Устройство для определения интегральных характеристик гармонического сигнала Советский патент 1982 года по МПК H03K13/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в специализированной аппаратуре для определения интегральных характеристик гармонического сигнала.

Известно устройство для опреде- ления интегральных характеристик гармонического сигнала, содержащее усилитель постоянного тока, выходы которого через два блока сравнениясоединены со входами элемента ИЛИ и первого триггера, выход которого соединен с входом указателя полярности , причем выход элемента ИЛИ через последовательно соединенные второй триггер, ключ и счетчик импульсов соединен с выходом блока задержки, вход которого соединен с выходом блока управления, управляющим входом второго триггера и входом генератора пилообразного напряжения, выход которого соединен с опорными входами блоков сравнения 1.

Известно также устройство для определения интегральных характеристик гармонического сигнала, содержащее генератор импульсов, выход: которого соединен с первыми входами:.

аналого-цифрового преобразователя и измерителя отношения 2.

Недостатком известных устройств является низкое быстродействие.

Цель изобретения - повышение быстродействия.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для определения ; интегральных характеристик гармони10ческого сигнала, содержащее генератор импульсов, выход которого сое- . динен с первыми входами аналого-цифрового преобразователя и измерителя отношения частот, введены формирова15тель импульсов, счетчик импульсов, управляемый делитель частоты и управляемый генератор частоты, пер- вый вход которого соединен с выходом генератора импульсов и первым входс1м

