Устройство для измерения амплитуды и фазы низкочастотного гармонического сигнала

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕ 1 ЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ1 РИ ГК 11 Т СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Всесоюзый научно-исследовательскийинститут электроизмерител ьн ых приборов(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДЫ И ФАЗЫ НИЗКОЧАСТОТНОГОГАРМОНИЧЕСКО О СИГНАЛА(57) Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к усИзобретение относится к информационно-измерительной технике в частности к устройствам, использующимся для исследования частотных характеристик широкого класса динамических объектов и систем,Цель изобретения - повышение быстродействия.Сущность изобретения состоит в том, что сигнал реакции испытуемого обьекта на гармоническое воздействие 81 п втумножается только на соэ о)1 при этом производится два усредняющих интегрирования на двух следующих одним за другим интерва 1лах времени длительностью - , где Т =п2 )Т, а и - целое число большее двух, О Значение интеграла на перв е интегрирования равно Тlи А, 81 п (о)т+р)совет б т = Отройствам, использующимся для исследования частотных характеристик широкого класса динамических объектов и систем. Цель изобретения - повышение быстродействия - достигается за счет введения в устройство вычислительного блока 9, функционального преобразователя 2. буферных регистров 7, 8, 10, 11 и образования новых функциональных связей. Устройство также содержит блок 1 управления, масштабный усилитель 3, фильтр 4, аналого-цифровой преобразователь 5, цифровой интегратор 6, блок 12 индикации. 3 ил,= - в(и (/9+- соз ( + у) )А, Аи 87 Т2 ГЛ игде А - амплитуда сигнала реакции;ф- фаза сигнала реакции;и - частота сигнала реакции;На втором интервале интеграл раве ообще на 1-том интервале интеграл рав 8 = - 51 и /) +сии ( - " + (/ ) А Аи 4 Л 2 8 Л и соз () + (/)1 г Л 2 Ч- , 1- - . и -- :ок -- (2 -) ) А с с/т 2 Ии7 С ттг--- -,:и - - - ( 2 - 1 ) Л гоь у И и Иснольэут значения итеграпол на двух соседнихтервалах, получим систему двух линейных алгебра еск х ураней с двутля незвесп ыми 10САв 1 ирОЛсоз у =-аСА ви р с 1Л сов р = и,- (2) где 1 и 2 Г 2 ГС = -- + - вт -- сов -" - (2 - 1 ) 2 4 т ии и 2 г 2 лс 1 =- -- в 1 и -" ви- ( 21 - 1 ) 4 Г и и 1 2 л 2 гл С- т =" -- -- висов - - ( 23 1 л(3) При Гольших ээ.нтях лс а и рв еи е (3) м о к е Г о . а э а т ь : 1е к л р р Р к ть м и 3- э дплохой обуслопепост матриць коэффциегов сстгтмы уравнений (2) В этом случае вместо (3) можно воспользоватьсяизвастнлми спецально раэработанымметодами решения системы уравнений сплохо обусловленными матрцдм коэффициентов или не делать вепчину и наг олько4 г,большой, чтобы матрица становиптнть плохообусловленной.На фиг, 1 представлена функциональная схетлд устройства: нд фг. 2 функциональная схема блока урэвления; нэ фиг. 3г,0функциональная схетэ цифрового интердтсрд,Устройство дпп иззеренп дмппитудыфазы низкочдстотноо тдрьон 1 чессого снала содерхст блок 1 упр; аления, Фукцадльнт ппиГГдзнттсп, 2, тэст;н.г, 5 )усилитель,1, Фильтр 4, днал со ц 1 фровойпреобразоваль 5, цифрот 1 йнте. рдтс:г б,буферные ре истры 7 и 8 г.