Устройство для измерения комплексных огибающих гармоник сигналов

 

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения действительной и мнимой составляющих комплексных огибакщих или амплитуд и начальных фаз гармоник сигналов изменяющимися во времени параметрами. Цель изобретения - повьпнение точности и расиш-. рение частотного диапазона измеряемых сигналов. Устройство содержит цифровой генератор 1 ортогональных синусоидальных сигналов, вспомогательные цифроаналоговые блоки 2 и 3 умножения , интеграторы 4 и 5, функциональный преобразователь 6, блок 7 регистрации , цифроаналоговый блок 8 умножения , умножитель 9 частоты, счетчик 10, преобразователь 11 кода. Цифровой генератор 1, вспомогательные цифроаналоговые блоки 2 и 3 умножения и интеграторы 4 и 5 составляют блок выделения ортогональных синусоидальных сигналов. Для достижения.поставленной цели в устройство введены счетчик 10 и преобразователь 11 кода. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. I (О

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) А (50 4 G 01 R 23/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИР

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3751961/24-21 (22) 12.06.84 (46) 07.04.86. Бюл. Ф 13 (71) Институт электродинамики

АН УССР (72) О.Л.Карасинский (53) 62 1.317.757(088.8) (56) Мирский Г.Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов. — М.: Энергия, 1972, рис. 5-3, с. 243-246.

Авторское свидетельство СССР

N- 970256, кл. G 01 R 23/00, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ ОГИБАК(ЦИХ ГАРМОНИК СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения действительной и мнимой составляющих комплексных огибающих или амплитуд и начальных

\ фаз гармоник сигналов изменяющимися во времени параметрами. Цель изобретения — повьляение точности и расши-. рение частотного диапазона измеряемых сигналов, Устройство содержит цифровой генератор 1 ортогональных синусо- идальных сигналов, вспомогательные цифроаналоговые блоки 2 и 3 умножения, интеграторы 4 и 5, функциональный преобразователь 6, блок 7 регистрации, цифроаналоговый блок 8 умножения, умножитель 9 частоты, счетчик 10, преобразователь 11 кода. Цифровой генератор 1, вспомогательные цифроаналоговые блоки 2 и 3 умножения и интеграторы 4 и 5 составляют блок выделения ортогональных синусоидальных сигналов. Для достижения. поставленной цели в устройство введены счетчик 10 и преобразователь 11 кода.

1 3 ° II ф-Jlbl > 1

1223158

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения действительной и мнимой составляющих комплексных огибающих или амплитуд и начальных 5 фаз гармоник сигналов с изменяющимися во времени параметрами.

Цель изобретения — повышение точности и расширение частотного диапазона измеряемых сигналов. 10

15 нен с входом знакового разряда преобразователя 11 на нечетных периодах

25

35

50

На чертеже представлена функциональная схема устройства для измерения комплексных огибающих сигналов.

Устройство содержит цифровой генератор 1 ортогональных синусоидальных сигналов, вспомогательные цифроаналоговые блоки 2 и 3 умножения, интеграторы 4 и 5, а также функциональный преобразователь 6, блок 7 регистрации, цифроаналоговый блок 8 умножения, умножитель 9 частоты, счетчик 10 и преобразователь 11 кода. Входная шина устройства соединена с сигнальным входом блока 8 умножения, выход которого соединен с сигнальными входами вспомогательных блоков 2 и 3 умножения, выходы которых соединены с сигнальными входами интеграторов 4 и 5, выходы которых соединены с функциональным преобразователем 6, который соединен с сигнальным входом блока 7 регистраций.

Кроме того, входная шина устройства соединена с входом умножителя 9 частоты, выход которого соединен со счетным входом счетчика 10 и входом синхронизации генератора 1. Выходы разрядов счетчика 10 соединены с входами преобразователя 11 кода, выходы которого соединены с управляющими входами блока 8 умножения, а выходы генератора 1 — с управляющими входами блоков 2 и 3 умножения.

