Способ определения характеристик гармонического сигнала

СООЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК ОА 176ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССР М 1255945, кл. 6 01 В 19/04. 1986.Авторское свидетельство СССР М 1562862, кл, 6 01 В 23/00, 1988.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ГАРМОНИЧЕСКОГО СИГНАЛА (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении универсальных приборов для измерения.характеристик гармонических сигналов в инфранизком диапазоне частот, обладающих высокой помехозащищенностью и оперативностью. Цель изобретения - расширение функциоИзобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к измерению характеристик гармонического сигнала - частоты, амплитуды, фазы и постоянной составляющей в условиях помех.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет определения частоты сигнала и расширения частотного диапазона измерения ал 1 плитуды, постоянной составляющей и начальной фазы сигнала.Сущность способа состоит в следуюПусть исследуемый сигнал, хар ики которого измеряются, опись ыражениемО(1) = Оф) =Д (т),е Оо(1). А соз( й) с+ Ц+ Ао = Ах с Ау зп и т+ Ао; 2нальных возможностей за счет определения частоты сигнала и расширения частотного диапазона измерения амплитуды, постоянной составляющей и начальной фазы сигнала. Она достигается тем, что по способу, основанному на измерении среднего значения сигнала и двух средних значений произведений измеряемого сигнала на опорные сигналы, изменяющиеся по законам синуса и косинуса, образуют сигнал из этих величин, являющийся функцией частоты, последовательно изменяют частоту опорного сигнала до получения максимального значения сформированного сигнала, при котором частоту опорного сигнала принимают эа результат измерения, и определяют амплитуду, начальную фазу и постоянную составляющую сигнала. 1 ил. А, со, Ч - амплитуда, круговая частотаои начальная фаза гармонической составляющей сигнала;Ао - постоянная составляющаАх = А соз Р, Ау = А зп Чсинфаэная и квадратурная составляющиеамплитуды А гармонического сигнала;(1) - аддитивная помеха, некоррованная. с сигналом.Определим характеристики сигнала Ах,Ау, Ао из условия минимума погрешности,вносимой полехами, т.е. по критерию минимума среднеквадратического отклонения:т/2 2 1 т/2е = - / О(т)-ОоЩ с 3 т = - ,/ О(т)-Ах х=О, - АхС и равенства (14),(15) в Формулу(13),получим5- О - АЯ +АхС +(О - АхС) - 2 Ах(ОС+Ах(с -С- 2(0-Ах С)О+2 Ах(0-Ах С ) -Ау 32 ъ лАх, Ау. Ао Определим вначале величины Они находятся иэ условийдР , О , дР дАх . , дА)удАо Решение этой системы ведетщим результатам:лмОс - О САхСг,ь ОАО С - ОсСАо =-0 - Ах Сгде С - Ст/г0 = -0(т)амтвТ- Т/2- среднее значение сигнала 0(1измерения Т; к следую(4) или после преобразований 62 = 0 -0 - Ах(С - С ) - А(16)(7) Для определения частоты во сигнала необходимо определить минимум функции Р . Однако, поскольку разность величин О -02 не зависит от частоты в , то вместо этого можно определить во из условия максимума функции ремя Т/2Ооеи -О(т) соз в 1 Т ное за время Т значение проиэве еряемого О(с) и опорного соз в- усредненЛения измсигналов;(С - С 1 т/гОз= -Т т/2 время Т значение проого Ц) и опорного зи 2 . вТ ц 1 зи --вТ 2 ие опорного сигнала соз(9) 30 т.е, Ц в )ие Цво), ) (19)Формулы (4), (5), (6), (7), (8), (9), (18), (19)- усредненное за определяют суть предлагаемого способа, изведения измеряем который сводится к выполнению следующих йл сигналов; операций,1 Т/2 35 1, Задают определенное, например миС= 3 созв 1 Т (10) нимальное для данного диапазона, значе- Т/2ние опорной частоты в - среднее эначен вт 2, Измеряют величины О, Ос и Оз за время Т; ответствии с формулами (7). (8), (9).. 40 3, Определяют численные коэффициенвТ ты С, С, Я при цифровых измерениях или Т ) (11) формируют постоянные налрякения, пропорциональные этим коэффициентам, при- среднее значение квадрата опорного аналоговых измерениях согласно выражесигнала соз вт за время Т: 45 ниям (10), (11), (12),1 т/2 1 )пвТ 4. По полученным в п.2, 3 величинам О, 52,/ е 1 п тл 1 т 1 т - (1- - у-) (12) с, Ое, С, Р Я определяют ееличииутл ) Т-т/г вили образуют постоянное напряжение, про - среднее значение квадрата опорного порциональное 0(в ); сигнала зп в 1 за время Т. 50 5, Повторяют пп. 1-4 для последоваПодставляя соотношения (4), (5), (6) в тельно перестраиваемых значений частоты формулу(3), полУчим в опорного сигнала до условия полученияР = 02 Аг Сг + Аг- Аг 2 Ахо, аах Цв )=Щ во) при некотором значе- -2 А ОзА О+2 А С, (13) нии частоты м=во у 3 о х Из равенства (5) запишем55 6. Находят величины Ах( в о), Ау( в о), О =АЗ,3= у (14) Ао( в о), соответствующие частоте во . е ие лирежееия 14) 7. Определяют. амплитудуОс=А (С - С )+ОСеиА Сг+С(О - А Сг) 2 А 2 ( ) или С учетом соотношения (6) получими уЧ дгст 9Лу М Ас (Жо гармонической составляющей сигнала О(1).