Устройство аналогового определения ортогональной составляющей спектра финитных сигналов

 

Союз Советсиик

Социапистимвскик

Респубяик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву — 438939 (22)Заявлено 22,04.80 (21) 2912507/18-21 с присоелинеииен заявки М—

{51)М. Кл.

G 01 R 23/00

Веударстееняьй «еиятет

CCCP ва делам нзе4рвтеня1 я еткрытяВ (23) Приоритет—

Опубликовано 23. 12. 81. Бюллетень М 47

Дата опубликования описания 23. 12. 81 (53) УДК 621.317. . 7(088. 8) Б. Е. Синдаловский, С. С. Березин, А. В Демагин и Б, Е. Коник

1

Ленинградское ордена Октябрьской «еволюции высшее инженерное морское училище им. адм. С.О.Иакарова (72) Авторы изобретения (7! ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО АНАЛОГОВОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ОРТОГОНАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ СПЕКТРА

ФИНИТНМХ СИГНАЛОВ!

Изобретение относится к электро измерительной технике и может быть. использовано при создании устройств для исследования спектральных характеристик электрических сигналов произвольной формы.

Ф

Ао основному авт.св. 11 438939 из" вестно устройство аналогового определения ортогональной составляющей спектра финитных сигналов, которое состоит иэ последовательно соединенных согласующего и инвертирующего каскадов, сумматора, выполненного в виде ВС-интегратора, и схемы периодической выборки мгновенных значе" ний сигнала, управялемой генерато.ром импульсов. и содержащей сдвигающий регистр с ключами в нагрузочной цепи, сигнальные входы которых под" ключены к выходам согласующего и инвертирующего каскадов с учетом зна30 ка весовых коэффициентов, а выходы ключей подключены к BscoBblM резисторам сумматора ?f3 .

Недостатком известного устройст" ва является высокая погрешность измерений в диапазоне инфранизких час тот за счет большой величины погрешности разбаланса интегратора.

Предлагаемое изобретение является усовершенствованием известного устройства.

Цель изобретения - повышение точности измерения ортогональной составляющей спектра финитных сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство аналогового определения ортогональной составляющей спектра финитных сигналов, содержащее последовательно соединенные согласующий и инвертирующий каскады, выходы которых подключены и одним иэ входов ключей блока периодической выборки мгновенных значений сигнала, выходы которых соединены с соответ" ствующими входами сумматора, а другие входы подключены к выходам разрядов регистра сдвига, вход которо892331

tобьс а0,= ) x„(t)dt=x,(t).k. (аС- „), tn iu где k< — постоянная времени интегра35 тора.

В момент времени t + а t от генератора 10 импульсов поступает следующий тактовый импульс на блок 9 управления ключом и регистр 13. Блок 1 за4о поминает следующую выборку x<(t) входного сигнала. От переднего фронта тактового импульса опрокидывается первь1й триггер регистра 13, закрывая тем самым ключ 11=1, а от его заднего

45 фронта срабатывает второй триггер регистра 13, открывая, например, ключ !

2=1 (фиг.2p) и подавая тем самым входной сигнал на следующий взвешивающий резистор 5=а+1. !

Далее процесс взятия отсчета исследуемого сигнала, запоминание его в блоке 1, умножение на весовой кос05 (2Ю еффициент —. (— о) и суммирование

sin М

55 его в сумматоре 3 повторяется.

Включение ключей блока 2 периодической выборки мгновенных значений си1 гнала на каждом шаге после окончания го является одним из входов блока периодической выборки мгновенных значений сигнала и подключен к выходу генератора импульсов, введены ключ, блок аналоговой памяти и блок управления ключом, причем выход ключа через блок аналоговой памяти соединен со входом согласующего каскада, а управляющий вход ключа через блок управления ключом подключен к выходу генератора импульсов.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства, на фиг.2 - временные диаграммы его работы.

Устройство состоит иэ блока 1 аналоговой памяти, блока 2 периодической выборки мгновенных значений сигнала, сумматора 3, выполненного в виде многовходного RC-интегратора с конденсатором 4 и резисторами 5=14

5=2n, согласующего каскада б, инвертирующего каскада 7, ключа 8 и блока

9 управления ключом, генератора 10 импульсов. Блок 2 периодической выборки, осуществляющий временную дискретизацию сигнала, включает s себя ключи 11=1, 11=n; 12=1; 12=п, к информационным входам которых подключены выходы разрядов регистра 13 сдвига, выходы которых подключены к взвешивающим резисторам 5=1 5=п сумматора

На фиг.2 обозначены управляющие тактовые импульсы генератора

10(а); выходной, импульс блока 9(б); исследуемый сигнал (в); напряжение на выходе блока 1(2r-); напряжение на управляющем входе одного из ключей

11=1, 11=п(д); напряжение на управляющем входе одного иэ ключей 12=1, l2=n(e); напряжение на выходе (интегратора) сумматора 3 (w); напряжение разбаланса (з) °

Устройство работает следующим образом.

В момент to поступления первого тактового импульса (фиг.2,а) от генератора 10 импульсов на блок 9 управления ключом, .последний формирует

;управляющий импульс, совпадающий по времени с так овым импульсом. Выходной импульс с блока 9 управления ключом (фиг.2P) прикладывается к управляющему входу ключа 8, открывая его на время ц .Напряжение исследуемого сигнала (фиг.2,в) через открытый ключ поступает на вход блока 1. По окончании тактового импульса ключ 8 закрывается, и напряжение на выходе

2О

25 эо

4 блока 1 остается практически неизменным до прихода очередного управляющего импульса (фиг.2,г).

