Способ определения момента времени перехода сигнала через нуль

(505 ТЕН ПИ Е ИЗОБ СВИДЕТЕЛЬСТВУ АВТО ражданИ.Янов- . ОМЕНТА А ЧЕРЕЗ времени осится к и может параметдля проперехода еделения ла через1 Я еееееЪ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Киевский институт инженеровской авиации им. 60-летия СССР(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МВРЕМЕНИ ПЕРЕХОДА СИГНАЛ(57) Способ определения моментаперехода сигнала через нуль отнобласти измерительной техникибыть использован при измеренииров прямых и рассеянных сигналовгноэирования момента временисигнала через нуль. В способе опрмомента времени перехода сигна Иэобретени рительной техни вано при измер рассеянных сигнЦель изобре сти применения момента времен нуль.На фиг. 1 и рамма, поясня женного спос структурнаясхе е относится к области иэмеки и может быть использоении параметров прямых и алов,тения - расширение облаза счет прогнозирования и перехода сигнала через иведена временная диагющая сущность предлооба; на фиг. 2 показана ма устройства, реализующе 1812 б 2 б А 1 нуль, основанном на фиксации начальногомомента времени со = О, при котором, сигналх(с) достигаетзаданного порогового уровняЧ, запоминании промежуточных результатов измерений, вычислении момента времени с перехода через нуль по определеннойформуле фиксируют начальный момент времени со, при котором выполняется условиеО, формируют временной шаг Ьсдхдсинтегрирования сигнала, выполйяют интегрирование сигнала в соответствии с определенными выражениями, запоминаютрезультаты интегрирования, определяют;момент времени сф по формуле, а величину. Ьс в следующем цикле измерения устанавФ Фливают в зависимости от величины Ь с ирезультата определения величины М впредыдущем цикле измерения, согласно оп-,ределенной зависимости, величину 9 определлют по формуле. 2 ил,го способ; на фиг, 3 - схема блока управле-ния,ОееСпособ заключается в следующем.Фиксируют начальный момент времени,со = О, при котором сигнал х(с) = Азп(Е+ в с)достигает заданного порогового уровня Ч,если этому моменту предшествовало выполнение условия 1 х(с)1Ч, Формируют вре-менной шаг Ь с интегрирования сигнала,причем величину Ь с устанавливают в зависимости от верхнего значения частоты Ьсигнала по форь)уле Ьс0,1 Лв.еВыполняют интегрирование сигнала всоответствии с выражениями Ц Ц 31 = 3 х(т) дт; Зг =,Г х(0) дц 1 о 1 о тз Зз=,/ х(т) дггде т 1 = Л т; тг = 2 М тз = 3 Ь т; т 4 = 4 ЬЯвный вид выражений (1) имеет вид й 1-) х 1 Пв = - в 1 п (Г+ЛР) в 1 п Л)п 11)Аь АЯг=х 1) д 1 = - 3 и (Р+2 Ьф) зп 2 Лф (2)дйв-)хв) п 1" - в 1 п (В+2 Л)в) в 1 пЛу (3)АС 1 ф где А - амплитуда сигнала, 1 - частота сигнала, Р - начальная фаза сигнала, отвечающая моменту времени Ь (см. фиг. 1), Ьфприращение фазы, сигнала, отвечающей временному шагу Лт интегрирования.Запоминают результаты интегрирования 31; Яг; Яз. Определяют момейт времени 1 перехода сигнала через нуль по формуле косвенного измерения вв - пгвв 2 (;.)=Лт(4) агссоз - М1 2 гдеР=;М=х 1, г2 ЗзНа этом определение момента времени1 в первом цикле измерений завершается,Измерение т в последующих циклах выполняется аналогично, Перед началом очеред. ного цикла измерений осуществляют сбросвсех полученных ранее значений результатов 81; Яг; Зз интегрирования сигнала х(т).. При необходимости осуществлять коррекцию величины шага Ь т интегрирования порезультатам предыдущих измерений,Таким образом, предложенный способпозволяет определять момент времени т+ дотого, как событие перехода сигнала черезнуль произошло, т,.