20 формирователя импульсов, выход котсзрого через счетчик импульсов соединен с вторым входом управляемого генератора частоты, выход которого соединен с первой входной шиной уп25равляемого делителя частоты и вторым входом измерителя отношения частот, третий вход которого через управляемый делитель частоты соединен с выходом аналого-цифрового пре30образователя, второй вход которого ; соединен с вторым входом формирователя И1 шульсов. Упоавляемый делитель частоты выполнен на триггере и элементе И-ИЛИ, первый вход которого -соединен с входом триггера, выход которого соединен с вторым входом элемента И ИЛИ, третий вход которого соединен с первой входной шиной управляемого делителя частоты, вторая входная шина которого соединена с входом триггера Измеритель отношения частот выпол нен на делителе частоты, вход которого соединен С первым входом измерителя отношения частот, а выход через блок управления с первым входо элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с вторым входом измерителя отношения частот, а выход - с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с третьим входом измерителя отношения частот,- а выход - с входом счетчика импульсов. Кроме того,управляемый генератор частоты выполнен на счетчике импульсов, э1ьементе ИЛИ и элементе И, первый вход которого соединен с первым входом управляемого генератора частоты, а выход - с первым входом счетчика импульсов, второй вход которого Соединен с вторым входом управляемого генератора частоты, а выход - через элемент ИЛИ с вторым входом элемента Ии с выходом управляемого генератора частоты. На фиг.1 дана структурная электрическая схема устройства, на фиг.2график вида весовой, функции, реализованной устройством, и два спектра. Устройство содержит аналого-цифро вой преобразователь 1, управляемый делитель 2 частоты, измеритель 3 отношения частот, измеритель 4 периода сигнала, управляемый генератор 5 час тоты, -генератор б импульсов, триггер 7, элемент И-ИЛИ 8, элемент И 9, сче чик 10 импульсов, формирователь 11, счетчик 12. импульсов, элемент И 13, счетчик 14 импульсов, элемент ИЛИ 15 делитель 16 частоты, блок 17 управле ния, элемент ИЛИ 18. . Управляемый делитель 2 частоты предназначен для деления на две частоты входных импульсов и передачи на выход одной или другой частоты по .управляющему сигналу с выхода управляемого генератора 5. Измерител 3 йредназначен для измерения отношения среднейчастоты выходных импульсов аналого-цифрового преобразов теля 1 к частоте импульсов опроса. Для реализации весовой функции введе элемент И 18, удлиняющий время счета на длительность выходного -импульса генератора 5. Измеритель 4 периода сигнала предназначен для формирования импульсов опроса, запоминающих один период входного сигнала, и их подсчета. Устройство работает следующим образом. Перед началом измерительного цикла осуществляется измерение периода сигнала Т); при помощи измерителя 4. Код периода сигнала хранится в счетчике 12. В начале измерительного цикла показание счетчика 12 передается в обратном коде в счетчик 14 генератора 5 со сдвигом на 1 или 2 разряда вправо. При этом элемент ИЛИ 15 открывается, и элемент И 13 пропускает на счетный вход счетчика 14 импульсы опроса до момента обнуления счетчика 14, когда элемент ИЛИ 15 за-крывается и закрывает элемент И 13. Длительность полученного интервала равна , гдеМе{2,4} (фиг.2с() . в конце интервала анализа Тд показание счетчика 12 снова передается в генератор 5, и цикл T,N повторяется.Сообщение весовой функции половинного веса края измерительного цикла осуществляется при помощи управляемого делителя 2. На интервалах (0; и TX ; Тд+ Tj(/N открывается вторая группа И элемента И-ИЛИ 8, и на вход измерителя 3 пропускаются выходные импульсы триггера 7, средняя частота которых вдвое меньше, чем у выходных импульсов аналого-цифрового преобразователя 1. В середине же измерительного цикла на интервале 1y/N; Т открывается первая группа И элемента И-ИЛИ 8, и частоты становятся равными. Весовая функция устройства подобна кусочно-постоянной весовой функции .. Рассмотрим спектр 6(jujj данной ве.совой cg(,t) t;Uu)( , -j-t ITT « ГХ/N .e- Xe-J x/ -MTA Tk/N) Ijujt , (ZjuJT W .,/a -ju, где F - оператор преобразования Фурье. В последнем выражении первые две дроби преобразуются по формулам Эйлера в тригонометрические функции. Экспоненциальные множители от мнимых аргументов отражают только фазовые сдвиги, в результате для модуля спек Ъа можно записать 31пЗГ Тд |GIJU)() - |cosKT |N|.(l) Первый сомножитель - известная функция отсчетов (фиг.2б. Эю спек прямоугольной весовой функции, реализуемой прототипом. Второй сомножи тель превращается В нуль на частоте /2Т)(. При определении средневыпрямленного значения следует выбрать N 2, а при определении действу щего или средневыпрямленного значен при двухполупериодном выпрямлении необходимо взять N 4, ибо частота основной гармоники пульсаций после возведения в квадрат или взятия абсолютного значения вдвое выше часто ты сигнала. Весовая функция благодаря наличию счетчика 12 адаптируется к частоте и амплитуде сигнала. Адаптация к ча тоте состоит в том, что при изменен периода сигнала Т соответственно меняется частота нуля косинусоиды (фиг. 2 в). Адаптация к амплитуде заключаетс в том, что при уменьшении формирователь 11 рано или поздно перестанет работать из-за того, что амплитуда сигнала недостаточна. В этом случаи показание счетчика 12 равно нулю, интервал превращается в нуль, и весовая функция становится прямоугольной. Порог срабатывания формиро вателя 11 всегда намного ниже предела измерения, и весовая функция (фиг.2 б) оказывается удовлетворительной. Быстродействие зависит от того, насколько точно измеряется и воспрои водится период сигнала Ту,. Формула изобретения 1. Устройство для определения ин тегральных характеристик гармоничес кого сигнала, содержащее генератор импульсов, выход которого соединен с первыми входами аналого-цифрового преобразователя и измерителя отношения частот, отличающее с я тем, что, с целью повышения быстродействия,в него введены форми рователь импульсов, счетчик импульсов, управляемый делитель частоты и управляемый генератор частоты, первый вход которого соединен с выходом генератора импульсов и первым входом формирователя импульсов, выход которого через счетчик импуль- сов соединен с вторым входом управляемого генератора частоты, выход которого соединен с первой входной шиной управляемого делителя частоты и вторым входом измерителя отношения частот, третий вход которого через управляемый делитель частоты соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого соединен с вторым входом формирователя импульсов. 2.Устройство ПОП.1, отличающееся тем, что управляемый делитель частоты выполнен на триггере и элементе И-ИЛИ, первый вход которого соединен с входом триггера, выход KOTopoio соединен с вторым вхоflOM элемента И-ИЛИ, третий вход которого соединен с первой входной шиной управляемого делителя частоты, вторая 1-л1на которого соединена с вхо дом триггера. 3.Устройство ПОП.1, отличающееся тем, измеритель отношения частот выполнен на делителе частоты, вход которого соединен с первым входом измерителя отношения частот, а выход - через блок управления с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с вторым входом измерителя отношения частот, а выход - с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с третьим входом измерителя отношения частот, а выход с входом счетчика импульсов. 4.-Устройство по П.1, отличающееся тем, что управляемый генератор частоты выполнен на счетчике импульсов, элементе ИЛИ и элементе И, первый вход, которого соединен с первым входом управляемого генератора частоты, а выход - с первым входом счетчика импульсов, второй вход которого соединен с вторым входом управляемого генератора частоты, а выход - через элемент ИЛИ с вторым входом элемента И и с выходом управляемого генератора частоты . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Шляндин В.М. Цифровые электроизмерительные приборы. М., Энергия,1972, с.152, РИС.З-47СГ. 2.МирскийГ.Н. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов. М., Энергия, 1972, с.56, рис.3-7 прототип).