Цифровой измеритель коэффициента гар-моник

 

Союз Coaercwx

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

<п>805195

К АВТОРСКОМУ СВИ ИТВЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 27.04.79 (21) 2760852/18-21 с присоединением заявки Йо— (23) Приоритет—

Опубликовано 150?83 бюллетень Йо 6

Дата опубликования описания 17.02. 81 (511М. К„. (01 к 23/20

l îñóäàðñòâåèèû1 комнтет

СССР оо делам изобретенмй и открытнй (53) УДК 621 ° 317 ° .799 (088.8) (72) Авторы изобретения

В.Н. МухаМетов, А.E. Леусенко и A.Н. Морозевич

Минский радиотехнический институт (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ КОЭФФИЦИЕНТА РАРМОНИК

Изобретение относится к электроизмерениям и может быть использсвано для измерения коэффициента.-гармоник.

Известно устройство для измерения коэффициента гармоник, которое содержит формирователь, умножитель частоты, ключ, аналого-цифровой преобразователь, два задатчика ортогональных функций; два множительных уст- 0 ройства, два счетчика, три схемы переноса,-квадратор, сумматор, устройство извлечения корня, измеритель отношения кодов и блок управления (1).

Недостатками устройства являются большое время вычисления коэффициента гармоник и невысокая точность за счет погрешности определения частоты и амплитуды первой гармоники.

Известен также цифровой измеритель нелинейных искажений, содержащий последовательно включенные формиронатель, умножитель частоты, ключ, аналоГоцифровой преобразователь, информационный вход которого, подключен ко входу формирователя и является входом устройства, а управляющий вход - к выходам задатчиков ортогональных функ-,, ций, выходы которых подключены к первым входам множительных устройств, выхрды которых через соответствующие схемы переноса подключены к первому и второму входам квадратора, третий вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя и вторым входам множительных устройств, а выход ко входу сумматора, выход которого подключен к входу третьей схемы переноса, блок управления, подключенный входом к выходу формирователя, а выходом — к управляющим входам ключа, трех схем переноса, сумматора, измерителя отношения кодов, устройства извлечения корня, последовательно включенные второй сумматор и четвертая схема переноса, выход которой подключен ко входу измерителя отношения кодов, а второй вход второго сумматора соединен с выходом квадратора j2) .

Недостатком устройства является погрешность вычислений, обусловлена погрешностью определения периода входного сигнала.

При вычислении амплитуды первой гармоники входного сигнала обычно используется математическое выражение

А = J О(е)81пМАЖ (1)

2 0

805195

Однако при неточном измерении частоты входного сигнала возникает ошибк рпределения амплитуды входного сигнала РА„"- величина которой зависит от величины Рио и от формы входного сигнала.

Для синусоидального сигнала(К„=О) эта зависимость имеет вид

5щ(2Ж АИ) 2 (2Л 8(ж 2+УФ

-где Рю - относительная погрешность 10 измерения частоты входного сигнала.

Из приведенного соотношения видно, что при неточном определении значения амплитуды первой гармоники в устройстве возникает погрешность вычисления К . График зависимости значений

r приведенной погрешности

YK

hK Кг

20 вычисления К отАа)в .виде распечатки значений к = (Д р), полученных на мини ЭВМ "Электроника 100И" приведен на рис.3 ° Из графика видно, что для достижения заданной величины $ K„ T e- 25 буется обеспечить погрешность Уж . настройки устройства на частоту входного сигнала на один-два порядка меньше, чем "К„. В известных устройствах такая задача не может быть решена для широкого частотного диапазона вхОдного сигнала при существующих требованиях к точности получения К, .

Цель изобретения — повышение точности вычисления коэффициента гармоник.