Выход переполнения счетчика 10 соединен с входами начальной установки интеграторов 4 и 5 и генератора 1, а также с входом запуска блока 7 регистрации. Емкость счетчика 10 равна удвоенному значению коэффициента умножения частоты умножителя 9 частоты. Преобразователь 11 кода преобразует входной код в дополнительный код, и его знаковый разряд подключен к выходу старшего разряда счетчика 10. Цифровой генератор 1, вспомогательные цифроаналоговые блоки 2 и 3 умножителя, интеграторы 4 и 5 составляют блок 12 выделения ортогональных синусоидальных сигналов.

Длительность одного цикла измерения комплексной огибающей одной из гармоник равна удвоенному периоду первой гармоники входного сигнала.

Период Т первой гармоники входного сигнала 0 (6) делится в умножителе частоты 9 на N частей. Входные импульсы умножителя 9 частоты, период следования котобых равен Т/й поступают на счетный вход счетчика 10.

Емкость счетчика 10 равна 2N. Так как старший разряд счетчика 10 соедивходного сигнала, когда состояние старшего разряда счетчика 10 равно нулю, код h на входе преобразователя 11 принимает значения п/N на выходе преобразователя 11 (деление производится путем переноса запятой), а на четных периодах входного сигнала, когда состояние старшего разряда счетчика равно единице, код и его младших разрядов преобразуется в код (Н-и)/ N на выходе преобразователя 11.

Выходные коды генератора 1 при измерении комплексной огибающей К вЂ” и

1гармоники входного сигнала g (<) после h --го импульса умножителя 9 часЫ тогы Равны c>s "и и 6;о — Эти

N N коды поступают на входы вспомогательных блоков 2 и 3 умножения соответственно. Номер измеряемой гармоники 1 задается при помощи кода К на входах управления генератора 1.

Номер и выходного импульса умножителя 9 частоты отсчитывается от начала периода.

Входной сигнал 0 (4 ) проходит через блоки 8, 2 и 3 умножения на сигнальные входы интеграторов 4 и 5, интегрирование в которых происходит в течение двух периодов входного сигнала. В конце этого интервала времени выходные сигналы интеграторов 4 и 5, равные соответственно действительной a „ и мнимой b„ сос— тавляющим комплексной огибающей К-й гармоники, поступают в функциональный преобразователь 6, в котором определяется значение огибающей К-й гармоники в текущий момент времени, например, путем извлечения корня квадратного из суммы квадратов составляющих а„ и 1„, 1223158 т т

1 е(— n,— (»+>1 > ->1

20

Если положить

Вке, К и, 1/Зк

-16к

Яке, К<0

А ке, k Q, Зо Д„= -) > - к

Аке, К О.

/ (2) 0„ф=A„+e„t, где

А„=А е ", В„= В> е

2 il

Й)= — K

Пусть во входном сигнале есть толь45 ко. одна 6 -я гармоника Я >1 1 а 2 2J> измеряется К-я гаромника, т.е. (7) 50

» (T Т

N pN >И " >

1 > >tE n » — (»+1) >>=-N ... -1

í t)**

» 1т т

1--,te.(— n,— (+>l .0 ... и1 (3)

° -„, 55

В конце второго периода входного сигнала на выходе переполнения счетчика 10 появляется сигнал, который запускает блок регистрации 8, и устанавливает в исходное состояние интеграторы 4 и 5 и генератор 1, При этом в блок 7 заносится информация о параметрах комплексной огибающей

К-й гармоники, а интеграторы 4 и 5 и генератор 1 подготавливаются к новому циклу измерения.

Законы изменения гармоник 0 „(т,) входного сигнала 11 (4) в интервале времени (-т, T) длительность котоРого Равна 2Т, могУт быть аппРоксимированы линейными законами. Тогда в этом интервале времени входной сигнал описывается зависимостью

Ц(1 5 (Аксо5 — „,+о,к) Вк со& К,+)к (1) где Д „- амплитуда, к — угол сдвига фазы постоянной составляющей К-й гармоники. сигнала, Р>„- скорость изменения, Рк угол сдвига фазы линейно изменяющейся составляющей К-й гармоники сигнала.

Тогда комплексная огибающая К-и гармоники в этом интервале времени описывается линейной функцией а мгновенное значение Uz(t) в середине указанного интервала равно 0к(о) =

= "к.

