Амплитудно-фазовый анализатор гар-моник

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистинеских Республик(51)М. Кл.з 6 01 й 23/1 б 4157/18-21 исоедииением заявки йо осударствеииый комитет СССР оо делам изобретений и открытий2) Авторы изобретенм Жариков и А. М А, Б. Артамоно 1 Заявител нинградский орден инститит им.(54) АМПЛИТУДНО-ФАЗОВЫЙ АНАЛИЗАТОР ГАРМОНИ первого л клюох Изобретение относится к электроизмерительной и аналого-цифровой вычисительной технике и предназначено для нахождения линейчатых амплитудного и фазового спектров периодического аналогового входного сигнала, т.е. для получения его спектрального состава.Известед 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 1(.Однако схема устройства получается сложной и дорогой перестраиваемый,синусно-косинусный генератор является высококачественным, с малыми нелиней ными искажениями, множительные устройства, кроме высокой точности, обладают высоким быстродействием. В итоге получается устройство, содержащее около десяти достаточно слож ных и точных блоков.Наиболее близким по техническОЙ сущности к предлагаемому является амплитудно-фазовый анализатор гармоник, содержащий генератор синусно енина электротехнич скийИ. Ульянова (Ленина косинусного напряжения и первый и второй аналоговые ключи, вход аналогового ключа подключен к первому входу устройства, первый выход которого через второй аналоговый ч соединен с первым выходом генерат ра синусно-косинусного напряжения.Кроме того, амплитудно-фазовый анализатор гармоник содержит преобразователь координат, состоящий иэ шести нелинейных вычислительны блоков (.21.Недостатком этого устройства является его сложность, обусловленная наличием преобразователя координат, состоящего из шести нелинейных вычислительных блоков. Иэ теории надежности известно, что чем устройство сложнее, тем оно менее надежно.Цель изобретения - повышение надежности устройства.Указанная цель достигается тем, что .в амплитудно-фазовый анализатор гармониксодержащий генератор синус- но-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 генератора815669 синусно-косинусного напряжения, введе-.ны компаратор, конденсатор, операционный усилитель, блок цифровой управляемой проводимости, блок цифро-:-вого управляемого сопротивления,третий, четвертый и пятый аналоговыеключи, выход первого аналогового ключа через блок цифрового управляемогосопротивления подключен к первомувходу генератора синусно-косинусногонапряжения, второй вход которого соединен со вторым входом устройства ис первым входом блока цифровой управляемой проводимости, второй вход которого через третий аналоговый ключподключен к третьему входу устройства, выход блока цифровой управляемой 15проводимости соединен со входом операционного усилителя, выход которогочерез параллельно соединенные четвертый аналоговый ключ и конденсаторподключен к выходу блока цифровой 20управляемой проводимости и - черезпятый аналоговый ключ - ко второмувыходу устройства, второй выход генератора синусно-косинусного напряжения соединен со входом компаратора.Устройство определяет амплитудуС к и фазу Чк для К-гармоник входногосигнала Ч(с) .в соответствии с выражениямиЧ (1) 30 Ч (Р а а Ч(Р)1 4ходного напряжера справедливоО при Чак1.при Чаквходногогармоники фффЫдБф 3 Г) где ю = аааЗ.Если ключи 12, 13 и 14 замкнуты н время Т, а коэффициенты передачи определяются выражениямиЖТЪ4 клф то в момент размыкания ключей выходные напряжения интеграторов2 г 2 ЛЧ ( Т ) щ - . ) Ч ( й ) с о 5 (вт.е. эти напряженияентам разложения в рме Ч,ц, ЧЭто 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 про а к - с)дс - Ч,ц,Травны коэффици яд Фурье в Фор 5 Т - период сигнала,К - номер (к:3,)в - масштабный коэффициент(В/рад).Устройством осуществляется переход от а, Ьк к С, Мк . кроме того, для получения на выходе устройства амплитуды к в .ой гармоники, а не величины -"- С , практИческое испольк фзование которой затруднено, иссследуемый входной сигнал Ч(с) поступает не через постоянный резистор на первый вход генератора синусно-косинуснрго напряжения, а через малоразрядный блок цифрового управляемого сопротивления.На фиг, 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг, 2 функциональная схема генератора синусно-косинусного напряжения; на фиг. 3 - функциональная схема преобразователя координат на основе развертывающих систем.Амплитудно-фазовый анализатор гармоник содержит генератор 1 синусно-косинусного напряжения,компаратор 2,опе рационный усилитель З,блок 4 цифрового 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 г- 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 Ч(с) (фиг.2). В исходном состоянии на интеграторах генератора 1 синусно-косинусного напряжения установлены нулевые начальные условия. При с = О замыкаются ключи 12, 13 и 14. Тогда работа схемы в операторной форме описывается выражениемРд + а аЧ,(Р) Ч(Р)Откуда иуФбнБ 1 п з)ч(цВп ммж 1 ( ятак как в нем отсутствуют прецизионные быстродействующие множительныеустройства и отдельный блок преобразования координат.