н; гоп ный 25рсвив кторий Относ.тельно ЛЯи / иР сов р можно . дпигдь в виде блок 9, буферные регстры 10 и 11, блок 12 идикации,Выходы блокд 1 упрдвления соединены со входами функцондгиого преобразоватсря 2, цифровооегрсра б, буферных регистров 7, 8, 10 и 11 вьслиетьного блока 9, сыход функциоального преобразователя 2 через последовд 1 ельно соедин .нные Фильтр 4, аналого.цфровой нробрдзосдель 5, цфровой нтегратор б буферные регистры 7, 8, 10 и 11, вычислител.нй блок 9 соединен со входам блока индикации 12, вцход масштабного усилителя 3 соединен со входот функционального преобразователя 2,Функциондтн,ная схема блока управле 1 я 1 риде,енэ нд +и. 2 Сн соде 1 жг гр бу ернх рисстра 13, 11, 15, входь котор,х . вляюгя входи, бл и урдвпения 1, ттлер 16. линио задержки 17, счетчики 18, 1 т, линию задери,ки 20, пино задержки 22, ОЯ 23. Выход регистра 13 соединен со входом ц) ро-аналогового преобраэовател(ЦЛ 11) 23, кромтсо, он является вторым ;цходом упр;к. ео блока, выход ц 1 ро дна.оговоо.;Грдзовдтепя 23 соединен с одиннадцатым влходом блока управления, выход буфс рного регистра 14 соед; енвьход л блока управления и, кроло тост, подкп чен ко входу управляе.;о тдйкс,рд 16ход которого соединен со входаи лин:и за,р:ски 17, счетчика 18 и счет кд 19, ь.сд лини зддержки 17 соеднен г, регьим выходом бпока унрдвле ия с.о гчечкд 18 сдс ен к четвертиу схсду блика,прдвпея, выход г ;.ч, 19 гпсд нс,п ляходом блока,тр;ьени, кром эго соединен соходами лини зддс ржки 20 и с:четчика 21, вход с:четчикд 19 соединен с выходом буферно о регстра 15, который соединен с девятцм вьходом бпокд угтрдвления, выход счетчика 21 саеднен с восьмым выходом блока утрдвпенит, выход лини задержки 20 подключен к гятому выходу блока урдвлениясоединен со входол линии задержки 22, вьход которой соединен с первым и с:едьтлым выходами блока управленя,Функциональнат схе, д цифрового ин"е ратора б приведена нд фг. 3, Он содер:кт счетчик 24, сумлдор 25, первый вход которого соединен с первым входом цифроеоонтеграторд и, кроме того, второй вход .оеднен со входсм счетчкд 24 и вторым 1 хстдом цифрового интегратора, выход сумэтора 25 соединен с первым выходотл цифового интегратора, а выход счетчика 24 соединен со вторым вьходом цифрового интегратора, третий вход сутлмдтора 25 связансо вторым входом счетчика 24 и соединен с третьим входом цифрового интегратора.Устройство, изображенное на фиг, 1 и предназначенное для реализации предлагаемого способа, функционирует следующим образом.Измерения начинаются с ввода в блок управления 1, например, при помощи ключевых регистров, исходных данных эесперимента: Ч - амплитуда гармонического2 лвоздействия: , где со - угловая частовй2 л та гармонического воздействия;М квант аргумента функционального преобрай 1эования 2 - , где-- принятая в экси иперименте часть периода, в течение которой производится интегрирование Й - число квантов функционального преобразователя 2, в результате введения исходных данных на втором выходе блока 1 управления устанавливается аналоговая величина, равная заданной амплитуде гармонического