Компенсационный анализатор гармо-НиК Советский патент 1981 года по МПК G01R23/00 

:54) КОМПЕНСАЦИОННЫЙ АНАЛИЗАТОР ГАРМОНИК

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может, быть применено для точного измерения амплитуд гармоник периодического сигнала.

Известен компенсационный анализатор гармоник, содержащий умножитель, частоты и два контура уравновешивания входного сигнала по амплиту де и фазовому углу, каждый из которых состоит из управляемых фазовращателей и аттенюатора, вычислителей схемы,. .

Недостатки данного устройства М|алая точность и быстродействие, а также возможность перехода к перио.дическому режиму работы.

Цель изобретения - повышение точгности быстродействия анализа и исключение периодических режимов.

С этой целью контур уравновешивания по фазовому углу снабжен двумя множительными устройствами, двумя аналого-цифровыми преобразователями, определителем отношения кодов, -преобразователем парсшлельного кода в последовательный, реверсивным -сигналом,, кольцевым сдвиговым ре- . гистром, цифроаналог.овым преобразователем, а контур уравновешивания по

амплитуде снабжен множительным устройством, интегрирующим аналого-цифровым преобразователем, реверсивным сигналом, причем множительные устройства фазового контура, подключенные первыми входами ко чходу анализатора, выходами через аналого-цифровые преобразователи соединен с определителем отношений кодов, выход кото0рого через упомянутый преобразователь кодов подклю.чен к первому входу реверси вного счетчика, соединенного через кольцевой сдвиговый регистр и цифроаналоговый преобразователь со

5 вторыми входами множительных устройств фазового контура, первым входом множительного устройства амплитудного контура и первым входом управляемого аттенюатора, выход которого

0 присоединен к первому входу вычитающей схемы, второй вход которой подключен ко входу анализатора, а выходко второму входу множительно1О устройства амплитудного контура, при5соединенного через интегрирующий аналого-цифровой преобразователь и реверсивный счетчик амплитудного контура ко второму входу управляемого аттенюатора, причем умножитель

0 частоты, входом подключенный кв вхоу анализатора, присоединен ко второу входу реверсивного счетчика фазо-. вого контура.

На чертеже представлена блок-схема анализатора гармоник.

Он состоит из множительных устройств 1 и 2, интегрирующих аналогоцифровых преобразователей 3 и 4, определителя 5 отношения кодов, преобразователя б параллельного кода в последовательный единичный код, реверсивного счетчика 7, кольцевого сдвигового регистра 8, цифроаналогового преобразователя 9, умножителя 10 частоты, вычитающей схемы 11, множительного устройства 12, интегрирующего аналого-цифрового преобразователя 13, реверсивного счетчика 14, управляемого аттенюатора 15. Анализируемый входной сигнал Vfty Vg S i п (iuyt + ) подается на оба контура уравновешивания , по амплитуде и по амплитуде и по фазе, а также на умножитель 10 частоты, выходные импульсы которого, поданные через вход сложение реверсивного счетчика 7 на вход сдвигового регистра 8, формируют на выходе цифроаналогового преобразователя 9 равномерно во времени квантованные квадратурные синусоидальные напряжения. Если пренебречь содержанием высших гармоник.в сигналах, формируемых на выходе цифроаналогрвого преобразователя, что допустимо, так как по принципу действия такого генератора колебаний содержание высших гармоник в немможет быть уменьшено до требуемого уровня, то закон изменения, генерируемых колебаний имеет вид:; ...

. ku)t

on

Vpn kcwt; v const.

Коэффициент k зависит от соотношения умножения ky умножителя 10 частоты, -коэффициента пересчета k.y реверсивного счетчика 7И количества разрядов гкольцевого сдвигового регистра 8 сле:дующим образом:

k kp гТаким образом, при дискретных значениях коэффициента умножения умножителя 10 частоты k( j -kp-т (где j 1,2,3....) на выходах цифроаналогового преобразователя 9 образуются квадратурные синусоидальные колебания, частота которых равна соответственно первой, второй, третьей и т.д. гармонике входного сигнала.

При этом каждый выходной импульс умножителя частоты соответствует изменению текущей фазы синусоидальных сигналов на вьлходе цифроаналогового преобразователя на величину, равную

д.л. 27Г лч- ;г

Кр-Г

При измерении амплитуды определе 1ной гармоники входного дигнала устанавливается такой коэффициент умножения ks j-kp- г умножителя частоты, при котором опорные колебания имеют частоту измеряемой гармоники. Опорные колебания vj, и v подаются на входы множительных устройств 1 и

2, на вторые входы которых подается .входной сигнал . Интегрирующими аналого-цифровыми преобразователями 3 и 4 выделяются и преобразются в цифровой код постоянные составляющие выходных сигналов множительных устройств, крторые подаются в определитель 5 кодов, выходной код которого подается в преобразователь параллельного кода в последовательный единичный код, где преобразуется в эквивалентное количество импульсов, подаваемых в зависимости от знака кодированной величины на вход Сложение или на вход Вычитание реверсивного

0 счетчика 7. Действие количества N

выходных импульсов преобразователя 6. кода, подаваемых на входы Сложение или Вычитание реверсивного счетчи. ка 7, приводит соответственно к положительному или отрицательному фазовому сдвигу

йТГ

,.N.,

Q квадратурных опорных напряжений, формируемых непрерывной последовательностью импульсов умножителя 10 частоты, подаваемых через вход Сложение реверсивного счетчика 7 на сдви-.