Цель достигается:тем, что в уст-. ройство, содержащее три сумматора и последовательно включенные формирователь, умножитель частоты, ключ, ана- лого-цифровой преобразователь, первый квадратор, четвертый сумматор, блок деления и блок извлечения квадратного корня, при этом второй вход аналого-цифрового преобразователя . 4$ соединен с входом устройства и с входом формирователя, выход которого подключен к блоку управления, выходы которого подключены к соответствующим управляющим входам ключа, первого квадратора,блока деления, блока извлечения корня квадратного, первого, второго, третьего и четвертого сумматоров,дополнительно введены цифровой фильтр, два квадратора,два масштабирующих блока, вход первого из которых соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя и с входом цифрового фильтра, выход которого через последовательно соединенные второй квадратоф и первый сумматор подключен к одному 60 из входов третьего сумматора, второй вход которого через последовательно

"соединенные третий квадратор и„второй сумматор подключен к выходу пер вого масштабирующего блока, а выход, 65 третьего сумматора через второй масштабирующий блок соединен с вторым входом блока деления, при этом управляющие входы цифрового фильтра, двух квадраторов и двух масштабирующих блоков соединены с соответствующими выходами блока управления.

Масштабирующий блок представляет собой цифровое устройство умножения входного кода на постоянный коэффициент К.

Цифровой фильтр представляет собой арифметическое устройство, реализующее известную зависимость

М tH

Y-- <.Х. 1 Р „)

1 о 3 1- ) 1 1 где х„— входные цифровые коды; у — выходные цифровые коды;

<,р. — коэффициенты фильтра, определяющие вид его амплитудно-частотной характеристики;

m — порядок фильтра; номер входного (выходного) цифрового кода, и может быть выполнен по известной структуре.

На фиг. 1 представлена структурная схема цифрового измерителя коэффициента гармоник; на фиг. 2 - амплитудно-частотная характеристика цифрового фильтра; на фиг. 3 — график зависимости относительной погрешнос- . ти вычисления коэффициента гармоник от относительной погрешности измерения частоты.

Устройство содержит четыре сумматора 1-4, формирователь 5, умножитель б частоты, ключ 7, аналого-цифровой преобразователь 8, три квадратора 9-11, блок 12 деления, блок 13 извлечения корня квадратного, блок

14 управления, цифровой фильтр 15, два масштабирукщих блока 16 и 17.

Устройство функционирует следующим образом.

В исходном положении элементы памяти сумматоров 1-4 находятся в нулевом состоянии. Исследуемый сигнал

U поступает на вход формирователя

5, который вырабатывает импульсы в моменты перехода U>, через нулевое значение, и на второй вход аналогоцифрового преобразователя 8, Выходные импульсы формирователя поступают на вход умножителя б частоты следования импульсов и вход блока 14 управпения. Блок 14 управления открывает ключ 7 на время одного периода исследуемого сигнала. 3а это время через ключ 7 с выхода умножителя б частоты на вход преобразователя 8 приходит

N импульсов (где N — коэффициент умножения умножителя частоты). Эти импульсы запускают преобразователь 8 в моменты времени1„= „, (< =,ы), Коды мгновенных значеййй напряжения исследуемого сигнала с выхода преобразователя 8 поступают на вход перво805195 с где Р код, хранящийся во втором $5 сумматоре 2; оценка мощности первой гармонической составляющей вход- ного сигнала U оценка мощности всех высших гармонических составляющих сигнала, начиная со второй.

К этому же моменту времени в первом сумматоре 1 фиксируется код, про . д го квадратора 9. Возведенные в квад-.. рат коды мгновенных значений сумми-. руются в четвертом сумматоре 4. Одч, новременно эти же коды с выхода преобразователя 8 поступают на вход первого масштабирующего блока 16, где они умножаются на постоянный коэффициент К =К . С выхода первого масш1ylS табирукщего блока 16 увеличенные в

К раз коды мгновенных значений вход1 ного сигнала поступают на вход третье:го квадратора 11. Возведенные в квад- 0 рат коды суммируются на втором сумматоре 2. Одновременно коды мгновенных значений входного сигнала поступают на вход цифрового фильтра 15.

Частотная характеристика цифрового 35 фильтра 15 задается под воздействием сигналов с блока 14 управления таким образом, что для первой (основ.ной) гармонической составлякщей коэффициент передачи цифрового фильтра Щ

15 равен К, а для второй, третьей и т.д. гармонических составляющих входного сигнала коэффициент передачи цифрового фильтра 16 равен К т.е. цифровой фильтр 15 является заг- раждающим фильтром (фиг.2).,Заданную ширину полосы подавления Я вблизи первой гармоники можно обеспечитЬ путем задания соответствующих коэф-. фициентов et,.,ð цифрового фильтра.