Длительность одного цикла. измерения равна двум периодам входного сигнала. Можно принять середину этого

)интервала времени за начало, отсчета, тогда номера импульсов умножителя 9

-частоты в первом периоде цикла работы устройства имеют отрицательные значения и изменяют от — Й до — 1, а во втором от 0 до (К-1). Тогда на вход блока 8 умножения поступает код, равный а на входы блоков 2 и 3 умножения коды co& Kn» Sin — Kn npu

Результаты измерения (выходные сигналы интеграторов 4 и 5) анализи,руется как комплексное число

Тогда в блоке 12 выделения ортогональных составляющих входной сигнал умножается на комплексные коэффициенты. 2%а

2 >> . 2- -1 — К>> (1) со6 Xn-) 6>>> — Kк> =е

1>(1,1 к> т т (" (> 11,»=-й, „N< {5) Входной сигнал (1) выглядит как

ЩЦ +1А еи. 1-. 1к -) «Tkt

В 3 Рк ) «тк И -1Р„-) 2>>И оке то входной сигнал {1) принимает вид

В соответствии с изложенным принципом действия устройства величина С„ равна с„=,- u(t) H«) v(t) dt (8)

1(-т

После подстановки (7), (3) и (5) в выражение (8) получают

13?3158 т — (ni<)

Формула изобретения

-n т

- (и+1) т и.;,е и— f5

Н jiiE/н

C„= иЦ е

О, 1 к, т.е. результат измерения зависит .только от значения комплексной огиба- 20 ющей К-й гаромники (6) в середине цикла измерения. При этом существуют методические амплитудная и фазовая погрешности, которые характерны для всех анализаторов подобного вида, в которых Л)(1) задается в виде "ступенчато" изменяющейся функции. Первая погрешность при достаточно боль— шом N пренебрежимо мала, а фазовую погрешность можно легко устранить переносом начального момента времени на величину 4 /28.

Таким образом, устройство позволяет повысить точность, так как подключение управляющих входов блок 8 умножения через преобразователь 11 кода и счетчик 10 к выходу умножителя 9 частоты обеспечивает линейность изменения сигнала (2) Н(), синхро— низацию с частотой входного сигнала, 40 синхронизацыо запуска блока 1 в момент начала возрастания сигнала H(4).

Одновременно расширяется частотный диапазон входных сигналов, так как длительность "ступенек" в сигнале

Н(1), равная (/N, пропорциональна

45 периоду входного сигнала. Достигнутый положительный эффект позволяет измерять высшие гармоники сигнала, амплитуды которых не превышают долей

Состав

Редактор Е.Папп Техред

Заказ 1708/48 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Ужгород, ул.Проектная, 4 — (е ен(„)t. е д( т — п

М

Вычисление определенного интеграла (9) дает процента от амплитуды первой гармоники.

1. Устройство для измерения комплексных огибающих гармоник сигналов; содержащее цифроаналоговый блок умножения, умножитель частоты, два вспомогательных цифроаналоговых блока умножения, выходы которых соединены с сигнальными входами интеграторов, и цифровой генератор ортогональных синусоидальных сигналов, выходы которого соединены с управляющими входами вспомогательных цифроаналоговых блоков умножения, выходы интеграторов соединены с двумя входами функционального преобразователя, выход которого соединен с сигнальным входом блока регистрации, входная шина устройства соединена с входом синхронизации цифрового генератора ортогональных синусоидальных сигналов и сигнальным входом цифроаналогового блока умножения, выход которого соединен с сигнальными входами вспомогательHbIx цифроаналоговых блоков умножения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения частотного диапазона, в него введены счетчик и преобразователь кода, выходы которого соединены с входами управления цифроаналогового блока умножения, а входы — с выходами разрядов счетчика, счетный: вход которого подключен к выходу умножителя частоты, а выход переполнения соединен с входами начальной ус1

:тановки интеграторов и цифрового генератора ортогональных синусоидальных сигналов и входом запуска блока регистрации.

2. Устройство по п. 1, о т л ич ающе е с я тем, что емкость счетчика равна удвоенному коэффициенту умножения частоты умножителя частоты. итель С.Лебедев

И.Попович Корректор С.Шекмар