Устройство временной привязки к экстремальным значениям гармонического сигнала

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП И

ИЗОБРЕТЕНИЯ (ii> 789855 (61) Дополнительное и авт. свид-ву (22) Заявлено 10. 07. 78 (21) 2640193/18-21 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 231280, Бюллетень № 47

Дата опубликования описания 25 ° 12 ° 80 (512М. Кл.

0 01 а 23 00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621. .317.723(088.8) (72) Авторы изобретения

A.Ñ. Глинченко, М.К. Чмых и С.B. Чепурных (71) Заявитель

Красноярский политехнический институт (54) УСТРОЙСТВО ВРЕМЕННОЙ ПРИВЯЗКИ К ЭКСТРЕМАЛЬНЫМ

ЗНАЧЕНИЯМ ГАРМОНИЧЕСКОГО СИГНАЛА

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и мо:".ет быть использовано в широкодиапазонных измерителях временных характеристик гармонических "игналов и, в частности, фазометрах, ИГВЗ, частотомерах и периодомерах..

Известны измерители временных характеристик гармонических сигналов, содержащие усилители-ограничители, пороговые элементы, генераторы и счетчики (1j.

Недостаток известных устройств низкая точность измерения.

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности является устройство, содержащее генератор,усилитель-ограничитель, регистр, элемент сравнения кодов, счетчик, элемент пуска и управляемый триггер (2j

Недостаток устройства — низкая точность измерения.

Цель изобретения — повышение точности к экстремальным значениям синусоидального сигнала.

Эта цель достигается тем, что в устройство временной привязки к экстремальным значениям гармонического сигнала, содержащее усилительограничитель, генератор, управляющий триггер, последовательно соединенные элемент пуска, регистр и элемент сравнения кодов, а также

5 счетчик, выходы которого подключены к вторым входам элемента сравнения кодов, введены распределитель им пульсов, триггер, элемент ИЛИ, первый и второй элементы совпадения, l0 счетный триггер, последовательно соединенные дополнительный регистр и дополнительный элемент сравнения кодов, последовательно соединенные коммутатор, ключ, формирователь и

)5 блок задержки, выход которого подключен к первому входу счетчика импульсов, второй вход. которого соединен с третьим входом элемента сравнения кодов, с вторым входом

2О дополнительного элемента сравнения кодов и с первым ныходом распределителя импульсов, второй выход последнего подключен к второму входу ключа, к первым входам первого и вто25 рого элемнтов совпадения, к первому входу коммутатора, к первому выходу счетного триггера и к первому выходу дополнительного элемента сравнения кодов, второй выход кото3р рого соединен с первым входом триг-, 789855 гера и первым входом элемента ИЛИ, второй вход последнего подключен к второму входу триггера и к выходу элемента сравнения кодов, при этом второй выход счетного триггера соединен с четвертым входом элемента сравнения кодов, со вторым входом коммутатора, и со вторым входом второго элемента совпадения, третий вход которого подключен ко второму входу первого элемента совпадения, к входу счетного триггера и к выходу управляемого триггера, первый вход последнего соединен с выходом формирователя, второй вход управляемого триггера подключен к выходу элемента ИЛИ, выходы усилителя-ограничителя соединены с третьим и четвертым входами коммутатора, выход первого элемента совпадения подключен ко .второму входу регистра, третьи входы которого соединены с первыми входами дополнительного регистра, второй вход последнего подключен к выходу элемента пуска, выход второго элемента совпадения соединен с третьим входом дополнительного регистра,а выход генератора подключен к входу распределителя импульсов.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства временной привязки к экстремальным значениям гармонического сигнала; на фиг. 2 — временные диаграммы его работы.

Устройство временной привязки к экстремальным значениям гармонического сигнала содержит генератор 1, распределитель 2 импульсов, счет-чик 3, регистры 4 и 5 и элементы б и 7 сравнения кодов, триггер 8, элемент 9 ИЛИ, усилитель-ограничитель 10, коммутатор 11, ключ 12, формирователь 13, элемент 14 задержки1 управляющий триггер 15, счетный триггер 16, элементы 17 и 18 совпадений и элемент 19 пуска.

Устройство работает следующим образом.