е, позволяет прогнозировать момент времени перехода сигнала через нуль,Устройство, реализующее способ, содержит. пороговое устройство 1, таймер 2, 45 50 55 х(т) = Аз п(Р + в т)где А - амплитуда сигнала, Г - начальная фаза, отвечающая моменту времени Ь (см. фиг. 1). Когда сигнал достигает порогового уровня Ч и при выполнении условий а йО, когда знак производной сигагнала х(1) больше нуля, блок 1 вырабатывает импульс, поступающий на вход таймера 2, который запускается в момент времени (см, фиг, 1), Одновременно блок 6 вырабатывает первый сигнал разрешения, который поступает на управляющие входы интеграторов 3 и 4, Блоки 3 и 4 начинают интегрировать входной сигнал согласно операциям (1), (2). идентичные по структуре и составу первый,второй и третий интеграторы 3, 4 и 5 соответственно, блок управления 6, идентичныепо структуре и составу аналоговые запомиБ нающие устройства 7, 8 и 9 соответственно,решающее устройство 10, устройство индикации 11.Вход порогового устроиства 1 и входыинтеграторов 3, 4 и 5 соединены со входом10 устройства, выходы последних соединены свходами запоминающих устройств 7, 8 и 9соответственно, выходы которых соедине.ны с информационными входами решающего устройства 10, выход которого соединен1 Б с входом устройства индикации 11, синхронизирующий выход порогового устройства 1соединен с управляющим входом таймера 2,выход таймера 2 соединен с управляющимвходом блока управления 6, первый выход20 .блока 6 соединен с управляющими входамиблоков 4 и 8, третий выход блока 6 соединенс управляющими входами блоков Б и 9; причем первый, второй и третий выходы блока6 соединены с соответствующими управля 25 ющими входами блока 10, четвертый выходблока 6 соединен с входами "Пуск". и"Сброс" блока 10, входами "Сброс" интеграторов 3, 4, 5 и запоминающих устройств 7,8, 9 и входом "Сброс" таймера 2.30 Блок управления 6 содержит счетчикимпульсов 12 и формирователь импульсов13, вход счетчика 12 соединен с управляющим входом блока 6, выход счетчика 12 соединен с входом формирователя импульсов.35 13, вйходй которого служат выходами блока 6.Решающее устройство содержит АЦП,регистры памяти и центральный блок,Устройство работает следующим обра 40 зом,На вход устройства поступает сигнал х(т)с круговой частотой в:Таймер 2 формирует тактовые импульсы,следующие через интервал г. Блок б содержит счетчик импульсов 12, который формирует отсчет времени б; 1 = 1,4 следующиечерез интервалы Ьс; 1 = 1,4, При этом Ь == 1 х, где М - коэффициент задаваемый принастройке счетчика. Настройка счетчика выполняется с учетом верхнего значения частоты Ь сигнала. Величину Ь определяют поаприорным данным или по результатам измерений в предыдущем цикле.В одном цикле измерений счетчик формирует четыре временных интервала Ьт,равные по длительности, Значение Ь 1 заносят в соответствующий регистр памяти блока Ю,По истечении первого временного интервала Ьт с начала измерений блок 6 формирует второй сигнал разрешения, которыйпоступает на управляющий вход интегратора 5, Последкий начинает йнтегрироватьвходной сйгнал согласно операции (3).8 момент времени 12 = 2 Ь с блок 6формирует сигнал запрета, который поступает на соответствующий управляющийвход блока 3, Блок 3 прекращает интегрирование входногб сигнала. Одновременно посигналу блока 6 блок 7 запоминает результат интегрирования 31.В момент времени тз = 3 Ь 1 блок б формирует сигнал Запрета, который поступаетна соответствующий управляющий входблока 5.Блок 5 прекращает интегрированиевходного сигнала, Одновременно по сигкалу блока 6 блок 9 запоминает результат интегрирования Яз.