Анализатор спектра Советский патент 1981 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения амплитуд гармоник периодических сигналов. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство , содержащее блок умножения, формирователь констант, счетчик, умножитель частоты, преобразователь кода в число импульсов, нуль.органы, интегратор и регистратор 1 Однако точность измерений извест ного устройства недостаточна, Цель изобретения - повышение точности измерений. Поставленная цель достигается тем что в анализатор спектра, содержащий блок умножения, вход которого подключен к последовательно соединенным формирователю, умножителю частоты и преобразователю кода в число импульсов, счетчик, выходы которого через блок формирования констант соединены с управляющими входами блока умножения, интегратор, два нуль-органа, два элемента И и регист ратор, дополнительно введены второй интегратор, комбинационный сумматор два ключа, три триггера и делитель напряжения, причем ключи включены между вьаходом блока умножения и BXO-I дом интеграторов, выход первого из которых подключен к регистратору И к делителю напряжения, управляющие входы обоих ключей соединены с выходами первого триггера, один из которых соединен также с управляющим входом комбинационного сумматора , включенного между выходами старших разрядов счетчика и входами старших разрядов блока формирования констант, выходы делителя напряжения и второго интегратора подключены ко входам обоих нуль-органов, , выходы которых соединены со входами второго ,и третьего триггеров, другие входы которого соединены с выходами формирователя, связанного также с управляющими входами обоих интеграторов и- с одним из входов первого триггера, другой вход которого подключен к выходу умножителя частоты, инверсные выходы второго и третьего триггеров подключены через первый элемент И к первому входу счетчика, а прямой выход третьего триггера через второй элемент И соединен со вторым входом счетчика, выход преобразователя кода в число импульсов соединен с соответствующими входами второго и третьего триггеров и обоих элементов И, На чертеже представлена структур ная схема предлагаемого анализатора Анализатор содержит блок 1 умножения, формирователь 2, умножитель частоты, преобразователь 4 кода в число импульсов, ключ 5, интегратор 6, регистратор 7, второй ключ 8, второй интегратор 9, нуль-органы 10 и 11, делитель 12 напряжения, триггеры 13 и 14, элементы И 15 и 16, счетчик 17 , триггер 18, сумматор 19 и блок 20 формирования. Работает анализатор следующим об разом. Исследуемый сигнал поступает на формирователь 2, вьлходные импульсы которого после умножения в умножителе 3 частоты поступает на преобра ватель 4 кода 3 число импульсов. На управляющих входах преобразователя ус та ьга вливаете я код, равный номеру исследуемой гармоники. При этом пос каждого ;- Мпульса на входе преобразо вателя 4 на его выходе формируется пачка импульсов. Количество импульсов в пачке равно К. Эти импулЬсы поступают на входы установки в О триггеров 13 и 14 и подтверждают их Так как триггера 13 и 14 находятся в состоя .чии О, то элемент И 15 открыт, а элемент И 16 закрыт. При этом MM;iy.ni,cFji с выхода преобразователя 4 поступают на счетный вход счетчика 17. Счетчик L7 имеет N устойчивых состояний. Если исходное состояние счетчика 17 равно g,., то, в соответствии с вышесказаннком, состояние счетчика 17 после импульсгг на выходе умножителя 3 частоты равно mod ,j (g f. + пК) Так как счетный.вход триггера 18 подключен к выходу множителя 3 частоты, то его состояние при нечет ных п равно , а .при четных О , соответственно на управляющи вход сумматора 19 поступает при четных п, и он прибавляет код N.i4 к выходному счетчику 17. Каждому состоянию g на входах блока 20 формирования констант соот ветствует код на его выходе , который поступает на управляющие входы блока 1 умножения. Выходное напряжение блока 1 на четных тактах умножителя частоты поступает через ключ 5, на интегратор б, а на нечетных тактах - через ключ 8 на интегратор 9. В конце измерительного периода Т- на выходах интеграторов б и 9 будут напряжения пропорциональные с точностью до постоянного коэффициента косинусной составляюа J, и синусной D , щим К-ой гармоники ряда Фурье, в ко торый раскладывается напряжение U;( (t) . Отметим, что а и В, получены по разным выборкам напряжения Ux{t) , т.