвёртом сум маторе 4 и во втором сумматоре- 2 фиксируются коды, пропорциональные квадрату действующего значения (т.е. мощности) исследуемого сигнала (.). , - код, :хранящийся в четвертом сумматоре 4} Р - оценка полной мощности входного сигнала Uj, . ,vf, , С4) где Р,{ - код, хранящийся во втором сумматоре 2; Р - оценка мощности первой гармонической составляющей вход ного сигнала U , .. Р - оценка мощности всех высших гармонических составляющих сигнала, начиная со второй, К этому же моме-нту времени в первом сумматоре 1 фиксируется код, npok .порциональный величине Р , опредея ляемой соотношением () После образования кодов Р. по сигналам, поступающим с блока 14 управления, коды . поступгиот на суммирующий и вычитающий входы третьего сумматора 3 соответственно. В результате в третьем сумматоре 3 формируется код, пропорциональный мощности всех высших гармонических составляющих сигнала, начиная со второй.... .()-pS.- (: Код третьего сумматора 3 по сигналу с блока 14 управления поступает на вход второго масштабируидего блока 17, в. котором этот код умножается на постоянный коэффициентК,)тгг. Код сформированный на выходе второго масштабирующего блока 17, определяется из соотношения . Ce- V « По очередному сигналу с блока 14 управления коды с выхода четвертого сумматора 4 и второго масштабирующего блока 17 поступают на соответствую|дие входы блока 12 деления. Код на выходе блока деления 12 пропорциоftansH отношению мощности высших гармоник, начиная со второй,к полной мощности сигнала , р о I/ - а|лб. йх / f. БлелГ Р Р . 4ь X Полученный код с выхода блока 12 деления поступает на вход блока 13 извлечения корня квадратного. Код, сформированный на выходе блока извлечения корня квадратного, равен . коэффициенту гармоник исследуемого сигнала Предлагаемое устройство уменьает погрешность измерений в 5 раз в астотном диапазоне от 1 Гц до 10 КГц. Формула изобретения Цифровой измеритель коэффициента гармоник, содержащий три сумматора и последова ельно включенные формирователь, умножитель частоты, ключ, аналого-цифровой преобразователь, первый квадратор, четвертый сумматор, 61ЛОК деления и блок извлечения корня квадратного, при этом второй вход аналого-цифрового преобразовательсоединен с входом устройства и

Входом формирователя, выход которого подключён к блоку управления, выходы которого подключены к соответствующим управляющим входам ключа,. первого квадратора, блока деления, блока извлечения корня квадратного, первого, второго, третьего и четвертого сумматоров, отличающийся тем, что, с целью повышеиия точности измерений в него введены цифровой фильтр, два квадрато ра, два масштабирукздих блока, вход первого из которых соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя и с входом цифрового фильтра, выход которого через последовательно соединенные второй квадратор и первый сумматор подключен к одному из

ш, Фиг.г

входов третьего сумматора, второй вход которого через последовательно соединенные третий квадратор и второ сумматор подключен к выходу первого масштабируицего блока, а выход третьго сумматора через второй масштабирующий блок соединен с вторым входом блока деления, при этом управляющие входы цифрового фильтра, двух квадраторов и двух масштабирующих блоков соединены с соответствующими выходами блока управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Выход

Wi Шу

О)