ФВ момент времени т 4 = 4 Ь 1 блок 6 формирует сигнал запрета, который поступаетна соответствующий управляющий входблока 4, блок 4 прекращает интегрированиесигнала. Одновременно по сигналу блока 6блок 8 запоминает результат интегрирования 32,По сигналу "Пуск" блока 6 решающееустройство 10 считываетиз регистра памятизначение Ьт и результаты интегрирования31; Я 2: Яз с выходов блоков 7, 8, 9 соответственно, преобразует последние в цифровуюформу и вычисляет момент времеки 1+ перехода сигнала через нуль по формуле (4). Пускблока 10 осуществляется передним фрон том импульса на выходе В 4 блока б. Значение 1" отображается на экране устройства11. На этом цикл измерений завершается,, Блок 6 формирует сигнал "Сброс", под действием которого в блоках 3, 4, 5 и 7, 8, 9осуществляется сброс значений 31: 32; Язодновременнг очищаются регистры блокаЧерез интервал времени Л т = 5105 с блока 6 формирует второй сигнал разрешения,.блок 5 начинает интегрирование сигнала х(т). По сигналам блока 6 в момент времени т 2 = 1104 с блок 3 прекращает интегрирование. Результат интегрирования 31= 8,55 - 10 Вс запоминается в блоке 7. В момент времени тз = 1,510" с блок 9 запоминает 4 оезультат интегрирования Яз =1,1610 Вс, В момент т 4 = 210 с блок 8-4 запоминает результат интегрирования 32 = =2,21 10 Вс,По сигналу блока 6 решающее устройство 10 считывает все результаты интегрирования, преобразует их в цифровую форму и вычисляет момент времени по формуле (4): т = 5.10 522,93 = 1.14510 с. При этом: 40 50 55 М= =1984 Р== 0769; Я, 31 ЯзЯз 10, После этого устройство готово к выполнению очередного цикла измерений, Сброс осуществляется задним фронтом импульса на выходе В 4 блока б, Запись значения Ьт 5 в соответствующий регистр памяти блока 10может выполняться автоматически, для чего используют соответствующую связь между блоками б и 10(на фиг 2 не показана),Все узлы и блоки устройства выполкены 10 на основе типовых агрегатированныхсредств измерительной и вычислительной техники, Блоки 3, 4, 5 и 7, 8, 9 являются аналоговыми, блок 10 - цифровьм и содержит в своем составе АЦП, Управляющий 15 блок 6 выполняет элементарные логическиефункции и собран из соответствующих микросхем.П р и м е р 1 реализации способа.В метеонавигациокной доплеровской 20 РЯС формируется сигнал, моменты времениего перехода через нуль подлежат измерению. По предварительным данным верхнее значение частоты сигнала не превышает 2 кГц. Исходя из этого настраивают счетчик 25 на формирование шага интегрирования Ьт ==510 с. Выбирают пороговый уровень 1 = =3 В, исходя из возможных значений амплитуды сигнала, и соответствующим образом настраивают блок 1.30 Определение момекта времеви т осуществляется следующим образом. Блок 1 вырабатывает импульс, поступающий на вход блока 6. Последний запускает таймер 2 в момент времени то. Этому моменту вре мени отвечает фаза сигнала Г, Одновременно блок б вырабатывает первый сигнал разрешения, блоки 3 и 4 начинают интегрирование сигнала х(т).= 0,26 рад.; агс 19 РМ - 1 сов - М =0,126 рад.12 А=5,7 В; 1=12,73 кГц; Т 7,8510 с ,8 925 1, .5 интеглоковИзмерение завершается в момент вре- В.с мении 1=410 с, а моментвремениспе 5 ое 30 хода через нуль настуйит через сф = 3,610 с, ройст- Следовательно; способ обеспечивает проразует гнозирование момейта времени с+. омент Таким образом, предложенный способ уль по обеспечивает прогнозирование момента35 времени перехода сигнала через нуль, Эторасширяет область применения способа. числе- Другим преимуществом предложенноготехйического решения является высокаяточность измерений. Это достигается за40 счет того, что в формуле (4) используетсяотношение результатов интегрированиясигнала М = - ; Р =, Благодаря этомуЗ 2, З 1ЗзЗзисключается мультипликативная погреш-45 ность измерений. Аддитивная погрешностьизмерений существенно уменьшается благодаря операциям интегрирования сигнала,Еще одно преимущество предложенного способа состоит в его быстродействии50 (момент т определяется до наступления события перехода сигнала через нуль).Предложенный способ характеризуетсяпростотой практической реализации, .