Анализатор спектра

 

АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА, содержащий преобразователь код - напряжение , умножитель, частоты, блок формирования констант, комбинационный сумматор, счетчик и блок вычисления и индикации, причем .вход устройства подключен к умножителю частоты и Преобразователю код - напряжение , управляющие входы которого через блок формирования констант связаны с выходами комбинационного . сумматора ,отличаю-щийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него введены накапливающий сумматор, распределитель импульсов и последовательно соединенные преобразователь . напряжение - код, второй комбинационный сумматор и запоминающий элемент , выходы которого соединены с первым входом блока вычисления и индикации, при этом выход преобразователя код -;.напряжение подключен к входу преобразователя напряжение - код, вторые входы -второго комбинационного сумматрра соединены с выходами запоминакндего элемента, выход умножителя частоты через распределитель импульсов и счетчик связан с вторым входом блока вычисления Q S . и индикации и первым входом накапливающего сумматора, выходы которого СО соединены с входами первого комбинационного сумматора, второй вход с которого связан с вторым входом запоминающего элемента и вторым выходом счетчика, выходы распределителя импульсов подключены к управляющим. входам преобразователя напряжение код , запоминающего элемента и накапливающего сумматора. 00 со со --j со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(5п G 01 R 23/16 фл .! ., г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ (21) 3422856/18-21 (22) 25.02.82 (46) 07.08.83. Бюл. Р 29 (72) В.В.Брайко, И.П.Гринберг, В.Е.Ефремов, О.Л.Карасинский, С.Г.Таранов и P.Á.Õóñèä (71) Институт электродинамики AH украинскбй ССР (53) 621.317 ° 757 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2899825/21, кл. G 01 R 23/16, 28..03.80. (54) (57) АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА, содержащий.преобразователь код - напряжениб, умножитель частоты, блок формирования констант, комбинационный сумматор, счетчик и блок вычисления и индикации, причем .вход устройства подключен к умножителю частоты и преобразователю код — напряжение, управляющие входы которого через блок формирования констант связаны с выходами комбинационного . сумматора, о т л и ч а ю.шийся тем, что, с целью повьыения точности и быстродействия, в него введе„„SU„„1033979 А ны накапливающий сумматор, распределитель импульсов и последовательно соединенные преобразователь напряжение — код, второй комбинационный сумматор и запоминающий элемент, выходы которого соединены с первым входом блока вычисления и . индикации, при этом выход преобразователя код †;напряжение подключен к входу преобразователя напряжение — код, вторые входы ..второго комбинационного сумматора соединены с выходами запоминающего элемента, выход умножителя частоты через распределитель импульсов и счетчик связан с вторым входом блока вычисления . и индикации и первым входом накапли- щ.

Ф вающего сумматора, выходы которого соединены с входами первого комбинационного сумматора, второй вход которого связан с вторым входом запоминающего элемента и вторым выходом счетчика, выходы распределителя Я импульсов подключены к управляющим входам преобразователя напряжение — рачий код, запоминающего элемента и накап- ливающего сумматора.

С Э

1033979

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения косинусных и синусных составляющих или амплитуд и начальных фаз гармоник периодических сигналов. 5

Известен анализатор спектра, который содержит преобразователь код— напряжение, умножитель частоты, блок формирования констант, счетчик, ключи, комбинационный сумматор, блок вычисления и индикации, причем вход устройства подключен к умножителю частоты и преобразователю код-напряжение, управляющие входы которого через. блок формирования констант связаны с выходами комбинационного сумматора (13

К недостаткам известного устройства относятся во-первых, низкая точность, обусловленная аддитивными пбгрешностями интеграторов и влияние высших гармоник, так как значение ко- 0 эффициента умножения частоты И ограничено сверху длительностью стробирующих импульсов на ключи и временем преобразования.кода в,число импульсов преобразователем (коэффициент умножения частоты И не может быть больше отношения длительности периода входного сигнала Тх к сумме,времени длительности переходных процессов в ключах и времени преобразо вания кода в число импульсов,практически И 60 при частоте основной гармоники 50 Гц J, во-вторых, недостаточное быстродействие (длитель-ность цикла измерения при самых не- 35 . благоприятных начальных условиях равна T N/2). Это затрудняет использование известного устройства для измерения гармоник сигнала, у кото", рого амплитуда и углы сдвига..фазы 40 изменяются во времени.