Амплитудно-фазовый анализатор гар"моник может найти применеиие в составе различного рода информационноизмерительных комплексов и систем,в качестве автономного устройствадля спектрального анализа различного вида механических и акустическихколебаний, преобразованных предварительно в напряжение, при аппаратурномопределении 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 управляющегокода й на величину Мо (код, обратнопропорциональный периоду входногосигнала). Для управления.коэффициентом передачи а используется цифровое,управляемое сопротивленйе. Анализу первой гармоники соответствует. код, равный единице младшего разряда. Увеличение номера анализируемойгармоники соответствует увеличениюна единицу кода й .Таким образом, в первом такте каждого иэ подциклов, при замыкании навремя ключей генератора, вычисляютсявеличины Нд и Н . Во втором тактеиодцикла входной сигнал отключаетсяот генератора, вхема переходит в режим преобразования координат (фиг.3),построенного на основе развертывающих систем. В отмечаемый компара Отором К момент времени, когда выходное напряжение второго интегратораравно нулю, напряжение с выхода первого интегратора равно амплитуде, ас выхода дополнительного интегратора пропорционально фазе исследуемойгармоники, т.е. реализуются уравнения 1-1, 1-2.Блок цифровой управляемой проводимости во входной цепи дополйительного интегратора введен для того,чтобы отношение.оставалось постоянным,ТТаким образом, амплитудно-Фазовыйанализатор гармоник существенно проще и, следовательно, надежнее известного. Из его схемы целиком исклю".чается сложный вычислительный блокпреобразователь координат, введенный в схему блок цифрового управляемого сопротивления проще любого дели Отельного устройства, которые необходимо вводить по входу Н(с) в известном устройстве для того, чтобы получить с выхода величину С, а не СтАмплитудно-фаэовый анализатор гармоник также имеет значительные преимущества перед устройствами подобного типа, от которых он отличаетсяпростотой, так как в схемотехникефильтрации просто реализуется лишьнахождение амплитудного спектра, аопределители фазового спектра достаточно сложны, быстродействием, таккак время переходных процессов вполосовом фильтре тем больше, чемполоса пропускания фильтра, более 55простой схемой при анализе низкочастотных сигналов, так как низко-.частотные фильтры громоздки, а гете:родинное преобразование частоты дляухода в полосу более высоких частот - осложно. По сравнению с анализаторамис непосредственной реализацией уравнений 1 и 2 амплитудно-фазовый анализатор гармоник существенно проще,Амплитудно-фазовый анализатор гармоник, содержащий генератор синуснокосинусного напряжения и первый ивторой аналоговые ключи, вход первогоаналогового ключа подключен к первомувходу устройства, первый выход которого через второй аналоговый ключсоединен с первым выходом генераторасинусно-косинусного напряжения,о т л н ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повьзаения надежности амплитудноФазового анализатора гармоник, в неговведены компаратор, конденсатор, операционный усилитель, блок цифровойуправляемой проводимости, блок цифрового управляемого сопротивления,третий, четвертый и пятый аналоговыеключи, выход первого аналогового ключа через блок цифрового управляемогосопротивления подключен к первомувходу генератора синусно-косинусногонапряжения, второй вход которого соединен со вторым входом устройстваи с первым входом блока цифровойуправляемой проводимости, второйвход которого через третий аналоговый ключ подключен к третьему входуустройства, выход блока цифровойуправляемой проводимости соединенсо входом операционного усилителя,выход которого через параллельносОединенные четвертый аналоговыйключ и конденсатор подключен к выходу блока цифровой управляемой проводимости и - через пятый аналоговыйключ - ко второму выходу устройства,второй выход генератора синусно-косинусного напряжения соединен совходом компаратора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 174805, кл. 6 01 К 23/16, 1965,2. Кори.Г, А. Моделирование случайных процессов на аналоговых и аналого-цифровых машинах. М., "Мир",1968, с.233-235 (прототип).815669 и Составитель М. Пластининедактор Н. Рогулнч Техред А.Вабннец Коррек Сте о комитет й и откры ушская наб 5 1130 филиал ППП "Патент"г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ 1030/76ВНИИПИпо Тираж 732Государственногелам иэобретенисква, Ж, Ра Подписное а СССР тий, д. 4/