Цифровой анализатор частотных характеристик линейных четырехполюсников

 

Изобретение относится к области систем автоматического контроля, управления и регулирования и может быть использовано в анализаторах частотных характеристик. Цель изобретения состоит в повышении точности , быстродействия и расширении функциональных возможностей. Цифровой анализатор частотных характеристик линейных четырехполюсников содержит генератор 1 эталонной частоты, управляемый делитель 2 частоты, цифроаналоговый преобразователь 3, подключенный выходом к исследуемому четырехполюснику 4, выпрямитель 5, преобразователь 6 напряжение - частота, элемент И 7, реверсивный счетчик 8, делитель 9 кодов, нуль-орган 10, дискриминатор II механизмов, блок 12 управления, блок 13 регистрации. Цель изобретения Достигается за счет введения блоков 5,6,8-10. 4 ил. i (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (50 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Риг. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4005274/24-24 (22) 30. 1 2. 85 (46) 07.06.87, Бюл. У 21 (72) В.Н.Чинков, В.И.Анохин, Н).А.Немшилов,и В.Н.Сердюк (53) 62-50 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 286018, кл. G 05 В 23/02, 197!.

Авторское свидетельство СССР

Р 972476, кл. G 05 В 23/02, 1982. (54) ЦИФРОВОЙ АНАЛИЗАТОР ЧАСТОТНЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК ЛИНЕЙНЫХ ЧЕТЫРЕХПОЛ!0СНИКОВ (57) Изобретение относится к области систем автоматического контроля, управления и регулирования и может быть использовано в анализаторах частотных характеристик. Цель изобретения состоит в повьппении точности, быстродействия и расиирении функциональных воэможностей. Цифровой анализатор частотных характеристик линейных четырехполюсников содержит генератор эталонной частоты, управляемый делитель 2 частоты, цифроаналоговый преобразователь 3, подключенный выходом к исследуемому четырехполюснику 4, выпрямитель 5, преобразователь 6 напряжение — частота, элемент И 7, реверсивный счетчик 8, делитель 9 кодов, нуль-орган !О дискриминатор 11 механизмов, блок

12 управления, блок 13 регистрации.

Цель изобретения достигается за счет введения блоков 5,6,8-10. 4 ил.

1315946

Изобретение относится к области систем автоматического контроля, управления и регулирования и может быть использовано в анализаторах частотных характеристик. 5

Цель изобретения — повышение точности, быстродействия и расширение функциональных возможностей.

На фиг.l приведена структурная схема цифрового анализатора частотных характеристик линейных четырехполюсников; на фиг,2 — функциональная схема дискриминатора максимумов; на фиг.3 — функциональная схема блока управления; на фиг.4 — временные диаграммы его работы.

Анализатор содержит генератор l эталонной частоты, управляемый делитель 2 частоты, цифроаналоговый преобразователь 3, четырехполюсник 4, 20 выпрямитель 5, преобразователь 6 напряжение — частота, элемент И 7, реверсивный счетчик 8, делитель 9 кодов, нуль-орган 10, дискриминатор

11 максимумов1 блок 12 управления, блок 13 регистрации.

Дискриминатор максимумов содержит делитель 14 частоты на два, элементы

И 15-18, триггеры 19-22, счетчик 23 30 и реверсивный счетчик 24.

Блок управления содержит кнопку 25 "Пуск", триггеры 26-30, элементы И 31-34, элемент ИЛИ 35, переключатель 36 измеряемой величины.

Устройство работает следующим образом.

Синусоидальное напряжение U(t) с выхода цифроаналогового преобразователя 3 подается на исследуемый четырехполюсник 4, а выходное напряжение Usb,„(t) последнего поступает на входы нуль-органа 10 а также через выпрямитель 5 — на вход преобразователя 6 напряжение — частота.

Выпрямленное напряжение Ь вы„() преобразователем 6 напряжение — частота преобразуется в пропорциональную частоту следования импульсов где t — временный сдвиг между пеЧ реходами напряжений

U6b х(t) H U(t) через од ноименные нули, например из отрицательной области в положительную.

Тогда момент времени t. = -q- +

+ t соответствует переходу напря.Ч жения U „„(t) через положительный максимум. Количество импульсов, записанное в реверсивный счетчик 8,,за время, открытого состояния элемента

И 7, будет равно:

„-+, 2 4

11, = f(t) dt = К П„,„()Д t= о о

f(t) = К U„,„(t)) 1 вых. р

I где К вЂ” коэффициент передачи преобразователя б напряжение — частота.