Формула изобретения55 1. Способ определения момента времени перехода сигнала через нуль, основанный на.фиксации начального моментавремени то, при котором сигнал хт) достигаетзаданного порогового уровня Ч, запомиР== 0,975;З 1 Зз- = 1,99;З 2Зз агссоз -1 21 рад Для определенности укажем параметрысигнала х(1), измеренные прецизионнымисредствами;А = 11,4. В; Т 1 Л = 2,510 з, с; Р = 0,26рад.Таким образом, измерение завершает,ся в момент времени т 4 = 210 с, а моментвремени 1 перехоуа через нуль наступитчерез 1 = 1,14510 с. Следовательно, способ обеспечивает возможность прогнозирования наступления момента времени 1,П р и м е р 2 реализации способа,Верхнее значение частоты сигнала равно 5=806 Гц, пороговыйуровень равен Ч==5 В. Устанавливают шаг интегрирования,, равный Ь= 1,2510 4 с, для чего соответствующим образом настраивают счетчиВ процессе измерений блоки 7.запомнили следующие результатырирования, полученные на выходах б3, 4, 5З 1= 1,33510 з В,с; З 2 = 2,72510 зЗз = 1,36910 з В,с,По сигналу блока 6 решающее уство 10 считывают эти значения, преобих в цифровую форму и вычисляет мвремени с перехода сигйала через нформуле (4):.1 = 1,2510 419,716 = 2,46410 з сРезультаты промежуточных выний равны Р М. - 1Для определенности укажем параметрысигнала х(т). Измеренные прецизионными средствами: А = 5,6 В; 1 = 127,4 Гц; Т1 Ф7,8510 с;Таким образом, измерение завершается в.момент времейи И = 5104 с,:а,момент. времени 1" перехоуа через нуль наступитчерез 1+ = 2,46410 с, Следовательно, способ обеспечивает прогнозирование моменТа времени 1,П р и м е р 3 реализации способа,Исходя из верхнего значения частотысигнала счетчик настроен на формированиешага интегрирования Ь т, = 110 с, Порого 5 вый уровень установлен равным Ч = 1,45 В.В процессе измерений блоки 7, 8, 9запомнили следующие результаты интегрирования, полученные на выходах блоков 3,4, 5;10 З 1 ="-2,42105 Вс З 2=-0,58510 ВсЗз - - 2,95510 5 ВсЛо сигналу блока 6 решающее устройство 10 считывает эти значения, преобразуетих в цифровую форму и вычисляет момент15 времени по формуле(4):, т 110 36=3,610. спри этом: М = 1,993; Р -0,818Следовательно, интегрированию подвергался отрицательный полупериод сигна 20 ла х(1).Для определенности укажем параметрыф сигнала х 11),Измерение прецизионными средствами:10 1812626 где Р= - М=Я 1, Я 2 Яз Яз 1 О - ц 20 нании промежуточных оезультатов измерений, вычислении момента времени 1 перехода через нуль, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения области применения путем обеспечения прогнозирования момента времени перехода сигнала через нуль, фиксируют начальный момент времени то, при хотором вмпопняетси усповие дх т) О, фар мирупот временной швг Ь тдтинтегрирования сигнала, выполняют интегрирование сигнала в соответствии с выра- жениями Ц яг - 7 х(т) йт: Зт - Х х(т) От; Бз- х(т) ОтГдЕт 1 ни Ьт; ЬЬт:тЗЬт; т 4-4 Ьзапоминают результаты интегрирования,определяют момент времени т по формуле л- агст 2 Р 4 ММ .РМ - 1 (1 тЦ вгссов - М1 2. Способ определения момента време ни перехода сигнала поп,1,отл ича ю щийс я тем, что величину временного шага ЛГв следующем цикле измерения устанавливают в зависимости от величины Лт и результата определения величины М в 10 предыдущем цикле измерения согласно зависимостиагссозДР-Д тМ15 агссоз величину 9 определяют из условия Р 8тГ 4 - Му "вгссов - )1 ем2 где е 1 - предел относительной погрешно 5 сти определения момента 1; ем - предел относительной погрешности определения1812626 2 Фиг.дСоставитель М. ЛеоноваРедактор Л. Народная Техред М.Моргентал Корректор М,Куль . Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 1580 Тираж ВНИИПИ Государственного омите 113035, МоскваПодписноео изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР35, Раушская наб 45 .