Способ может быть реализован в аналоговом и цифровом виде, однако более про стой является цифровой вариант устройства. В этом случае формулы (7) - (12) принимают вид 10 б= +0 к: 1 н О, = 2-+-Т ок соз ка;12 Функцилов прибораназванием.равления слкретизациисигнала и ихния адресовОЗУ 2 и синустройства. ональное назначение всех уэоднозначно определяется их Укажем только, что блок 4 упужит для заданя моментов дис 1 к = К Л 1 (К = -Г 4, М) входного 5 числа (2 И+1), а также для эадапри запис кодов Ок = О(тк) в хронизации работы всех узлов где а=соЬ 1,Осуществление заявляемого способаможет быть описано достаточно обобщенной схемой устройства, представленной начертеже,Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1, оперативноезапоминающее устройство (ОЗУ) 2, процессор 3, блок 4 управления и блок 5 отображения информации.Сигнальный вход АЦП 1 является входом устройства, вход запуска ЮР 1 подключен к первому выходу блока 4 40управления, а информационный выход АЦП1 соединен с информационным входом ОЗУ2, адресный вход которого подключен к второму выходу блока 4 управления. ВыходОЗУ 2 соединен с информационным входом 45процессора 3, управляющий вход которогоподключен к третьеему выходу блока 4 управления, а выход процессора 3 соединен сблоком 5 отображения информации.50 Исследуемое напряжение О(1) поступает на ЛЦП 1, которым осуществляется преобразование его мгновенных значений в моменты дискретизации 1 к в процорциональные коды Ок = О(тк) = О(КЛ 1). Моменты дискретизации тк задаются блоком 4 управления, на выходе которого формируются в эти моменты сигналы запуска, подаваемые на вход запуска АЦП 1, и коды адреса ОЗУ 2 для записи очередного кода Ок. После записи всех 214+1 кодов Ок в ОЗУ 2 завершается первый этап и начинается второй этап измерений, На этом этапе по сигналам блока управления коды Ок списываются из ОЗУ 2 и вводятся в процессор 3, где производится сначала определение велузи О Ос, Оз и численных коэффициентов С СЯ по заданному значению частоты опорного сигнала, а затем находят значение величины О( а ) согласно выражению (18). Затем зада 1 от новое значение частоты йь и повторяют предыдущие операции. Так продолжается до получения максимального значения величины п 1 ах О( в ) = О( во), при этом получают результат измерения частоты и о После этого переходят к третьему этапу измерений, в ходе которого определяют величины Ах( ао), Ау( а)о), а затем амплитуду и начальную фазу гармонической составляющей сигнала.Коды всех измеренных величины выводятся с процессора 3 в блок 5 отображения информации.Таким образом, использование предлагаемого способа определения характеристик гармонического сигнала обеспечивает возможность определения характеристик гармонического сигнала в широком частотном диапазоне, т.е. инвариантность результатов измерения амплитуды, начальной фазы и постоянной составляющей сигнала к частоте и возможность определения частоты гармонического сигнала.Формула изобретения Способ определения характеристик гармонического сигнала, заключающийся в измерении среднего значения сигнала за произвольно заданное время и двух средних значений за то же время произведений измеряемого сигнала на опорные сигналы, изменяющиеся по законам синуса и косинуса, определении по ним квадратурных составляющих амплитуды и постепенной составляющей сигнала, а по квадратурным составляющим определяют амплитуду и начальную фазу сигнала, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения частоты сигнала и расширения частотного1760470 Составительедактор С.Юрчикова Техред М.Моргентал Корректор Л.Лука з 3184 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 НТ СССР роизводс о-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 диапазона измерения амплитуды, постоянной составляющей и начальной фазы сигнала, формируют сигнал 0(в ), последовательно изменяют частоту опорного сигнала до значения ао, при котором сигнал 0(в ) достигает своего максимального значения, при этом значение частоты . в Оп ринимают за измеренное и определяют соответственно квадратурную и синфазную составляющие амплитуды сигнала Ау( а о) и Ах( во), а по ним и постоянную амплитуду, начальную фазу и постоянную составляющую сигнала, при этом сформированный сигнал ЦФ) . описывается выражением,у.-с) 4Г-сгде Оз, 0 с - усредненные за время Т значе ния произведений измеряемого сигнала наопорные сигналы, изменяющиеся соответственно по законам синуса и косинуса;С = - з 1 п; С 2 = - (1+2, ИТ 2 1 3 ПСОТ