Амплитудно-фазовый анализатор гар-моник

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистинеских

Республик

«ц815669 (61) Дополнительное к авт. свмд-ву (51)М. Кл.з

G 01 R 23/16 (22) Заявлено 100579 (21) 2764157/18-21 с присоединением заявки Но (23) Приоритет

Опубликовано 23.0381. Бюллетень Н9 11

Дата опубликования описания 230381

Государственный комитет

СССР ао делам изобретений и открытий (53) УДК 621. 317. .1(088.8) (72) Авторы изобретения т д

А. Б. Артамонов, A. Н. Жариков и A. N. Смирнов ....-;:Я)М, Й 1ТЕзг

Ленинградский ордена Ленина электротехнич ский инститит им. В. И. Ульянова (Ленина ggp;„:;.,-.-Ъ, У (71) Заявитель (54) АМПЛИТУДНО-ФАЗОВЫЙ АНАЛИЗАТОР ГАРМОНИК

Изобретение относится к электроизмерительной и аналого-цифровой вычислительной технике и предназначено для нахождения линейчатых амплитудного и фазового спектров периодического аналогового входного сигнала, т.е. для получения его спектрального состава..

Известен анализатор, содержащий перестраиваемый синусно-косинусный генератор, два множительных устройства, два интегратора и преобразователь координат. Достоинствами этого устройства являются высокое быстродействие и воэможность получения не только амплитудного, но и фазового 15 спектра (1J.

Однако схема устройства получается сложной и дорогой перестраиваемый,синусно-косинусный генератор является высококачественным, с малыми нелиней- 20 ными искажениями, множительные устройства, кроме высокой точности, обладают высоким быстродействием. В итоге получается устройство, содержащее около десяти достаточно слож- 25 ных и точных блоков.

Наиболее близким по техническОЙ сущности к предлагаемому является амплитудно-фазовый анализатор гармоник, содержащий генератор синусно- 3 косинусного напряжения и первый и

I второй аналоговые ключи, вход первого аналогового ключа подключен к первому входу устройства, первый выход которого через второй аналоговый ключ соединен с первым выходом генератора синусно-косинусного напряжения.

Кроме того, амплитудно-фазовый анализатор гармоник содержит преобразователь координат, состоящий иэ шести нелинейных вычислительных блоков (21.

Недостатком этого устройства является era сложность, обусловленная наличием преобразователя координат, состоящего из шести нелинейных вычислительных блоков. Иэ теории надежности известно, что чем устройство сложнее, тем оно менее надежно.

4ель изобретения — повышение надежности устройства.

Указанная цель достигается тем, что -в амплитудно-фазовый анализатор гармоник,,содержащий генератор синусно-косинусного напряжения и первый и второй аналоговые ключи, вход первого аналогового ключа подключен к первому входу устройства, первый выход которого через второй аналоговый ключ соединен с первым выходом генератора

815669 (3) (4). где <ю = а,, а а З .

Если .ключи 12, 13 и 14 замкнуты на время Т, а коэффициенты передачи определяются выражениями — 1 а4 а - 1 Т аЗ 1 а4. кЛ то в момент размыкания ключей выходные напряжения интеграторов

2 2Т

Ч (Т)= —. JV(t)сОs{ к — t)dt Ч

Т Т т.е. эти напряжения равны коэффициентам разложения в ряд Фурье в форме V>, Ч к. синусно-косинусного напряжения, введены компаратор, конденсатор, операционный усилитель, блок цифровой управляемой проводимости, блок цифро-. . -=-Рого управляемого сопротивления, третий, четвертый и пятый аналоговые ключи, выход первого аналогового ключа через блок цифрового управляемого сопротивления подключен к первому входу генератора синусно-косинусного напряжения, второй вход которого соединен со вторым входом устройства и с первым входом блока цифровой управ1 ляемой проводимости, второй вход которого через третий аналоговый ключ подключен к третьему входу устройства, выход блока цифровой управляемой 15 проводимости соединен со входом операционного усилителя, выход которого через параллельно соединенные четвертый аналоговый ключ и конденсатор подключен к выходу блока цифровой Щ управляемой проводимости и — через пятый аналоговый ключ — ко второму выходу устройства, второй выход генератора синусно-косинусного напряжения соединен со входом компаратора.