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия устройства. .. Поставленная цель дбстигается тем, что в анализатор спектра содержащий 45 . преобразователь код — напряжение, умножитель частоты, блок формирования конс". тант.,комбинационный сумматор, счетчик и блок вычисления и индикация, причем вход устройства подключен к умножителю частоты и преобразователю коднапряжение, управляющие входы которого через блок формирования констант связаны с выходами комбинационного сумматора, введены накапливающий сумматор, распределитель HM.пульсов и последовательно соединенные преобразователь напряжениекод, второй комбинационный сумматор, и запоминающий элемент, выхо.ды которого соединены с первым 60 входом блока вычисления и индикации, при этом выход преобразователя код"- напряжение подключен к входу преобразователя напряжение код, вторые входы второго комбина- 65 ционного сумматора соединены с выходами запоминающего элемента, выход умножителя частоты через распределитель импульсов и счетчик связан:.с вторым входом блока вычисления и индикации и первым входом накапливающего сумматора, выходы которого соединены с входами первого комбинационного сумматора, второй вход которого связан с вторым входом запоминающего элемента и вторым выходом счетчика, выходы распределителя. импульсов подключены к управляющим входам преобразо.-., вателя напряжение — код, запоминающего элемента и накапливающего. сумматора.

На чертеже приведена блок-схема анализатора спектра.

Входная шина подключена к последовательно соединенным преобразователю .1 код - напряжение (ПКН), преобразователю 2 напряжение †к, (ПНК ), комбинационному сумматору 3, запоминающему элементу 4, блоку 5 вычисления и индикации, состоящему из вычислительного блока б и блока

7 индикации, причем выходы запоминающего элемента 4 связаны с вторыми входами сумматора 3. Входная шина подключена также через последовательно соединенные умножитель 8 . частоты, распределитель 9 импульсов и счетчик 10 к входу запуска вычислительного блока 6. Накапливающий сумматор 11 через комбинационный сумматор 12 и блок 13 формирования констант связан с управляющими входами ПКН 1. Вход установки в нуль сумматора 11 подключен к выходу счетчика 10, а управляющий вход сум матора 12 и адресная шина запоминающего элемента 4 связаны с выходом первого триггера счетчика 10.

Выходы распределителя 9 импульсов соединены с управляющими входами

ПНК 2, запоминающего элемента 4 и сумматора 11..

Устройство .работает следующим образом.

Один цикл работы устройства ао-. ответствует одному периоду Т входного сигнала U, который поступает на входы ПКН 1 и умножителя 8 частоты. Работа устройства синхронизируется выходными импульсами умножителя 8 частоты, период следования которых равен Тх/N, где

N - коэффициент умножения час» тоты. Эти импульсы поступают на распределитель 9 импульсов, кото рый формирует импульсы, синхронизирующие запуск IIHK 2, запись в запоминающий элемент 4, моменты суммирования сумматора 11. Распределитель 9 формирует также им пуяьс, поступающий на счетный вход счетчйка 10, емкость которого равI

1033979

Тираж 710 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä,óë.Ïðîåêòíàÿ,4 на Й . Импульс переполнения счетчика 10 сбрасывает сумматор 11 в состояние "0" и запускает вычислительный блок б.

На управляющие входы сумматора

11 подается код К, соответствующий номеру измеряемой гармоники напряжения U> .. После ;n-ro выходного импульса умножителя 8 частоты выходной код сумматора 11 равен!