Импульсы частоты f(t) подаются с преобразователя 6 на вход элемента

И 7, который в исходном состоянии закрыт управляющим сигналом с перного выхода блока 12 управления. На входы блока 12 управления подаются управляющие сигналы с двух выходов цифроаналогового преобразователя 3, соответствующие переходам напряжения

U(t) через нуль из отрицательной области в положительную, положительный максимум, сигналы. с выхода дискриминатора 11 максимумов и нуль-органа 10, формируемые в моменты переходов напряжения U„,„(t) соответственно через положительный максимум, и оба нулевых значения. По этим сигналам блок 12 управления в зависимости от измеряемой величины — вещественной или мнимой составляющих частотной характеристики формирует управляющий сигнал определенной дли— тельности, которым открывается эле-: мент И 7. Выходные импульсы частоты

f(t) с преобразователя 6 через элемент И 7 поступают в реверсивный счетчик 8, режим работы которого— суммирование или вычитание задается блоком 12 управления по сигналам нуль-органа 1О в зависимости от знака напряжения °

При измерении вещественной составляющей частотной характеристики элемент И 7 открывается управляющим сигналом блока. 12 управления в интервале времени между переходом напряжения U(t) через нуль и переходом напряжения 11„,(t) через максимум, т.е.

0

4 Ч"

1315946 т» .к т где С = U „„ сов<1) — вещественная составляющая 5 частотной характеристики.

При измерении мнимой составляющей частотой характеристики элемент И 7 открывается управляющим сигналом блока 12 управления в интервале времени между переходами напряжений

U(t) и () „„(t) через положительные максимумы, т.е.

Т Т

c — — +

4 4 Ч

В этом случае в реверсивном счетчике

8 образуется код

4 Я т

f<(:) d (: - к J v„((:) d (:= т

Ф

lI ф

2 — Ф < к v„„ — J si((iu(:-(()ä (()(:) 25

К был.(ь

s in - минимальная сос. где В = 11,ь(„,„

Ъ тавляющая частотной харак те рис тиN = K — — = — ь — ° С = К С, 2((К ки.

Как следует из выражений (1) и 35 (2), коды N< и N, записанные в реверсивный счетчик 8 в каждом из двух режимов измерения, пропорциональны соответственно вещественной и мнимой составляющим измеряемой частот- 40 ной характеристики. Вместе с тем они являются функцией частоты (или периода) синусоицального напряжения, при которой производится определение составляющих С и В. Для устранения 45 этой зависимости коды N, и N подаются на делитель 9 кодов, на второй вход которого с управляемого делителя 2 частоты, например с его регистра памяти или переключателей 50 для задания частоты (периода) входного напряжения U(t), поступает код периода N = К Т, где К вЂ” коэффициент, обратный дискретности задания периода. На выходе делителя 9 кодов образуется код результата измерения

И2 КФ Кс

N Ê вЂ” — =- — B KÂ, 11т 2 Кт где К вЂ” коэффициент передачи дели3 теля 9 кодов;

Ке

К

2(К

r — коэффициент передачи прибора, определяющий дискретность отсчета.

Коды N, и N д поступают в блок 13 регистрации.

Рассмотрим работу дискриминатора

11 максимумов (фиг.2).

В исходном состоянии счетчик 23 и реверсивный счетчик 24 обнулены, триггеры 19-22 установлены сигналом сброса в нулевое состояние, и.их потенциалами закрыты все элементы

И 1.5 — 18.

По первому входу дискриминатора

11 максимумов импульсы с генератора

1 образцовой частоты поступают на делитель 14 частоты на два, на выходе которого образуется последовательность импульсов f /2, Эти импульсы через элемент И 15 и импульсы с генератора 1 образцовой частоты через элемент И 16 не проходят.

По второму входу дискриминатора

11 максимумов на входы элементов

И 17 и 18 поступают импульсы с нульоргана 10, но на выход элементов

И !7 и 18 они не проходят.

Работа дискриминатора 11 максимумов начинается с приходом по его третьему входу импульса "Пуск" с кнопки 25 "Пуск" блока 12 управления.

Этот импульс подается на единичный вход триггера 22 и устанавливает его в единичное состояние. Потенциалом триггера 22 открывается элемент И 18, после чего первый же импульс с нульоргана 10 проходит через схему И 18 на единичный вход триггера 20 и счетный вход триггера 21, переводя их в единичное состояние. Потенциалом триггера 20 открывается элемент И 17, а потенциалом триггера 21 — элемент

И 15. Через элемент И 15 импульсы частоты f /2 с делителя 14 частоты поступают на счетчик 23 и вход вычитания реверсивного счетчика 24. Так продолжается до прихода через время

Т/2 второго импульса с нуль-органа

10 на второй вход дискриминатора 11 максимумов. Этот импульс поступает

5 13 через элемент И 17 на единичный вход триггера 19, устанавливая его в единичное состояние, и через элемент

И 18 на счетный вход триггера ?i., возвращая его в исходное состояние.

