Устройство временной привязки к экстремальным значениям гармонического сигнала

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 10, 07, 78 (21) 2640193/18-21с присоединением заявки Мо(23) ПриоритетОпубликовано 231280, Бюллетень М 47Дата опубликования описания 2512. 80 С О 1 а 23/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(71) Заявитель Красноярский политехнический институт(54) УСТРОЙСТВО ВРЕМЕННОЙ ПРИВЯЗКИ К ЭКСТРЕМАЛЬНЫМ ЗНАЧЕНИЯМ ГАРМОНИЧЕСКОГО СИГНАЛАИзобретение относится к радио- измерительной технике и мо:".ет быть использовано в широкодиапазонных измерителях временных характеристик гармонических ."игналов и, в частности, фазометрах, ИГВЗ, частотомерах и периодомерахИзвестны измерители временных характеристик гармонических сигналов, содержащие усилители-ограничители, пороговые элементы, генераторы и счетчики 11.Недостаток известных устройств низкая точность измерения.Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности является устройство, содержащее генератор,усилитель-ограничитель, регистр, элемент сравнения кодов, счетчик, элемент пуска и управляемый триггер 2)Недостаток устройства - низкая точность измерения.Цель изобретения - повышение точности к экстремальным значениям синусоидального сигнала.Эта цель достигается тем, что в устройство временной привязки к экстремальным значениям гармонического сигнала, содержащее усилительограничитель, генератор, управляющий триггер, последовательно соединенные элемент пуска, регистр иэлемент сравнения кодов, а также5 счетчик, выходы которого подключенык вторым входам элемента сравнениякодов, введены распределитель им- пульсов, триггер, элемент ИЛИ, первый и второй элементы совпадения, О счетный триггер, последовательносоединенные дополнительный регистри дополнительный элемент сравнениякодов, последовательно соединенныекоммутатор, ключ, формирователь и 15 блок задержки, выход которого подключен к первому входу счетчика импульсов, второй вход которого соединен с третьим входом элементасравнения кодов, с вторым входом 2 О дополнительного элемента сравнениякодов и с первым ныходом распределителя импульсов, второй выход последнего подключен к второму входу ключа, к первым входам первого и вто рого элемнтов совпадения, к первому входу коммутатора, к первому выходу счетного триггера и к первомувыходу дополнительного элементасравнения кодов, второй выход кото рого соединен с первым входом триг-,гера и первым входом элемента ИЛИ,второй вход последнего подключен квторому входу триггера и к выходуэлемента сравнения кодов, при этомвторой выход счетного триггера соединен с четвертым входом элементасравнения кодов, со вторым входомкоммутатора, и со вторым входом второго элемента совпадения, третийвход которого подключен ко второмувходу первого элемента совпадения,к входу счетного триггера и к выходууправляемого триггера, первый входпоследнего соединен с выходом формирователя, второй вход управляемоготриггера подключен к выходу элемента ИЛИ, выходы усилителя-ограничителя соединены с третьим и четвертымвходами коммутатора, выход первогоэлемента совпадения подключен ко.второму входу регистра, третьи входыкоторого соединены с первыми входамидополнительного регистра, второйвход последнего подключен к выходуэлемента пуска, выход второго элемента совпадения соединен с третьим входом дополнительного регистра,а выходгенератора подключен к входу распределителя импульсов.На фиг. 1 приведена структурнаясхема устройства временной привязкик экстремальным значениям гармонического сигнала; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.Устройство временной привязки кэкстремальным значениям гармонического сигнала содержит генератор 1,распределитель 2 импульсов, счетчик 3, регистры 4 и 5 и элементы6 и 7 сравнения кодов, триггер 8,элемент 9 ИЛИ, усилитель-ограничитель 10, коммутатор 11, ключ 12,формирователь 13, элемент 14 задержки управляющий триггер 15, счетныйтриггер 16, элементы 17 и 18 совпадений и элемент 19 пуска.