Рассмотрим работу устройства при действии на входе усилителя-ограничителя чистого синусоидального сигнала без шумов. При этом на выходах усилителя-ограничителя 10 имеют место прямоугольные импульсы (фиг. 2а,б) фронты которых привязаны к нульпереходам исследуемого сигнала. Коммутатор 11, управляемый счетным триггером 16, обеспечивает поочередное подключение сигналов с прямого либо инверсного выходов усилителяограничителя 10 к ключу 12. На второй вход этого ключа поступает последовательность импульсов высокой частоты следования с выхода распределителя 2 импульсов (фиг. 2в), используемая для сброса счетчика 3 в нулевое состояние и записи информации co счетчика 3 в регистры 4 и 5. Импульс на выходе ключа 12 (фиг. 2 д) имеет место при действии положительной полуволны сигнала на выходе коммутатора 11. Он стандартизируется по длительности и амплитуде формирователем 13 и поступает на вход установки нуля управляющего триггера 15 и через элемент 14 задержки — на сброс счетчика 3. Время задержки импульса сброса (фиг.2ж) должно быть достаточно для переключения управляющего триггера 15 в нулевое состояние (фиг. 2 е), за— прещающее запись информации со счетчика в регистры памяти. Одновременно с этим переключается и счетный триггер 16 (фиг. 2з), подключая через коммутатор к ключу 12 противоположный выход усилителя-ограничителя 10, на котором в данный момент действует отрицательная полуволна сигнала, запрещающая формиро20 вание импульсов сброса. При этом счетчик регистрирует импульсы со второго выхода распределителя 2 импульсов, сдвинутые по отношению к импульсам записи на период часто25 ты генератора 1. Перед началом работы с помощью элемента 19 пуска осуществляется предустановка регистров памяти на некоторое число, не превышающее половины периода наиболее высокочастотного входного сигнала. При совпадении текущего кода счетчика с начальным кодом ре— гистров памяти на выходе одного из элементов б и 7 сравнения кодов (в зависимости от состояния счетного три=гера 16) появляется импульс переноса (фиг. 2и, к), который через элемент 9 ИЛИ устанавливает управляющий триггер 15 в состояние 1, разрешающее прохождение импульсов за40 писи через один из элементов 17 и

18 совпадений на соответствующий регистр памяти, Запись информации со счетчика в регистр осуществляется с уменьшенным вдвое весом. При изменении полярности сигнала на выходе коммутатора 11 запись информации в регистр памяти прекращается, происходит сброс счетчика и коммутация прямого и инверсного выходов усилителя-ограничителя- В результате в регистре памяти оказывается записанным число, равное половине длительности одной из полуволн выходного сигнала усилителя-ограничителя, Аналогично, в течение следующего полупериода сигнала во второй регистр памяти запишется число, равное половине длительности второй полуволны выходного сигнаЛа усилителя-ограничителя, В следующем периЩ оде сигнала на выходе элементов 6 и 7 сравнения кодов сформируются импульсы переноса, соответствующие по времени серединам соответствующих полуволн выходного сигнала уси$5 лителя-ограничителя или иначе — при789855

5 !

О

26

40

65 вязанные к экстремальным значениям входного сигнала (без учета инерционности усилителя-ограничителя).

Эти импульсы управляют триггером

8, формирующим сигнал типа меандр, сдвинутый по фазе относительно входного сигнала на 90 (фиг. 2л). Одновременно в каждом периоде сигнала происходит обновление информации, записываемой в регистры памяти, так что временное положение импульсов привязки определяется измеренными значениями длительности соответствующих полуволн в предыдущем периоде сигнала. Устройство автоматически входит в установившийся режим, начиная со второго периода сигнала после момента пуска.

Необходимый объем счетчика определяется нижней частотой рабочего диапазона N>f /4 F>, где Г„ — частота генератора. Для уменьшения объема считчика можно понижать частоту

Г, в области низких частот. Ее минимально возможное значение ограничивается допустимой погрешностью дискретного преобразования.

На фиг. 2 м, í -,ðèâåäåíû временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства при наличии широкополосного шума. При прохождении смеси сигнала и шума через усилитель-ограничитель возникают ложные нуль-переходы (фиг. 2м), количество которых возрастает с уменьшением отношения сигнал-шум, и отношения частоты сигнала к полосе шумов. Наибольшая вероятность и соответственно найбольшее время пребывания смеси сигнала и шума выше (ниже) нулевого уровня (Гс Сс ) имеют место в области эк1 Э стремальных значений сигнала. При больших отношениях сигнал-шум в это время существенно превышает длительности выбросов С .В установившемся режиме в регистрь1 4 и 5 в каждом периоде сигнала записываются коды, соответствующие половине длительности интервалов с „,С .