ñ =

Этот код поступает через сумматор 12 на адресные шины блока 13.

Логическая единица на управляющем входе сумматора 11 увеличивает его выходной код на величину М/4.

Так как управляющий вход сумматора 11 соединен с первым триггером счетчика 10, то после"четных выходных импульсов умножителя 8 частоты на вход блока 13 подается код

Nod (пк), а после нечетных импульcoI3 - код п10д» (nK+ Й/4) °

Блок формирования констаит генерирует на выходе коды з1п — q,, ко2У торые определяются кодом „ йа его. адресных шинах. Следовательно, при четном h на его выходе будут коды

Sin + ï k, а при нечетном и - коды

cas 7 и к, которые поступают на

hf

ПКН 1 и определяют его коэффициент передачи в каждом моменте времени.

Выходное напряжение ПКН 1, пропорциональное:произведению напряжения U и кода на входах ПКН 1, поступает на ПНК 1 и преобразуется в ко

2Т(О. gin — п% п= п ° . П

Хп 230„, «з — N п1с, n=Zm+<; ! где 0„ — мгновенное значение вход" ного йапряжения в момент и -го такта и запуска ПНК 2, »п =0,1...;, — -1.

Коды Х„ с выхода ПНК 2 йоступают на сумматор 3, на другие входы которого выводится содержимое ячейки "0" при и = 2m или ячейки "1" при

p - =2m+ 1 запоминающего устройства 4. Результат суммирования с выхода сумматора 3 заносится в ту же ячейку элемента 4. Адрес ячейки определяется состоянием первого триггера счетчика 10.

В конце периода Т„ в ячейках элемента 4 будут коды синусной Вк и косинусной q, составляющих К-й гармоники напряжения О,», которые равны †-»

2 к- 2»п я

2л

m=o

ВНИИПИ Заказ 5619/49 и о

--1 с» =? U cos — (2m++<1

2Р

К >n +1 Й !

Коды 8 и c»„выводятся в вычислик

5 тельный блок 5, который запускается импульсом переполнения счетчика 10.

При этом ячейки запоминающего эле.мента 4 обнуляются, а в блоке 5 вычисляются амплитуда и начальная 0 фазэа k --й гармоники к к к к. к Вк

LI = a +Ь,М =c»rctg — i которые затем индицируются блоком б °

Работа вычислительного блока 5 и

15 определение составляющих ц к и В „происходят одновременно. Поэтому результаты измерения можно получать на каждом периоде.

Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом позволит повысить точность измерения гармоник в 3-5 раз, так как, во-первых, более точно определяются косинусные и синусные составляющие гармоники (отсутствуют специфические погреш« . ности аналоговых интеграторов и клю чей ), а во-вторых, можно увеличить коэффициент умножения частоты N на . порядок (величина hl должна. удовлетворять условию N с ТК/ Епр, где 1пвремя преобразования ПНК 2, практйчески величина N может быть равной

800-1600 ), .что уменьшает случайную составляющую погрешности в PN раз, и уменьшает влияние высших гармоник . (влияние оказывают гармоники с номерами -выше И/2);кроме этого, время измерейия сократится до одного периода сигнала Т (в прототипе длительность измеренйя равна Ткй/2

40 В качестве базового объекта выбран третьоктавный анализатор спек.тра Ф4325. По сравнению с базовым объектом предлагаемый анализатор спектра имеет более высокое быстродействие и более высокую точность (погрешность анализатора Ф4325 равна 1,5 дБ, что соответствует относительной погрешности 204, а его быстродействие определяется длительностью переходных процессов в третьоктавных фильтрах ). Кроме это- . го, предлагаемое устройство имеет лучшую разрешающую способность по высшим гармоникам.

Таким образом, благодаря введению новых узлов и соответствующих связей, удается повысить точность и быстродействие измерения гармоник.

Изобретение реализовано в макете измерителя коэффициента несинусоидальности и уровня-высших гармоник в промышленных сетях.