Устройство работает следующимобразом,Рассмотрим работу устройства придействии на входе усилителя-ограничителя чистого синусоидального сигнала без шумов, При этом на выходахусилителя-ограничителя 10 имеют место прямоугольные импульсы (Фиг. 2 а,б)фронты которых привязаны к нульпереходам исследуемого сигнала. Коммутатор 11, управляемый счетнымтриггером 16, обеспечивает поочередное подключение сигналов с прямоголибо инверсного выходов усилителяограничителя 10 к ключу 12. На второй вход этого ключа поступает последовательность импульсов высокойчастоты следования с выхода распределителя 2 импульсов (фиг. 2 в),используемая для сброса счетчика 3в нулевое состояние и записи информации со счетчика 3 в регистры 4и 5. Импульс на выходе ключа 12(Фиг. 2 д) имеет место при действииположительной полуволны сигнала навыходе коммутатора 11. Он стандартизируется по длительности и амплитуде формирователем 13 и поступаетна вход установки нуля управляющеготриггера 15 и через элемент 14 задержки - на сброс счетчика 3. Времязадержки импульса сброса (Фиг.2 ж)должно быть достаточно для переключения управляющего триггера 15 внулевое состояние (фиг, 2 е), запрещающее запись информации со счетчика в регистры памяти. Одновременнос этим переключается и счетныйтриггер 16 (фиг, 2 з), подключаячерез коммутатор к ключу 12 противоположный выход усилителя-ограничителя 10, на котором в данный момент действует отрицательная полуволна сигнала, запрещающая формиро вание импульсов сброса. При этомсчетчик регистрирует импульсы совторого выхода распределителя 2 импульсов, сдвинутые по отношениюк импульсам записи на период часто ты генератора 1. Перед началом работы с помощью элемента 19 пускаосуществляется предустановка регистров памяти на некоторое число,не превышающее половины периода наиболее высокочастотного входногосигнала, При совпадении текущегокода счетчика с начальным кодом регистров памяти на выходе одного изэлементов 6 и 7 сравнения кодов (взависимости от состояния счетноготри=гера 16) появляется импульс переноса (фиг. 2 и, к), который черезэлемент 9 ИЛИ устанавливает управляющий триггер 15 в состояние 1, разрешающее прохождение импульсов за писи через один из элементов 17 и18 совпадений на соответствующийрегистр памяти, Запись информациисо счетчика в регистр осуществляется с уменьшенным вдвое весом, Приизменении полярности сигнала на выходе коммутатора 11 запись информации в регистр памяти прекращается,происходит сброс счетчика и коммутация прямого и инверсного выходовусилителя-ограничителя. В результате в регистре памяти оказываетсязаписанным число, равное половинедлительности одной из полуволн выходного сигнала усилителя-ограничителя, Аналогично, в течение следующего полупериода сигнала во второй регистр памяти запишется число,равное половине длительности второйполуволны выходного сигнаЛа усилителя-ограничителя, В следующем пери оде сигнала на выходе элементов 6и 7 сравнения кодов сформируются импульсы переноса, соответствующиепо времени серединам соответствующих полуволн выходного сигнала уси лителя-ограничителя или иначе - при 7898555 0 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 вязанные к экстремальным значениям входного сигнала (без учета инерционности усилителя-ограничителя), Эти импульсы управляют триггером 8, формирующим сигнал типа меандр, сдвинутый по фазе относительно входного сигнала на 90 (фиг, 2 л). Одновременно в каждом периоде сигнала происходит обновление информации, записываемой в регистры памяти, так что временное положение импульсов привязки определяется измеренными значениями длительности соответствующих полуволн в предыдущем периоде сигнала, Устройство автоматически входит в установившийся режим, начиная со второго периода сигнала после момента пуска.Необходимый объем счетчика определяется нижней частотой рабочего диапазона И)Г /4 Р, где Г - частота генератора, Для уменьшения объема считчика можно понижать частотув области низких частот, Ее минимально возможное значение ограничивается допустимой погрешностью дискретного преобразования.На фиг. 2 м, н приведены временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства при наличии широкополосного шума, При прохождении смеси сигнала и шума через усилитель-ограничитель возникают ложные нуль-переходы (фиг. 2 м), количество которых возрастает с уменьшением отношения сигнал-шум, и отношения частоты сигнала к полосе шумов. Наибольшая вероятность и соответственно найбольшее время пребывания смеси сигнала и шума выше (ниже) нулевого уровня (Гс Сс ) имеют место в области эк 1стремальных значений сигнала. При больших отношениях сигнал-шум в это время существенно превышает длительности выбросов С .