Введение достаточно широкой полосы

Ф

5?позволяет обеспечить некритичность устройства к настройке на частоту входного сигнала в интервале(Ю,- -, м +Ы) . Преобразованные цифровым

2. фильтром 15 коды поступают на вход второго квадратора 10, с выхода которого возведенные в квадрат коды поступают на вход первого сумматора

1 и суммируются в нем. За один период. исследуемого сигнала в четвертом сум-40

Маторе 4 н во втором сумматоре 2 фиксируются коды, пропорциональные квадрату действующего значения (т.е. мощности) исследуемого сигнала

Р = — Qv (;)"-Р, (з}., 4Р, и „.,„Х где Р - код,:хранящийся в четвертом сумматоре 4, P - оценка полной мощности входх ного сигнала U

1- 3

= к„(. ) И КВ.ДЕЛ.

Предлагаемое устройство уменьшает погрешность измерений в 5 раэ в частотном диапазоне от 1 Гц до 10 КГц.

Формула изобретения

Цифровой измеритель коэффициента гармоник, содержащий три сумматора и последовательно включенные формирователь, умножитель частоты, ключ, аналого-цифровой преобразователь, первый квадратор, четвертый сумматор, блок деления и блок извлечения корня квадратного, при этом второй вход аналого-цифрового преобразователе соединен с входом устройства и порциональный величине Pч опредеч

1Ь ляемой соотношением .Р =к р+к а р) 1%. ч х 2 2Х

Ф "+

После образования кодов Р, Р, Р по сигналам, поступающим с блока ч %

14 управления, коды Р и Р поступают на суммирукщий и вычйтакщнй входы третьего сумматора 3 соответственно.

В результате в третьем сумматоре 3 формируется код, пропорциональный мощности всех высших гармонических составлякнцих сигнала, начиная со второй

Код третьего сумматора 3 по сигналу с блока 14 управления-поступает на вход второго масштабирукщего блока 17, в. котором этот код умножается на

1 постоянный коэффициентК „= . Код сформированный на выходе вто го масштабирующего блока 17, определяется из соотношения

:l>+ = (к -к) о =р (v)

Йиб КЪ КФ 1 2Х 2Х

По очередному. сигналу с блока 14 у правления коды с выхода четвертого сумматора 4 и второго масштабирующего блока 17 поступают на соответствую@не входы блока 12 деления. Код на выходе блока деления 12 пропорционален отношению мощности высших гармоник, начиная со второй,к полной мощности сигнала

К 2Ж6- (8)

Ь.АЮ.. pч р"

4Е Х

Полученный код с выхода блока 12 ° деления поступает на вход блока 13 извлечения корня квадратного. Код, сформированный на выходе блока извлечения корня квадратного, равен коэффициенту гармоник исследуемого сигнала

805195

CCly

Фиг.2 входом формирователя, выход которого подключен к блоку управления, выходы которого подключены к соответствующим управляющим входам ключа,. первого квадратора, блока деления, блока извлечения корня квадратного, первого, второго, третьего и четвертого сумматоров, о т л,и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерений в него введены цифровой фильтр, два квадрато ра, два масштабирующих блока, вход первого из которых соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя и с входом цифрового фильтра, вы"... ход которого через последовательно соединенные второй квадратор и первый сумматор подключен к одному из входов третьего сумматора, второй вход которого через последовательно соединенные третий квадратор и второй сумматор подключен к выходу первого масштабирукщего блока, а выход третьегб сУмматора через второй масштабирующий блок соединен с вторым входом блока деления, при этом управляющие входы цифрового фильтра, двух квадраторов и двух масштабирующих блоков соединены с соответствующими выходами блока управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 379882, кл. 6 01 В. 23/20, 1973.

15 2. Авторское свидетельство СССР . 9 516969, кл. Q 01 В, 23/20 1975.