С выхода блока 1 сигнал через согласующий каскад 6 (для положительных весовых коэффициентов) и через инвертирующий каскад 7 (для отрицательных весовых коэффициентов) поступает на сигнальные входы ключей,например 11 и 12, блока 2 периодической выборки, ко входу регистра 13 которого подводится последовательность тактовых импульсов от генератора 10 импульсов.

Одновременно с подачей тактового импульса на блок 9 управления ключом от заднего фронта этого тактового импульса (в момент Со + 11) срабатывает первый триггер регистра 13, открывая на время а С - цу например, ключ 11=1 (фиг.2,д), при этом отсчет исследуемого сигнала подается на резистор 5=1, определяющий для данной выборки модуль весового коэффициента

cos 27

sin N — n, Интегрирование входного сигнала в (интеграторе) сумматоре 3 происходит в интервале от t + 1,11 до

Со + Ь С,, а напряжение на конденсаторе 4 изменяется на величину

892331 где С1С

$$

С, тр=Nhteимпульса дискретизации устраняет погрешности измерения эа счет переходных процессов в блоке 1 аналоговой памяти.

cos /2Л

Так как . 1 и принимает знаsin 1 л чения от +1 до -1, то отрицательный знак коэффициента взвешивания обеспечивается за счет подключения соответствующих взвешивающих резисторов 5 к инвертирующему каскаду 7, а положительный - эа счет подключения соответствующих взвешивающих резисторов

5 к согласующему каскаду 6.

В результате взаимодействия входного сигнала, сигналов блока 1, блока 9 управления ключом и импульсов сдвига регистра 13 íà N выходах блока 2 периодической выборки мгновенных значений сигнала образуется периодическая последовательность импульсов, промодулированных по амплитуде исследуемым сигналом, На каждом шаге дискретизации значение исследуемого сигнала снимается с соответствующего выхода 2 периодической выборки.

Каждый из N выходов блока 2 периодической выборки связан со своим взвешивающим резистором 5, обеспечивающим различные коэффициенты necos 12Л редачи . — n . Умножение выборочsin iN ных значений исследуемого сигнала на

cos (2Л коэффициент передачи . — n npoucsin(N ходит последовательно во времени г интервалом dt в течение времени

dt -711 с одновременным накоплением в сумматоре 3 результатов, полученных на каждом шаге.

По истечении времени анализа

T = Ndt напряжение на выходе интегратора 3 составит (iud)d4 gq(lit))d4 1И „1

1 cos (2Л где k - =— = .. — n — - постоянная н

l1 времени интегратора по и-ому выходу схемы периодической выборки.

Ь

Абсолютное значение постоянной времени интегратора k„ определяется (с точностью до постоянного коэффици1

С ента †) величиной, обратно-пропорциональной величине весового резистора 5=1:5=2n, а величина

cos (Z i х (t) — n) представляет собой

sxn(И )

10 1 взвешенное с весом С значение

11 выборки сигнала в момент времени

1 и С причем — соот вет ст венно

Ф R С cos 2Л равно значению и . Постоян1ЫП Г

1 ный множитель — учитывается при

С фи ксации резул ь тат а .

З0 В результате перечисленных преобразований сигнала напряжение на накопительном конденсаторе 4 сумматора

3 к концу времени анализа пропорционально значению ортогональной (синусной или косинусной) составляющей спектра исследуемого сигнала на чаZ3i 27 стоте

Ид

На этом цикл измерения спектраль- ной составляющей заканчивается и импульс последнего тактового импульса возвращает регистр 13 в исходное состояние.

$$

Устройство позволяет измерять ортогональные составляющие периодичес ких сигналов при различных частотах.

Это, в свою очередь, требует иэмеу0 нять шаг дискретизации. Поскольку изменение шага дискретизации не должно влиять на виличину выходного напряжения, то одновременно с изменением шага дискретизации необходимо изменить величину емкости конденсатора 4 в отношении — — — = const

С1 Сg. CP т„т " т

$0 величина емкости при шаге дискретизации dt<, величина емкости при шаге дискретизации p tg, величина емкости при шаге дискретизации dt s, время анализа при шаге дис кретизации й1 .

Напряжение разбаланса интегратора составляет на шаге дискретизации С

hUP= kyUodt R C э а на времени анализа T Ndt

1 1-1Р- 1сэ110Т вЂ” (00Т, Э где k - постоянная времени интегратора по контуру разбалвнса.

Использование новых элементов позволяет значительно гювысить точность измерения ортогональной составляющей спектра финитных сигналов.

Действительно, напряжения разбаланса к концу времени анализа у предлагаемого устройства и известного относится как

b.Up Кз С О С" и н

60 1 1 Т (1К- д,Й ОТ

Б С

Таким образом, напряжение разбаланса известного устройства превыша892331 ет напряжение разбаланса предлагаемого устройства в — раз.

at ( и

Формула изобретения

Устройство аналогового определения ортогональной составляющей спектра

10 Финитных сигналов по авт.св. N 438939,, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения ортогональной составляющей спектра финитных сигналов, в него введены ключ, блок аналоговой памяти и блок управления ключом, причем выход ключа через блок аналоговой памяти соединен со входом согласующего каскада, а управляющий вход ключа через блок у равления ключом подключен к выходу генератора импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

lt 438939, кл.G 01 R 23/ОО, 1972.