При совпадении их с текущйми кодами счетчика 3 с выходов элементов б и 7 сравнения кодов снимаются импульсы, привязанные к серединам интервалов с . Временное положение этих импульсов, а также фронтов меандра на выходе триггера 8 (фиг.2н) в математическом ожидании совпадает с экстремальными значениями входного синусоидального сигнала. Оно не изменяется при изменении соотношения .сигнал-шум и уходов нулевой линии усилителя-органичителя.

При пони>кении отношения сигналшум различие: в длительностях интервалов г и выбросов (пауз) Cg уменьшается и при определенных условиях становится трудноразличимым. При этом возможен как пропуск сигнала, так и ложное срабатывание уст ройства, Однако, вероятность ложного срабатывания, т.е. формирования двух и более импульсов привязки к одному из экстремальных значений сигнала за период, в данном устройстве гораздо меньше, так как после первого срабатывания происходит коммутаЦия полярности сигнала. При этом счетчик заполняется лишь в течение короткого выброса, следующего после момента коммутации, не вызывающего вторичного срабатывания элемента 7 сравнения кодов.

Практически в предлагаемом уст-, ройстве формирование импульсов привязки осуществляется путем цифровой обработки сигнала, основанной на анализе длительности выбросов и пауз смеси сигнала и шума.

Введение новых элементов и связей позволяет повысить помехоустойчивость устройства временной привязки к экстремальным значениям гармонического сигнала примерно в 2 раза за счет существенного уменьшения вероятности ложных срабатываний. ,Наличие импульсов привязки к обоим экстремальным значениям сигнала, временное положение которых практически не зависит от уходов нулевой линии и соотношения сигнал-шум, повышает точность измерении (случайная среднеквадратическая погрешность уменьшается в (2 раз), а также быстродействие (особенно на низких и инфранизких частотах), расширяет возможности применения данного устройства в измерительной технике (например, в качестве широкодиапазонного квадратурного устройства).

Формула изобретения

Устройство временной привязки к экстремальным значениям гармонического сигнала, содержащее усилительограничитель, генератор, управляющий триггер, последовательно соединенные элемент пуска, регистр и элемент сравнения кодов, а также счетчик, выходы которого подключены к вторым входам элемента сравнения кодов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности привязки, в него введены распределитель импульсов, триггер, элемент ИЛИ, первый и второй элементы совпадения, счетный триггер, последовательно соединенные дополнительный регистр и дополнительный элемент сравнения кодов, последовательно соединенные коммутатор, ключ, формирователь и блок задержки, выход которого подключен к первому входу счетчика импульсов, второй вход которого соединен с третьим входом элемента сравнения кодов с вторым входом дополнительного элемента сравнения

/09655 кодов и с первым выходом распредели теля импульсов, второй выход последнего подключен к второму входу ключа, к первым входам первого и второго элементов совпадения, к первому входу коммутатора, к первому выходу счетного триггера и к первому выходу дополнительного элемента сравнения кодов, второй выход которого соединен с первым входом триггера и первым входом элемента

ИЛИ, второй вход последнего подключен к второму входу триггера и к вы"ходу элемента сравнения кодов, при этом второй выход счетного триггера соединен с четвертым входом элемента сравнения кодов, со вторым входом коммутатора и со вторым входом второго элемента совпадения, третий вход которого подключен «о второму входу первого элемента совпадения, к входу счетного триггера и к выходу управляемого триггера, первый вход последнего соединен с выходом формирователя, второй вход управляемого триггера подключен к выходу элемента ИЛИ, выходы усилителя-ограничителя соединены с третьим и четвертым входами коммутатора, выход первого элемента совпадения подключен ко второму входу регистра, третьи входы которого соединены с первыми входами дополнительного регистра, второй вход последнего подключен к выходу элемента пуска, выход второго элемента совпадения соединен с третьим входом дополнительного регистра, а выход генератора подключен к входу распределителя им1 5 пульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 311214, кл. G 01 R 25/00, 1969. щ 2. Авторское свидетельство СССР

9 573772, кл. G 01 R 25/00, 1976.

Составитель Л. Воронина

Редактор Е.Лушникова техред,Н,Бабурка Корректор Н. Швыдкая акаэ 9031 43 ти ая 1019 з / р Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4