воздействия, которая поступае 1 на аналоговый вход з п-ного канала преобразователя 2. На выходе программируемого таймера через2 лкаждый интервал времени начинаа) йют появляться импульсы а на выходе счетчика, рассчитанного на максимально допустимое число М, будет с каждым новым импульсом программируемого таймера устанавливаться периодически линейно возрастающее во времени число о пределах от 0 до М, ко 1 орое передается на вход преобразователя 2 для выполнения тригонометрических преобразований На выходе зи-ного канала преобразователя 2 для тригонометрических преобразований образуется гармонический аналоговый сигнал Ояи ол, который подается на вход испытуемого объекта, Сигнал Ази(где 4 р) с выхода обьекта через масштабный усилитель 3 поступает на аналоговый вход сов-ного канала преобразователя 2 для тригонометрических преобразований, на выходе которого образуется аналоговая величина Аью(гл т+ р)сов и т, представляюгцая собой произведение реакции обьекта (Ази(и) ср) на сов щ 1. Для обеспечения благоприятных условий функционирования аналого-цифрового преобразователя 5 выходнои сигнал преобразователя 2 для выполнения тригонометрических преобразований подвергается фильтрации, что позволяет очистить его от аддитивных помех накопившихся в предыдущих блоках преобразований. В выполнении операции цифрово о осредняющего интегрирования участвуют аналого-цифровой преобразователь 5 цифровой интегратор 6 и вычислительный блок 9, Аналого-циФровой преобразователь 5 в режиме внутреннего запуска периодически производит преобразование величины Азп(й)11 ф)сов м т, В момент завершения очередного преобразования на первом выходе аналого-цифрового преобразователя 5 устанавливается цифровой результат преобразования, а на втором его выходе появляется импульс, сигнализирующий о завершении цикла преобразования, под действием кигорого в сумматоре 25 выполняется операция сложения полученного результата преобразования с ранее накопленной суммой, а в счетчике прибавляется единица В момент, когда в счетчике 19 блока управления 1 накопятся очередные М- единиц, сигналом о его переполненииисодержимое буферных регистров 7 и 8, в которых содержатся результаты цифрового интегрирования на предыдущем интервалеТпродолжительностью - , будет перепиисано в буферные регистры 10 и 11, а затем в буферные регистры 7 и 8 будет переписано содержимое выходных регистров счетчика 24 и сумматора 25, после чего эти регистры будут обнулены и начнется новый цикл интегрирования, Далее по задержанному в линиях задержки 20 и 22 сигналу переполнения счетчика 19 инициализируется работа вычислительного блока, который переписывает во внутренную память содержимое регистров 7, 8, 10 и 11 и выполняет операции деления содержимого регистра 8 на содержимое регистра 7, содержимого регистра 11 (ал 1) на содержимое регистра 10, что и дает средние значения интеграла а; на-той и ал 1 на -1-ой1- части периода,иДалее вычислительный блок приозводит вычисление в соответствии с соотношениямиа д -- а - 1 ОЬи -с,г 1; - 1 - с, - 1 д,а с - 1 - а - 1 сО с; - 1 - с, - 1 г 1,Ь 2р = агст 9Ь 1А =уь и +Ь 2,где Ьп, Ь 21 - квадратурная и синфазная составляющие сигнала реакции обз.