В установившемся режиме в регистра 4 и 5 в каждом периоде сигнала записываются коды, соответствующие половине длительности интервалов С,СПри совпадении их с текущйми кодами счетчика 3 с выходов элементов б и 7 сравнения кодов снимаются импульсы, привязанные к серединам интервалов Юс . Временное положение этих импульсов, а также фронтов меандра на выходе триггера 8 (фиг.2 н) в математическом ожидании совпадает с экстремальными значениями входного синусоидального сигнала. Оно не изменяется при изменении соотношения .сигнал-шум и уходов нулевой линии усилителя-органичителя.При поникении отношения сигналшум различие: в длительностях интервалов г и выбросов (пауз) бъ уменьшается и при определенных условиях становится трудноразличимым. При этом возможен как пропуск сигнала, так и ложное срабатывание уст ройства, Однако, вероятность ложного срабатывания, т.е. формирования двух и более импульсов привязки к одному из экстремальных значений сигнала за период, в данном устройстве гораздо меньше, так как после первого срабатывания происходит коммутаЦия полярности сигнала. При этом счетчикзаполняется лишь в течение короткого выброса, следующего после момента коммутации, не вызывающего вторичного срабатывания элемента 7 сравнения кодов.Практически в предлагаемом уст-, ройстве формирование импульсов привязки осуществляется путем цифровой обработки сигнала, основанной на анализе длительности выбросов и пауз смеси сигнала и шума.Введение новых элементов и связей позволяет повысить помехоустойчивость устройства временной привязки к экстремальным значениям гармонического сигнала примерно в 2 раза за счет существенного уменьшения вероятности ложных срабатываний.,Наличие импульсов привязки к обоим экстремальным значениямсигнала, временное положение которых практически не зависит от уходов нулевой линии и соотношения сигнал-шум, повы" шает точность измерении (случайная среднеквадратическая погрешность уменьшается в (2 раз), а также быстродействие (особенно на низких и инфранизких частотах), расширяет возможности применения данного устройства в измерительной технике (например, в качестве широкодиапазонного квадратурного устройства). Формула изобретения Устройство временной привязки к экстремальным значениям гармонического сигнала, содержащее усилитель- ограничитель, генератор, управляющий триггер, последовательно соединенные элемент пуска, регистр и элемент сравнения кодов, а также счетчик, выходы которого подключены к вторым входам элемента сравнения кодов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности привязки, в него введены распределитель импульсов, триггер, элемент ИЛИ, первый и второй элементы совпадения, счетный триггер, последовательно соединенные дополнительный регистр и дополнительный элемент сравнения кодов, последовательно соединенные коммутатор, ключ, формирователь и блок задержки, выход которого подключен к первому входу счетчика импульсов, второй вход которого соединен с третьим входом элемента сравнения кодов с вторым входом дополнительного элемента сравнениякодов и с первым выходом распределителя импульсов, второй выход последнего подключен к второму входуключа, к первым входам первого ивторого элементов совпадения, к первому входу коммутатора, к первомувыходу счетного триггера и к первому выходу дополнительного элемента сравнения кодов, второй выход которого соединен с первым входомтриггера и первым входом элементаИЛИ, второй вход последнего подключен к второму входу триггера и к вы"ходу элемента сравнения кодов, приэтом второй выход счетного триггерасоединен с четвертым входом элемента сравнения кодов, со вторым входом коммутатора и со вторым входомвторого элемента совпадения, третийвход которого подключен ко второмувходу первого элемента совпадения,к входу счетного триггера и к выходу управляемого триггера, первый вход последнего соединен с выходомформирователя, второй вход управляемого триггера подключен к выходуэлемента ИЛИ, выходы усилителя-ограничителя соединены с третьим ичетвертым входами коммутатора, выходпервого элемента совпадения подключен ко второму входу регистра, третьи входы которого соединены с первыми входами дополнительного регистра, второй вход последнего подключенк выходу элемента пуска, выход второго элемента совпадения соединенс третьим входом дополнительногорегистра, а выход генератора подключен к входу распределителя им 15 пульсов.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРУ 311214, кл. 0 01 К 25/00, 1969,щ 2, Авторское свидетельство СССРР 573772, кл. С 01 В 25/00, 1976."Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Филиал П 031/43 Тира ВНИИПИ Государственнпо делам иэобрете 113035, Москва, Ж1019го комит ий и открытий Раушская наб.