Устройство для измерения комплексных огибающих гармоник сигналов

(19) (1 3/00 4 С ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИР урное опучайных 1972,ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Институт электродинамикиАН УССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОМ 11- ЛЕКСНЫХ ОГИБАКЗЦИХ ГАРМОНИК СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения действительной и мнимой составляющих комплексных огибающих или амплитуд и начальныхфаз гармоник сигналов изменяющимисяво времени параметрами. Цель изобретения - поныление точности и расширение частотного диапазона измеряемыхсигналов, Устройство содержит цифровой генератор 1 ортогональных синусо-идальных сигналов, вспомогательныецифроаналоговые блоки 2 и 3 умножения, интеграторы 4 и 5, функциональный преобразователь 6, блок 7 регистрации, цифроаналоговый блок 8 умножения, умножитель 9 частоты, счетчик 10,преобразователь 11 кода. Цифровой генератор 1, вспомогательные цифроаналоговые блоки 2 и 3 умножения и интеграторы 4 и 5 составляют блок выделения ортогональных синусоидальныхсигналов. Для достижения. поставленной цели в устройство введены счетчик 10 и преобразователь 11 кода.1 з п ф-лы, 11223158 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения действительной и мнимой составляющих комплексных огибающих или амплитуд и начальных 5 фаз гармоник сигналов с изменяющимися во времени параметрами.Цель изобретения - повышение точности и расширение частотного диапазона измеряемых сигналов. 10 15 нен с входом знакового разряда преобразователя 11 на нечетных периодах 20 25 30 35 40 50 На чертеже представлена функциональная схема устройства для измерения комплексных огибающих сигналов. Устройство содержит цифровой генератор 1 ортогональных синусоидальных сигналов, вспомогательные цифроаналоговые блоки 2 и 3 умножения, интеграторы 4 и 5, а также функциональный преобразователь 6, блок 7 регистрации, цифроаналоговый блок 8 умножения, умножитель 9 частоты, счетчик 10 и преобразователь 11 кода. Входная шина устройства соединена с сигнальным входом блока 8 умножения, выход которого соединен с сигнальными входами вспомогательных блоков 2 и 3 умножения, выходы которых соединены с сигнальными входами интеграторов 4 и 5, выходы которых соединены с функциональным преобразователем 6, который соединен с сигнальным входом блока 7 регистраций. Кроме того, входная шина устройства соединена с входом умножителя 9 частоты, выход которого соединен со счетным входом счетчика 10 и входом синхронизации генератора 1. Выходы разрядов счетчика 10 соединены с входами преобразователя 11 кода, выходы которого соединены с управляющими входами блока 8 умножения, а выходы генератора 1 - с управляющими входами блоков 2 и 3 умножения. Выход переполнения счетчика 10 соединен с входами начальной установки интеграторов 4 и 5 и генератора 1, а также с входом запуска блока 7 регистрации, Емкость счетчика 10 равна удвоенному значению коэффициента умножения частоты умножителя 9 частоты, Преобразователь 11 кода преобразует входной код в дополнительный код, и его знаковый разряд подключен к выходу старшего разряда счетчика 10, Цифровой генератор 1, вспомогательные цифроаналоговые блоки 2 и 3 умножителя, интеграторы 4 и 5 составляют блок 12 выделения ортогональных синусоидальных сигналов.Длительность одного цикла измерения комплексной огибающей одной из гармоник равна удвоенному периоду первой гармоники входного сигнала,Период Т первой гармоники входного сигнала 0 Я) делится в умножителе частоты 9 на М частей, Входные импульсы умножителя 9 частоты, период следования которых равен Т/й поступают на счетный вход счетчика 10. Емкость счетчика 10 равна 2 М. Так как старший разряд счетчика 10 соедивходного сигнала, когда состояниестаршего разряда счетчика 10 равнонулю, код 1 на входе преобразователя 11 принимает значения п / Н навыходе преобразователя 11 (делениепроизводится путем переноса запятой),а на четных периодах входного сигнала, когда состояние старшего разряда счетчика равно единице, код и его младших разрядов преобразуется в код (Н-и)/ 1 на выходе преобразователя 11.Выходные коды генератора 1 при измерении комплексной огибающей К-й 1 гармоники входного сигнала (1(1) пос ле И -го импульса умножителя 9 часг лтоты Равны . сов - Ко и 610 - Кд . Этий йкоды поступают на входы вспомогательных блоков 2 и 3 умножения соответственно. Номер измеряемой гармоники 1 задается при помощи кода К на входах управления генератора 1. Номер и выходного импульса умножителя 9 частоты отсчитывается от начала периода. Входной сигнал 0 Н ) проходит через блоки 8, 2 и 3 умножения на сигнальные входы интеграторов 4 и 5,интегрирование в которых происходитв течение двух периодов входногосигнала. В конце этого интервалавремени выходные сигналы интеграторов 4 и 5, равные соответственнодействительной ои мнимой 1 сос -тавляющим комплексной огибающей К-йгармоники, поступают в функциональный преобразователь 6, в которомопределяется значение огибающей К-йгармоники в текущий момент времени,например, путем извлечения корняквадратного из суммы квадратов составляющих а и 1,(3)умножения т- п+1,8) оды блоков 2 и 3СОЗ - Кп 5 п -Кй а н 3) и (5) коды при В конце второго периода входного сигнала на выходе переполнения счетчика 10 появляется сигнал, который запускает блок регистрации 8, и устанавливает в исходное состояние интеграторы 4 и 5 и генератор 1, При этом в блок 7 заносится информация о параметрах комплексной огибающей К-й гармоники, а интеграторы 4 и 5 и генератор 1 подготавливаются к новому циклу измерения.