е. В по четным, а а, по нечетным, однако это на точность измерения не влияет, так как моменты выборок напряжений и фазы функций и cos- g совпадают. Напряжения By; и а) с выходов интеграторов б и 9 поступают на нуль-органы 10 и 11. Сигнал логическая i на выходе нуль-органа 10 будет в конце периода TX только при условии Кди В + ,(1) где Кдн- коэффициент передачи делителя 12 напряжения. Сигнал логическая на выходе нуль-органа 11 будет только при условии После начала очередного периода измерений формирователь 2 вырабатывает короткий импульс, который синхрониэирует установку в 1 одного из триггеров 13 и 14, а также производит установку в О триггера 18 и сброс интеграторов б и -9. Если выполнилось условие (1), то триггер 13 устанавливается в , при этом закрывается элемент И 15, и очередной импульс с выхода преобразователя- 4 не поступит на вход счетчика 17. Это приводит к тому, что исходное состояние счетчика 17 в начале периода Т уменьшится на единицу. Если выполнилось условие (2), то триггер 14 устанавливается в , при этом закрывается элемент И 15 и открывается элемент И 16. Тогда очередной импульс с выхода преобразователя 4 поступает на счетный вход счетчика 17, а его состояние увеличится на две единицы, что соответствует увеличению его исходного состояния gg в начале периода на единицу. Этот импульс с выхода преобразователя 4 поступает на входы . , триггеров 13 и 14, установки в сбрасывает их. После этого тольКЪ элемент И 15 будет открыт. Если не выполнилось ни одно из условий (1) и (2) , то н-и один из триггеров 13 и 14 не устанавливаетПосле этого цикл работы устрой- . ства начинается сначала, но теперь величина д изменилась таким образом, чтобы модуль разности фаг. ч и i ддуменйшился. Процесс изменения gg будет продолжаться до тех пор, пока не выполняется ни одно из условий (1) или (2). При этом Для устойчивой работы устройства величину Кдц следует выбирать не более JT/N, Амплитуда гармоники равна A.l4 ь откуда следует, что А, л) - . Полагая при, выполнении условия (3), имеем т.е. мультипликативная погрешность измерения А не превосходит величину С,1 % при и не превосходи величину 1 % при . Повыгление точности и помехоустой чивости в предложенном устройстве достигается вследствие того, что максимальное значение величины в,, находится в результате ее сравнения величиной а в соответствии с фор мулами (1), (2) и (3). При этом результаты сравнения не зависят от абсолютных значений а . и Вь; , а только от угла сдвига фазы гармон ки и исходного состояния счетчика g в . начале периода измерений,. Скачки амплитуды гармоники не приводят к сбоям в работе устройства, так как величины а| и в изменяются в одина ковых пропорциях, а нуль-оргал фикс рует только знак выражений (1) и (2 Формула изобретения Анализатор спектра., содержащий блок умно5ке -:ия, вход которого подключен к последовательно соединенны формирователю, умножителн) частоты и преобразователю кода в число импульсов, счетчик, выходы которого че рез блок формировании констант соединены с управляющими входами блока умножения, интегратор, два нуль-органа, два элемента И и регистратор. отличающийся тем, что , с целью повьццейия точности измерений, в него дополнительно введены второй интегратор, комбинационный cyNBviaTop, два ключа, три триггера и делитель напряжения, причем ключи включены между выходом блока умножения и входом интеграторюв, выход первого из которых подключен к регистратору и к делителю напряжения, управляющие входы обоих ключей соединены с выходами первого триггера, один из которых соединен также с управляющим входом комбинационного сумматора, включенного между выходами старших разрядов счетчика и вхо дами старяиих разрядов блока формирования констант, выходы делителя напряжения и второго интегратора подключены ко входам обоих нуль-органов вглходы которых соединены со входами второго и третьего триггеров г другие входы которого соединены с выходом формирователя, связанного также с управляющими входами обоих интеграторов и с одним из входов первого триггера, другой вход которого подключен к выходу умножителя частоты, инверсные выходы второго и третьего триггеров подключены через первый элемент И к первому входу счетчика, а прямой выход третьего триггера через второй элемент И соединен.со вторымвходом счетчика, выход преобразователя кода в число галпульсов соединен с соответствугацими входами второго и третьего триггеров и обоих элементов И. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 432411, кл. G 01 R 23/12, 1974.