805195

DK=

DK=

DK=

DK=

ЭК=

DK=

ЭК=

DK=

DK=

ЭК=

ЭХ=

DX-DX=

DX=

DX-DX=

DX=

ЭХ=

DX-=

DX=

DK=

DK=

DK=

DK-=

DX=

DX=

ЭХ=

DX=

ЭК=

DK=

DK-DK=

DX=

DX=

DX=

DX

DX

DK4РИГ, 3

Составитель Л. Муранов Редактор М. Недолуженко Техррд Н.Граб Корректор Г. Назарова

Заказ 10872 66 Тираж 743 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

1 Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4

Филиал ППП

DX=

DX=

DX-=

DX=DX=

ЭХ=

DX=

DX

DX-DX=

DX=

DX=

DX=

DX=

ЭХ=

DX-=

DX=ЭХ=

DX=

DX=

DX=

DX=

DX=

DX=

DX=

DX-DX=

DX=

DX-DX-=

DX=

ЭХ=

О. 000001

О. 000101

О. 000201

0.000301

0.000401

0 ° 000501

0.000601

О. 000701

О. 000801

О. 000901

0.001001

0.001101

О 001201

0.001301

0.001401

0 001501

0.001601

О. 001701

О. 001 801

О. 001901

0»002001

0 ° 0021 01

О» 002201

0 ° 002301

0.002401

0.002501

О. 002601

0 ° 00 27 01

0 ° 002801

О. 002901

О. 003001

О. 003101

О. 003201

О» 003301

0 Р03401

0 ° 003501 О. 003601

О. 003701

О ° 003801

О 003901

0»004001

0.004101

0.004201

0.004301

0.004401

0.004501

0 ° 004601

0 ° 0047 01

0 ° 004801

О ° 004901

0,005001

DK-DK-=

DK=

DK-=

DK=

DK=

DK-ЭК=

DK=

DK=

DK=

DK=

DK=

DK-DK=

DK=

DK=

DK=

DK=

DK=

DK=

DK=

DK-=

DK=

DK-=

DK=

DK=

DK=

DK=

DK-"

DK=

ЭК=

0.001381+

0.010102+«++++

0.014236+++"+"++

0,017415+и+++++ +

0.020097++++"+++++"

0.022472""+""""+""""

0.024628++++++++++++a

0.026628"++"+" М +++++"

0.028472++"+++"" «+""+»

0.030210"+"++"+++""+"++"

0.031862"+"",+++"+++++""+

0.033439++"+++++"+++"+"""

0.034939++"++"""""""++"+++

О»036402"""++++"+++ +++""++

0.037797++++"+"+"++++""++"+

0.039148+"+" ++"++"+""++++"+

0.040454""++""++ """""+"++"++

0.041725"++++"++"+++"+++"++++

0.042958"+++++""++++" ++++"+++

0.044162+"++"+""+""+"++""+++++"

0,045339++ ++ ++«+ + ++++м++ммч

0.046492+""+++""""+" ++++++++""". +

0.047612"+"+++++""++++++++"+++""

0.0487 11"+++ +"+++++++++"""+ +»

0.049795++""++"+"+"+++++++"++++++

0.050856+" +"+""""+"+""++"""+++"++

0.051896++"++++"+"+" ++++""++"++""

О.Q52919+"+++++""+++++++""+""""+"++

0.053924+"++++++++"++"+"++++"++"+++

0.054905"++"+++" +"+++++++"++++ "+"+

0.055886"+"+"+""++++"++++++"+"+"""++

0.056847"+"++"""+""++"++++++"+++++"+"

0.057791++""""+"+" +"++++++"++++++""+

О. 058728". ++"""++++"++++"+++++"++""+++

0.059646 +""+++++++"++++"++++"+""+++""

0.060559++++++++"+++++++++"++"++++++""+

0.061454+"+"+ ++""+",+""++++++++"+"+""+"

0»062340+"++"+++++++++ ++"+++++""++""++

0.063221++++"+ ++++++ +++ +"++++++ ++"

0.064079"+"++ "+++ ++"++"+++++"+ +"+""+""

0.064940""""+++" ++"+++"++""""+"+++ +++++

0.065790+""++"++++"+"+"""+++++++++++ ""++

0.066629+".+""+""+""++"++""++++""++++++++++

0.067464"+""++""""+""+++ ++++"++"+++++"""+

0»068286++"+ +++++++++"+"+"++++++++++++ ++

0.069102 +" +++++"+++"+++""+++++ +""+++"+++

О 069908"+"""""++++""++"++++"+++""++""+""++

0.070705+""+++++ +++"++++ +++++"+"+++""++"""

0.071503+ +++++++++++ +++"+++++++++++++++ +4

0.072289 +" + ++++++""++++" "+++"+"" +" +"+

0.073073+""++"" """++++ +""++++""+"++""+"»"""