ектэ нэ 11Еой - части периода,иа - значение интеграла, полу 1 счного в конце данной, 1-той 1/и части периода; т-За 1 = -- 1 Л в 1 п (и т + р) сов Г)т 1 е1 От(,аь 1 - значение интеграла, полученного1в конце предыдущей.1 - части периода;ит(,в- 1 = - ( л сп ( г)1. /) ) г.,-, .)- ( - г)1 и 2 л 2 лс = - + з 1 ц - -сов. - .-(21 -1 )2 4 л пи 1 г,б с - 1 = - + в 1 з- сов- - - (21 - 311 п 2 л 2 л2 4 л ии25 е) = -- з 1 п з - (2 - 1 )и 2 л 2 л 4 л и и О- 1 = - в 1 п з 1 и -- (21 - :1 ) и 2 л 2 л 4 л и и АК = -1) где К 1 - коэФ 1.иционт передачи обьокзэ г частоте вПо завершении вычислительных оцерэ ций по команде вычислитель)оге) блока величины Ьи, Ьг, А, уз и к средаото)1 длл отображения на блок индикации и удер).и ваются там до Появления новых дэннх, полученных нэ следующем+1-ом цикле измерения. А 1, З - амг)литудэ и фаза сигнала реэ. - ции объекта на 1-той 1/ц част периодаКроме того, вычислиелыцй блок вычисляет коэффициент гередачи обьектэ э) частоте и) по формуг)з Формула изобреенияУст ройсЛО для нзлир ив алцли уды и фЭЗЫ ИЗКО ЭСОТНОГО Г 10 ЦГЧЕСКОГО СЬГ- нэлэ, се)дзр;к;че,. :); ,Гз 1, уси;)иел бзЗе)к уцрэвле я, бло ц О к;ц 1, цсследовзельно соедцне ,цльр, эн;лоО- цифровой цреобрэзовэгель, цифровой ин)егрэтор, црием гцхо, фильтрэ соеди.сч с в,.одо 1;иало. игрог,)ГГ)е з:)вателя, цервцй и вто 1 ч)й выходц козорого соединены с первым и в)орым входом цф- РОВОГО ИНТЕГРЭ ГГ)РЭ СГ)ОЗ ЕЗЕ СТ )01110,РЕТИ 1 ВХОД ).ОТОРОГО СГ)Р 3 Е) Г, СЕРВЦЛ ВХОДОЛ бЛОКЭ уцрЭВЛЕ 35,)ХОД МЭСВ ГЭГ ОГО г 11 Л 1- тЕЛЯ СОЕДИНЕ С ВХОДОМ УСтРОйс ВЕ) О т Л И ч Э к) ц и е с я е 1 ), с цельз угелсич Е,1 с)одзйс)ц ч, 3 ".,ГО,пои1Ол ь О ввг" д.ц вычи.лиел1)ок 1,1;ионэль ц цреобрэ:)овэ ч, и, Е з бу 4)рьх 1 еистра, пр :;, Г)зой )р. 1 четгерГцй ьыходц бло э, )р; вл 3 цч со Ди ены Г ОО 0 ГСВ 113Е )ГЛ, 3) )Ц 1 7 РОТ Ь 11. еходэли ,.Укцл) э ь 0 ь цргобрэзовэе )Я, Г)е 1 з) и выход ф1 ) э ль 0 О ц 00) )ЭЗОГЗЛТЗ)В СЗЕД 11СХГДГ 1 У .РП 1 С3 ), выход мэсццэбного уг)Гл: созд.нсч с Зверзц Е)(ОДО 1, и лОз Г 1;Об);1,3 г 3 .л )и г,О )РО 1) ПОД 1. 0 С ХО,301 3 Ч,; , Ч 1;ГЬ 11 1 В ГОО 3 выходь цифровз;тсгрэ 01 зэ соединены ,00 ВоСЕ .1 О С )Х, ,ЕЛК 11 Г)ЕЗГ)0 11 310)О О .)ерух рРГс.Ог, )3 )Г), 0 в,Г)дь коз 01)цк З)ЬДЦ 11)НЫ 31 СО,.ДЦГ, , )5 Г 1)1 В 1,ХОДОф ) л) к э У3 Р 33 /.1,) Длф) в Оз11 т 0 1 з 0 -о буфер;ц, 1 пгцсрпв след: 1 ы сгзтгет. С ВЛ 1 ) ,Г.Г 31 1, ХОДЭ , 1;) ГТ Е. О Гвег. бу )рь х 1; 1 з Ол, в Орые вхсз. ко)орьх обведи.ццодклочец к 3)с)плу вцходу блок уцр 35 ен 5, выход пгрвого; второго буОрц регисрое) гое- Д)но 1 ц с Гз Р 31)О 1)3 кодлы 1 в."11 сЛИТЕЛЬНО О 1)ЛГ ; 3; ОДЦ ГРЕЗ ЬвгО четвертого Г)у 1 гр ц, р)гсгров с)едианц с Гретьим и чг, сг ртРк)дэ)е 1)1 си елыого б)лкэ ОООЗ;От го ослльце вьКОдь блок 1 )р 3 вг,ч соч/зне ы с пяЫЛ Д)35Ь ЗХ ДЭ 1 11)СЛ ГЗЛЬ 1 ОГО 1)ЛОКЭ, ВЬХС ", , КОЗ ПРО,", СО.;,.ЦНОС ВХОДЭ )Л ДЛОКЭ ЧД)К;Ц.1684712 Составитель В,БеличкинТехред М,Моргентал Корректор М.Шароши Редактор И.Сегляник Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 3504 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва,Ж, Раушская наб 4/5