Устройство определяет амплитуду

Ск и фазу Юк для К-гармоник входного сигнала V(t) .в соответствии с выражениями

Чск зо

Ч =pa rctg @ + пЛ), (2)

К. ак где, т

) V(t)cos(K — t)dt

Ч = — ) V{t)s n(К в t)dt

2 . 2У вк Tр Т

0 при Чдк 0

1.при Vow(0

Т вЂ” период входного сигнала, K — номер гармоники (К

2, 3, ° ° ° ° ) а — масштабный коэффициент (В/рад).

Устройством осуществляется переход от ак, b к Ск, P . Кроме того, для получения на выходе устройства амплитуды к †.ой гармоники, а не величины -"-t „, практическое испольк зование которой затруднено, иссследуемый входной сигнал V(t) поступает 5() не через постоянный резистор на первый вход генератора синусно-косинус1 ного напряжения, а через малоразрядный блок цифрового управляемого сопротивления.

На фиг. 1 представлена функцио.нальная схема устройства; на фиг. 2— функциональная схема генератора синусно-косинусного напряжения; на фиг. 3 — функциональная схема преобразователя координат на основе раз- . 40 вертывающих систем.

Амплитудно-фазовый анализатор гармоник содержит генератор 1 синусно-косинусного напряжения,компаратор 2,операционный усилитель З,блок 4 циф- 65 рового управляемого сопротивления, блок 5 цифровой управляемой проводимости, конденсатор 6, первый, второй, третий, четвертый и пятый аналоговые ключи 7-11.

Амплитудно-фазовый анализатор гармоник работает следующим образом.

Весь линейчатый амплитудно-фазовый спектр вычисляется за время цикла. Цикл состоит из к выполняемых последовательно во времени подциклов, в каждом из которых вычисляются амплитуда и фаза очередной гармоники.

Все подциклы имеют один и тот же алгоритм функционирования, изменяются лишь коды, управляющие блоками цифровой управляемой проводимости и цифрового управляемого сопротивления.

Рассмотрим работу генератора 1 синусно-косинусного напряжения при действии на него произвольного напряжения V(t) (фиг.2). В исходном состоянии на интеграторах генератора

1 синусно-косинусного напряжения установлены нулевые начальные условия.

При t = 0 замыкаются ключи 12, 13 и

14. Тогда работа схемы в операторной форме описывается выражением

a2аЗ pz +

Ч,(P) Ч(Р)

2 З

Откуда

Ч (P) = a à V(P)

1 4

Х 3

Для выходного напряже ния второго интегратора справедливо

После перехода в t-область и преобразований получим

Т t ()= Ä> (cosaut Y(t)coSovtd<+sinee Jv(<)sinuxatj у

l 4

v ФО (сОБ 1)ч&)мпюйж 9 nagt)ll(tlcasrecgt) Г6) 4ю ag

Это свойство генератора синуснокосинусного напряжения и используется при работе амплитудно-фазового анализатора гармоник (фиг. 1). С целью обеспечения возможности управления коэффициентами а и а входные резисторы интеграторов генератора синусно-косинусного напряжения заменены на цифровые управляемые про815669 так как в нем отсутствуют прецизионные быстродействующие множительные устройства и отдельный блок преобразования координат.