Законы изменения гармоник Ок(т,) входного сигнала 11(1) в интервале времени -т,т 1 , длительность котоРого Равна 2 Т, могУт быть аппРоксимированы линейными законами. Тогда в этом интервале времени входной сигнал описывается зависимостью ОЯ = А к со 5 - к 1+оск) Вк ф сов - к 1+ кЧ(1) где А- амплитуда, ык - угол сдвига фазы постоянной составляющей К-й гармоники. сигнала,В- скорость изменения, фк- угол сдвига фазы линейно изменяющейся составляющей К-й гармоники сигнала. Тогда комплексная огибающа гармоники в этом интервале вр описывается линейной фун й а мгновенное значение Окй) в середине указанного интервала равно 0(о) = =АкДлительность одного цикла. измерения равна двум периодам входного сигнала. Можно принять середину этого интервала времени за начало, отсчета, тогда номера импульсов умножителя 9 частоты в первом периоде цикла работы устройства имеют отрицательные значения и изменяют от - й до - 1, а во втором от О до (К). Тогда на вход блока 8 умножения поступает код, равный и Т т-ф,е-п .+,1 , (з т т1 е - п, - (пО,ч-ЧЙ. Результатыизмерения (выходные сигналы интеграторов 4 и 5) анализи,руется как комплексное число Тогда в блоке 12 выделения ортогональных составляющих входной сигнал умножается на комплексные коэффи- циенты 2 зДд,-1 К 1) соб к п-,1 з- Кп:еит тьу 1 +11 п=-й,М, (5) Входной сигнал (1) выглядит как Ц: ) - ГА Е 1 фк 11-" -1 К. -1 т" КСю Дг38 к 3 т И Р ЫКке е Вке " т то входной сигнал (1) принимает вид 1 - Иц(ц с; - А +8 ц тк: о показать, что значение комп- огибающей в середине интерваения (т.е. в момент времени, полагают равным нулю) равно л во входном сигнале есть6 -я гармоника яГ:1 3уся К-я г т.е.Ь 7Ц =-(Д + Вт В соответствии с изложенным пр ципом действия устройства величина С равна с=- що ню м(с 1 нЛ;,ев 1 и - 15и 1 иЕ/Нс:иенЕ =)сеО, ему,т,е, результат измерения зависиттолько от значения комплексной огибающей К-й гаромники (6) в серединецикла измерения. При этом существуютметодические амплитудная и фазоваяпогрешности, которые характерны длявсех анализаторов подобного вида,в которых В И) задается в виде "ступенчато" изменяющейся функции. Первая погрешность при достаточно боль -шом 11 пренебрежимо мала, а фазовуюпогрешность можно легко устранитьпереносом начального момента времени на величину 1 /28.Таким образом, устройство позволяет повысить точность, так как подключение управляющих входов блок8умножения через преобразователь 11кода и счетчик 10 к выходу умножителя 9 частоты обеспечивает линейностьизменения сигнала (2) Н, синхро -низацию с частотой входного сигнала,40синхронизацюо запуска блока 1 в момент начала возрастания сигнала НИ) .Одновременно расширяется частотныйдиапазон входных сигналов, так какдлительность "ступенек" в сигналеН(1), равная Г/8, пропорциональна45периоду входного сигнала, Достигнутый положительный эффект позволяетизмерять высшие гармоники сигнала,амплитуды которых не превышают долейСоставРедактор Е,Папп Техред 30 Заказ 1708/48 Тираж 728 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4- пМВычисление определенного интеграла (9) дает процента от амплитуды первой гармоники. 1. Устройство для измерения комплексных огибающих гармоник сигналов;содержащее цифроаналоговый блок умножения, умножитель частоты, двавспомогательных цифроаналоговых блокаумножения, выходы которых соединеныс сигнальными входами интеграторов,и цифровой генератор ортогональныхсинусоидальных сигналов, выходы которого соединены с управляющими входами вспомогательных цифроаналоговыхблоков умножения, выходы интеграторовсоединены с двумя входами функционального преобразователя, выход которого соединен с сигнальным входомблока регистрации, входная шина устройства соединена с входом синхронизации цифрового генератора ортогональных синусоидальных сигналов и сигнальным входом цифроаналогового блока умножения, выход которого соединенс сигнальными входами вспомогательных цифроаналоговых блоков умножения,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности измеренияи расширения частотного диапазона,в него введены счетчик и преобразователь кода, выходы которого соединены с входами управления цифроаналогового блока умножения, а входы - свыходами разрядов счетчика, счетныйвход которого подключен к выходу умножителя частоты, а выход переполнения соединен с входами начальной ус:тановки интеграторов и цифрового генератора ортогональных синусоидальныхсигналов и входом запуска блока регистрации,2. Устройство по п, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что емкостьсчетчика равна удвоенному коэффициенту умножения частоты умножителячастоты.итель С.ЛебедевИ.Попович Корректор С.Шекмар