Потенциалом триггера 19 открывается элемент И 16 а потенциалом триггера

21 закрывается элемент И 15 и возвращается в исходное состояние срабатывающий по заднему фронту триггер 22, закрывая элемент И 18. К этому моменту в счетчики 23 и 24 запишется количество импульсов ° о о д

2 4

Т

Через элемент И 16 импульсы частоты Е поступают на вход суммирования реверсивного счетчика 24, и после прихода числа импульсов, равного

И,,он обнуляется, а на его выходе появляется импульс переполнения.

Этот импульс подается на вход записи реверсивного счетчика 24, переписывая в него код N счетчика 23 на вычитание, и на нулевой вход триггера 19, устанавливая era в исходное состояние и тем самым закрывая элемент И 16.

Импульс переполнения на выходе реверсивного счетчика 24 появляется через время

N 7 йо 4 относительно момента поступления импульса с нуль-органа 10, т.е., импульс переполнения счетчика 24 формируется в момент времени, соответствующий положительному максимуму нап-ряжения V„„(t). Этот импульс и является выходным импульсом дискриминатора 11 максимумов.

Очередные выходные импульсы дискриминатора 11 максимумов образуются на каждом периоде напряжения U „,„„(t) следующим образом. Очередной импульс нуль -органа 10 проходит через элемент И 17 на единичный вход триггера

19, устанавливая его в единичное состояние и открывая элемент И 16, через который импульсы частоты f поступао ют на вход суммирования реверсивного счетчика 24 до момента его обнуления, что соответствует появлению на выходе счетчика 24 импульса переполнения. В дальнейшем работа дискриминатора ll максимумов повторяется аналогично рассмотренной.

15946

5 !

О !

6

Рассмотрим работу блока 12 управления !фиг.37 в обоих режимах измерения — вещественной и мнимой составляющих частотной характеристики.

При измерении вещественной составляющей С частотной характеристики переключатель 36 измеряемой величины находится в положении С, тем самым на третий вход элемента И 32 подается положительный потенциал, подготавливающий его к работе. Нажатием кнопки 25 "Пуск" осуществляются две операции: сброс (установка прибора в исходное состояние и перевод прибора в режим измерений °

Сигнал "Пуск" от кнопки 25 по третьему выходу блока !2 управления подается, как указывалось на дискриминатор 11 максимумов, переводит его в режим измерений и устанавливает в единичное состояние триггер

26, который своим потенциалом открывает элемент И 31 для сигналов, поступающих по третьему входу блока

12 управления с выхода дискриминатора ll максимумов. Триггер 26 и элемент И 31 необходимы для того, чтобы синхронизировать работу реверсивного счетчика 8 с сигналами управления. Таким образом, блок 12 управления начнет свою работу лишь по достижению сигналом Uebix() положительного максимума. Импульс, соответствующий этому моменту, с выхода дискриминатора ll максимумов поступает через элемент И 3! на единичный вход триггера 27 и непосредственно на единичный вход триггера

29. Триггеры 27 и 29 переводятся в единичное состояние, первый из них подает разрешающий потенциал на вторые входы элементов И 32 и 33 (при этом чувствительным к импульсам по

"Bz.!" будет лишь элемент И 32, а элемент И 33 на импульсы по "Вх.2" реагировать не будет, так как его третий вход находится в отключенном состоянии, a второй — на элемент

И 34, открывая его для прохождения импульсов„ поступающих по четвертому входу блока 12 управления с выхо-да нуль-органа 10.

Импульсы, поступающие по "Вх.l" блока 12 управления с второго выхода цифроаналогового преобразователя 3 и соответствующие переходам входного напряжения U(t) (фиг.4а) четырехполюсника 4 через нуль из отрицатель1315946 ной области в положительную (фиг.4B) через элемент И.32 и элемент ИЛИ 35 подаются на единичный вход триггера 28, устанавливая его в единичное состояние. С поступлением с дискриминатора 11 максимумов по "Вх.3" блока 12 управления импульсов, соответствующих переходам выходного: напряжения Б „„(t) (фиг.4б) четырехполюсника 4 через положительный максимум (фиг,4д ) на нулевой вход триггера 28, последний возвращается в исходное состояние, При этом сигналом с его инверсного выхода устанавливаются в исходное состояние триггеры 26 и 27, а на прямом выходе триггера 28 формируется управляющий сигнал фиг.4ж), поступающий по

"Вых.1" блока 12 управления на элемент И 7, открь|вая его для прохождения импульсов с выхода преобразователя 6 напряжение — частота на реверсивный счетчик 8 в интервале вреТ мени от 0 с с - — + Ьр, что и требуется для измерения вещественной составляющей частотной характеристики.

