Устройство для измерения параметров периодического сигнала

 

Изобретение относится к радиоэлектронике . По сравнению с авт.св. № 758534 повьшается точность измерения путем синхронизации максимально Приведенной по амплитуде гармоникой сигнала. Устр-во содержит АЦП 1, сум матор 2, анализатор параметров 3, блок 4 памяти, фазовьй детектор (ФД) 5,-фильтр 6, г-р 7, три делителя 8, 9 и 10 частоты (ГДЧ) и переключатель Vn) 13. На вход цепи фазовой автоподстройки частоты, состоящей из ФД 5, фильтра 6, г-ра 7 и ДЧ 8, через П 13 поступает либо с входа 11 периодический сигнал, параметры которого измеряются, либо с входа 12 внешний синхронизирующий сигнал, частота которого равна частоте периодического сигнала. В зтой цепи осуществляется слежение за частотой любой из гармоник периодического сигнала, после чего сигнал с выхода 7 делится по частоте и поступает на управляющие входы АЦП 1 и блока 4 памяти, с помощью которых производится дискретизация измеряемого периодическо (Л го сигнала. После накопления сигнала за N периодов информация с выхода сумматора 2 поступает на вход анализатора параметров 3. Цель достигается введением ДЧ 9 и 10 и П 13. 1 ил. 5 N9 О5 4 СО СП

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (58 4 Н 04 В 3 46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ. КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 758534 (21) 3716328/24-09 (22) .29.03..84 (46) 15.10.86. Бюл. 9 38 (72) А.С.Чабан, В.Е.Демченко и Л.К.Золотков (53) 621.396.664 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 758534, кл. Н 04 В 3/46, 1978. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПЕРИОДИЧЕСКОГО СИГНАЛА (57) Изобретение относится к радиоэлектронике. По сравнению с авт.св.

Р 758534 повышается точность измерения путем синхронизации максимально приведенной по амплитуде гармоникой сигнала. Устр-во содержит АЦП 1, сум- матор 2, анализатор параметров 3, блок 4 памяти, фазовый детектор (ФД)

5,. фильтр 6, r-p 7, три делителя 8, 9 и 10 частоты (ДЧ) и переключатель

„„SU„„1264350 А 2

1,П) 13. На вход цепи фазовой автоподстройки частоты, состоящей из ФД

5, фипьтра 6, г-ра 7 и ДЧ 8, через

П 13 поступает либо с входа ll периодический сигнал, параметры которого измеряются, либо с входа 12 внешний синхронизирующий сигнал, частота которого равна частоте периодического сигнала. В этой цепи осуществляется слежение за частотой любой иэ гармоник периодического сигнала, после чего сигнал с выхода г-ра 7 делится по:частоте и поступает на управляющие входы АЦП 1 и блока 4 памяти,. с помощью которых производится дис- с кретиэация измеряемого периодического сигнала. После накопления сигнала за N периодов информация с выхода сумматора 2 поступает на вход ана- ( лизатора параметров 3. Цель достигается введением ДЧ 9 и 10 и П 13. 1ил.

Овей

1264350

y(t) = x(t) + n(t) где-.Т=1/f (t) — текущее значение периода сигнала x(t) . (2) 3а каждый период сигнала формиру40 ется М „ выборочных значений сигнала, ики значения фазовых углов между которыа ми

Изобретение относится к радиоэлектронике, может быть использовано для измерения параметров периодических сигналов с флуктуирующим периодом (кваэипериодических), принимаемых на фоне шумов, и является усовершенствованием изобретения по авт.св.

Ф 758534.

Цель изобретения — повышение точности. измерения путем синхронизации максимально приведенной йо амплитуде гармоникой сигнала.

На чертеже представлена структурная электрическая .схема устройства ., для измерения параметров периодического сигнала.

Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1, сумматор 2, анализатор 3 параметров, блок

4 памяти, фазовый детектор 5, фильтр

6, генератор 7, первый делитель 8 частоты, второй делитель 9 частоты, выполненный с регулируемым коэффициентом деления, третий делитель 10 частоты и соединеттный с входом 11 устройства и входом 12 синхронизации устройства переключатель 13.

Устройство для измерения параметров периодического сигнала работает следующим образом.

Пусть на вход 11 устройства поступает аддитивная смесь y(t) полезного сигнала х(t) и шума п(t): где x(t) — периодический сигнал с флуктуирующим периодом

М

x(t) = A sin(m2ITf, (t)t+ P ), fn-- где f (t) — частота первой гармон

1 периодического сигнал (является случайной функцией вермени со средним значением f„);

М вЂ” количество гармоник периодического сигнала, А 1 Ч вЂ” амплитуда и фаза m-й гармоники периодического сигнала ..

Цепь ФАПЧ, состоящая из последовательно соединенных фазового детекто" ра 5, фильтра 6, генератора 7 и первого делителя 8 частоты, служит для слежения за частотой любой из гармоник периодического сигнала. На вход цепи ФАПЧ через переключатель 13 поступает с входа Il. периодический сигнал, параметры которого измеряются или с входа 12 внешний синхронизирующий сигнал, частота которого равна частоте периодического сигнала. При этом выходное колебание генератора

7 синхронизировано по фазе с принимаемым сигналом x(t), а частота колебаний в шМ, раз больше частоты f, первой гармоники принимаемого сигнала: !

f,=mNf (3) где М вЂ” число точек дискретизации

1 сигнала x(t) за период (согласно теореме Котельникова

М„ 2M);

m — - номер гармоники сигнала, используемой для синхронизации.