Амплитудно-фазовый анализатор гармоник может найти применеиие в составе различного рода информационноизмерительных комплексов и систем, в качестве автономного устройства для спектрального анализа различного вида механических и акустических © колебаний, преобразованных предварительно в напряжение, при аппаратурном определении нелинейных искажений передаточных характеристик систем автоматического управления и в большом

>5 количестве других использований. формула изобретения водимости, при этом переход к анализу каждой очередной гармоники сопровождается увеличением управляющего кода и на величину N (код, обратно пропорциональный периоду входного сигнала). Для управления коэффициентом передачи а используется цифровое,управляемое сопротивленйе. Анализу первой гармоники соответствует . код, равный единице младшего разряда. Увеличение номера анализируемой гармоники соответствует увеличению на единицу кода N .

Таким образом, в первом такте каждого иэ подциклов, при замыкании на время ключей генератора, вычисляются величины Нд„ и Нв . Во втором такте иодцикла входной сигнал отключается от генератора, вхема переходит в режим преобразования координат (фиг.3), построенного на основе развертывающих систем. В отмечаемый компара- Щ тором К момент времени, когда выходное напряжение второго интегратора равно нулю, напряжение с выхода первого интегратора равно амплитуде, а с выхода дополнительного интегратора пропорционально фазе исследуемой гармоники, т.е. реализуются уравнения 1-1, 1-2.

Блок цифровой управляемой проводимости во входной цепи дополйительного интегратора введен для того, чтобы отношение. оставалось постоянным. 2

Таким образом, амплитудно-фазовый анализатор гармоник существенно проще и, следовательно, надежнее известного. Из его схемы целиком исклю". чается сложный вычислительный блок преобразователь координат, введенный в схему блок цифрового управляемого сопротивления проще любого дели- 4О тельного устройства, которые необходимо вводить по входу V(t) в известФ ном устройстве для того, чтобы получить с выхода величину С„, а не С .. т

45 моник также имеет значительные преимущества перед устройствами подобного типа, от которых он отличается простотой, так как в схемотехнике фильтрации просто реализуется лишь нахождение амплитудного спектра, а определители фазового спектра достаточно сложны, быстродействием, так как время переходных процессов в полосовом фильтре тем больше, чем полоса пропускания фильтра, более 55 простой схемой при анализе низкочастотных сигналов, так как низко-. частотные фильтры громоздки, а гете:родинное преобразование частоты для ухода в полосу более высоких частот - О сложно. По сравнению с анализаторами с непосредственной реализацией уравнений 1 и 2 амплитудно-фазовый анализатор гармоник существенно проще, Амплитудно-фазовый анализатор гармоник, содержащий генератор синуснокосинусного напряжения и первый и второй аналоговые ключи, вход первого аналогового ключа подключен к первому входу устройства, первый выход которого через второй аналоговый ключ соединен с первым выходом генератора синусно-косинусного напряжения, о т л н ч а ю шийся тем, что, с целью повьзаения надежности амплитуднофазового анализатора гармоник, в него введены компаратор, конденсатор, операционный усилитель, блок цифровой управляемой проводимости, блок цифрового управляемого сопротивления, третий, четвертый и пятый аналоговые ключи, выход первого аналогового ключа через блок цифрового управляемого сопротивления подключен к первому входу генератора синусно-косинусного напряжения, второй вход которого соединен со вторым входом устройства и с первым входом блока цифровой управляемой проводимости, второй вход которого через третий аналоговый ключ подключен к третьему входу устройства, выход блока цифровой управляемой проводимости соединен со входом операционного усилителя, выход которого через параллельно соединенные четвертый аналоговый ключ и конденсатор подключен к выходу блока цифровой управляемой проводимости и — через пятый аналоговый ключ — ко второму выходу устройства, :второй выход генератора синусно-косинусного напряжения соединен со входом компаратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 174805, кл. С 01 R 23/16, 1965.

2. Кори.Г. A. Моделирование случайных процессов на аналоговых и аналого-цифровых машинах. М., "Мир", 1968, с.233-235 (прототип).

815669 и

Составитель М. Пластинин

Редактор Н. Рогулнч Техред A.Âàáèíåö Корректор Н. Стец

Заказ 1030/76 Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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