- говый регистр 8. Сдвиг фазы опорных напряжений происходит после каждого определения величины tg до момента, когда tg 0. Этот момент соответствует достижению компенсации входного сигнала по фазе, что равнозначно совпадению фаз опорного колебания Vgn-VfflCosKuDt и измеряемой гармоники входного сигнала. При малых углах рассогласования; фаз измеряемого и опорного колебаний, когда

5 процесс автоматической компенсации по фазе длится примерно 1 . период анализируемого колебания (в основном, время, необходимое для выделения постоянной составляющей на

Q выходах множительных устройств).

При больших углах рассогласования и при условии симметричного насыщения характеристик определителя 5 отношения кодов, процесс автоматической компенсации по фазе длится примерно 3 периода .входного колебания, что обусловлено нелинейной зависимостью сигнала рассогласования по фазе от разности фаз сравниваемых колебаний. Для исключения 180-градусной неоднородности компенсации по фазовому

углу, обусловленной тем, что функция tg , являющаяся сигналом рассогласования , имеет период повторения, рав- , ный 130, и в пределах четырех квадрантов дважды принимает нулевое значение (в точкёЧ 0 и в точке f -180) в блок-схему введена дополнительная связь с выхода знакового разряда интегрирующего аналого-цифрового преобразователя 4 на вход преобразо вателя .6 кодов, вызывающая.принуди тельный сдвиг фазы компенсирующих колебаний на 180, если выходной код аналого-цифрового преобразователя 4 пропорциональный cos , окажется вел чиной отрицательной. Такая связь обеспечивает однозначность установления системы компенсации входного сигнала по фазовому углу при любом значении начальной фазы гармоники в пределах четырех квадрантов по отношению к компенсирующему колебанию Контур компенсации по амплитуде измеряемой гармоники входйого сигнала работает следующим образом. Входное напряжение Ug подается на один вход вычитающей схемы 11, на второй лвход которой через управляемый аттенюатор 15 подается то из взаимно квадратурных опорных напряжений, которое после компенсации измеряемой гармоники по фазовому углу синфазно с ней. Полученная разность входного и компенсирующего сигналов подается на множительное, устройство 12, 1де перемножается с тем же опорным сигна лом, но минующим управляемый аттенюа тор 15. Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь 13 выделяет и преобразует в цифровой код постоянную составляющую выходного сигнала множительного устройства 12. Если постоянная составляющая не равна нулю, то в реверсивный счетчик с выхода интегрирующего ана лого-цифрового преобразователя поступает число импульсов, пропорциональное ей, что приводит к изменению коэффициента передачи управляющего аттенюатора. При V const код, записанный в . реверсивном счетчике 14, однозначно определяет, амплитуду измеряемой гармоники входного сигнала. . При условии компенсации по фазе измеряемой гармоники входного сигнала время компенсации этой гармоники по амплитуде не превьшает одного периода рассогласования в контуре уравновешивания по амплитуде от разности уравновешиваемых сигналов. Формула изобретения Компенсационный анализатор гармоник, содержащий умножитель частоты, управляемый аттенюатор, вычитающую схему,, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, быстродействия анализа и исключения периодических, режимов, он снабжен тремя множительными устройствами, двумя аналого-цифровыми преобразователями, определителем отношения кодов , преобразователем параллельного кода в последовательный, двумя реверсивными счетчиками, колыевым сдвиговым регистром, цифроаналоговым преобразователем, интегрирующим аналого-цифровым преобразователем, причем первое и второе множительное устройства, подлкюченные первыми входами ко входу анализатора, выходами через соответствующие аналого-цифровые преобразователи соединены с определителем отношения кодов, выход которого через упомянутый ,преобразователь кодов подключен к первому входу -первого реверсивного счетчика, со единенного через кольцевой сдвиговый; регистр и цифроаналоговый преобразователь со вторыми входами первого и второго множительных устройств, первым входом третьего множительного устройства и nepBtJM входом управляемого аттенюатора, выход которого присоединен к первому Еходу вычитающей схемы, второй вход которой подключен ко входу анализатора, а выход - ко второму входу третьего множительного устройства, присоединенного через интегрирующий аналого-цифровой преобразователь и второй реверсивный счетчик ко второму входу управляемого аттенюатора, причем умножитель частоты, входом подключенный ко входу анализатора, присоединен ко второму вхоу первого реверсивного счетчика фазового контура.