Режим работы реверсивного счетчика 8 задается управляющим потенциалом триггера 30, на счетный вход которого через элемент И 22 поступают импульсы с выхода нуль-органа 10 по

"Вх.4" блока 12 управления. Чтобы исключить неопределенность в работе триггера 30 и добиться жесткой корреляции между состоянием триггера 30 и импульсами с нуль-органа 10, служат триггер 29 и элемент И 34. Триггер 29 срабатывает от импульса, соответствующего максимальному значению выходного напряжения Б...„(t) четырехполюсника 4, делая чувствительным к импульсам, поступающим по "Вх.4" блока 12 управления, элемент И 34.

Тем самым задается строго определенное, заранее принятое состояние триггера 30 для положительного значения выходного напряжения U,„ц,к„(t) четырехполюсника 4. Затем с приходом каждого очередного импульса с нуль-органа 10 триггер 30 поочередно изменяет свое состояние на противоположное. Выходной управляющий сигнал триггера 30 по "Вых.2" блока 12 управления подается на вход реверса реверсивного счетчика 8, изменяя

Т Т

4 4 Ч между положительными максимумами . входного и выходного напряжений четырехполюсника 4 для прохождения импульсов с выхода преобразователя 6 напряжение — частота на реверсивный счетчик 8, что и требуется для измерения мнимой составляющей В частотной характеристики. Режим работы реверсивного счетчика 8 задается аналогично рассмотренному.

Если необходимо предусмотреть статистическую обработку п измерений для уменьшения случайных погрешностей, то в блок 12 управления следует ввести счетчик с коэффициентом пересчета и, установив его между инверсным выходом триггера 28 и нулевым входом триггера 26. его режим работы в соответствии со знаком напряжения U (t) и обеспеьык чивая тем самым интегрирование часто ты f(t) с учетом знака, согласно вы5 ражен по (1) .

При измерении мнимой составляющей В частотной характеристики переключатель 26 измеряемой величины находится в положении В, и к работе подготовлен элемент И 33 по его третьему входу. Процесс измерений, как и в предыдущем режиме, начинает. ся нажатием кнопки 25 "Пуск", от которой срабатывает триггер 26, а

: затем от импульса, поступающего с дискриминатора 11 максимумов по

"Вх.3" блока 12 управления, триггер 27 подает разрешающий потенциал на второй вход элемента И 33. Через этот элемент и элемент ИЛИ 35 импульсы, соответствующие переходам через максимум входного напряжения

U(t) четырехполюсника 4 (фиг.Зг), поступают с третьего выхода цифроаналогового преобразователя 3 по

"Вх.2" блока 12 управления на единичный вход триггера 28, переводя его в единичное состояние. В исходное состояние триггер 28 возвращается . импульсом, задаваемым дискриминатором 11 максимумов выходного напряжения Б ы„(t) четырехполюсника 4 (фиг.

4д). В итоге на прямом выходе триггера 28 формируется управляющий сиг35 нал (фиг.4з), поступающий во "Вых.1" блока 12 управления на элемент И 7, открывая его на время

1315946

Таким образом, в предлагаемом устройстве повышается точность измерения. Это обеспечивается за счет того, что исключаются такие узлы, как детектор среднего значения и 5 вольтметр, которые вносят основной вклад в погрешность измерения известного устройства.

Формула изобретения

Цифровой анализатор частотных характеристик линейных четырехполюсников, содержащий элемент И, блок регистрации, генератор эталонной частоты, выход которого соединен с первым входом управляемого делителя частоты, подключенного выходом к первому входу цифроаналогового преобразователя, первый вход которого соединен с выходом анализатора, а второй и третий выходы подключены соответственно к первому и второму входам блока управления, третий вход которого соединен с выходом дискриминатора

25 максимумов, отличающийся тем, что, с целью повышения точнос10 ти, быстродействия и расширения функциональных возможностей, введены преобразователь напряжение " частота, нуль-орган, реверсивный счетчик, делитель кодов и выпрямитель, соединенный через преобразователь напряжение - частота с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления, а выход — со счетным входом реверсивного счетчика, подключенного управляющим входом к второму выходу блока управления, а выходомк первому входу делителя кодов, второй вход которого соединен с вторым выходом управляемого делителя частоты, а выход — с входом блока регистрации, первый, второй и третий входы дискриминатора максимумов подключены соответственно к выходу генератора эталонной частоты . к выходу нульоргана, объединенного с четвертым входом блока управления, к третьему выходу блока управления, входы выпрямителя и нуль-органа объединены с входом анализатора.

1315946

Составитель В.Башкиров

Редактор В.Данко Техред Л.Олийнык Корректор И.Муска

Заказ 2359/49 Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР .по делам изобретений и открытий

113О35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная, 4