Коэффициент деления делителя 8

20 частоты К, = М,, т.е. для синхронизации используется m-я гармоника сиг нала частотой Е = /К,=тГ,.

Частота сигнала на выходе второго делителя 9 частоты, коэффициент деления которого K =m

f = — -т-- = М f

{4)

2 К . 1 1 2

Сигнал с выхода делителя 9 частоты поступает на управляющи входы

АЦП I и блока 4 памяти,,благодаря чему производится дискретизация сигнала y(t) в моменты

1=1 2 И

Т (5)

Э Ф Э » 1Э

+. - =2 и -- т — = 2 11 ---- (6)

Т М

45 при изменении периода Т полезного сигнала x(t) остаются постоянными.

Частота сигнала на выходе третье г o делителя 10 частоты, коэффициент деления которого К = М

f = " †- f

f< (7) ь - М, Этот сигнал используется для сброса в нулевое состояние счетчика адресов блока 4 памяти в начале каждого периода Т. сигнала.

Сумматор 2 складывает значения сигнала, постуттающие из АЦП I в мо12643 (12) А

В = —.— - — — = макс (13) Jm N

Фо рмула менты t .. соответствующие одним и

I тем же фазовым углам периода сигнала

x(t), что устраняет нестационарность процесса, обусловленную флуктуацией частоты сигнала x(t) за время изме- 5 рения.

После каждого цикла измерения, равного одному периоду сигнала, накопленные за предыдущие периоды значения сигнала заносятся в блок 4 памяти. При новом цикле измерения зна" чения сигнала, поступающие из АЦП 1 и, соответствующие фазовым углам «Р.

I складываются со значениями, хранящимися в блоке 4 памяти и соответствую-<5 щие также углам М; .

Количество усредняемых периодов

N зависит от заданной точности измерения параметров сигнала x(t) и отношения сигнал/шум на входе устройства,. 20 которое после накопления увеличивается в И раз (по мощности).

После накопления сигнала за И периодов информация с выхода сумматора

2 поступает на вход анализатора 3 па- 5 раметров .

Для синхронизации используется одна из гармоник сигнала, амплитуда кокоторой максимальна. Полоса пропускания ЬР, эквивалентного следящего 30 фильтра, а также фильтра 6 при синхронизации от первой гармоники сигнала

x(t) удовлетворять условию: вг,>ГУГБ, (8) З5 где .: Р— максимальное значение моду лирующей частоты (скорость изменения частоты сигнала);

D " индекс (глубина) модуляции.

Согласно выражению (8) при синхронизации от ш-й гармоники сигнала аР )ш Ы", -шЯ Я,, (9)

При увеличении полосы пропускания фильтра 6 ухудшается отношение сигнал/шум о1 для систем синхрониза ,ции, пропорциональное величине поло«сы пропускания, %

Ы ж — ---- 1

А, (1О)

Р„, . где P — мощность. à в полосе

" и пропускания- аР

Для шума с равномерной спектраль- 5 ной плотностью N ..

50 4 тогда с учетом выражения (1О)

2 т

A А т Л аГ N тл Г, ° N

Для синхронизации необходимо,использовать ту гармонику сигнала, для которой значение cd м аsкxсcи м аsл ь н оo, т.е. с учетом выражения (12) необходимо использовать гармонику, для которой приведенная амплитуда В максимальна:

Результаты аналитического и экспериментального исследований .систем

ФАПЧ показывают, что при d.> 9 дБ величина флуктуации фазы синхронизирующего сигнала обратно пропорциональна величине < . Следовательно, если приведенная амплитуда v .- и гармоники

В„ больше приведенной амплиТуды первой гармоники В,= А,/ Н, то точность измерения параметров периодического сигнала повышается в В /В, pas. С

«учетом выражения (1 3) для случая белого шума (N =N =const) точность иэ1 «ъ мерения повышается в А /,Я ° А, раз.

Например, если для синхронизации используется энергия второй гармоники сигнала, амплитуда которой А =2A,, точность измерения увеличивается в Г2 раз.

Коэффициент деления К частоты делителя 9 выбирают следующим образом.

Сначала устанавливают значение К =1, выделяют из шума периодический сигнал, в анализаторе 3 параметров измеряют амплитуды А гармоник сигналов, после чего вычисляют отношения

А 7 / . Коэффициент К равен тому значению m, при котором это отношение максимально. Значение спект-.:, ральной плотности шума И в области частот ш-х гармоник периодического. сигнала определяют следующим образом. Устройство настраивают на частоту f, несколько большую (или меньшую) частоты f, сигнала, в результате чего на выходе устройства присутствует только шум, спектральную плот- ность N которого измеряют при помо-. щи анализатора 3 параметров. изобретения

P . N apA

Устройство для измерения параметров периодического сигнала по авт.св.

1264350

Составитель А. Сеселкин

Редактор А.Огар Техред И. Попович Корректор А.Тяско

4»

Заказ 5576/58 Тираж 624... Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r..Ужгород, ул.Проектная,4

5 9 758534, о т л и ч а ю щ е е с я

,тем, что, с целью повышения точности измерения путем. синхронизации максимально приведенной по амплитуде гармоникой сигнала между выходом генератора и управляющим входом аналого-цифрового преобразователя включен введенный второй делитель частоты, выход которого подключен к первому управляющему входу блока памяти и через введенйый третий делитель частоты к второму управляющему входу . блока памяти, а между сигнальным вхо дом аналого-цифрового преобразователя и первым входом фазового детек-. тора включен введенный переключатель, другой вход которого является входом синхронизации устройства.