Устройство для измерения параметров амплитудно модулированных сигналов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 175683 7 А 51)5 0 01 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ 0 ГКНТ СССРПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4м Г- ,.1 2(21)4729317/21 : нуса и косинуса всех трех гармонических (22) 09.08.89 составляющих АМ сигнала и по этим вели- (46) 23.08,92, Бюл. Р 31 . чинам находят измеряемые параметры. В (72) М,Я,Минц, В.Н.Чинков, А.Л.Савицкий и устройство, содержащее входной блок, пер- С.В.Коваль .. вый формирователь опорногосигнала, две (56) Авторское свидетельство СССР .; цепи иэ последовательно соединенныхбло- М 752195, кл. 0 01 В 29/06, 1980, . . ка перемножения,электронного ключа пер- (54) УСТРОйСтВО для ИЗМЕРЕНИЯ ПА- вой группы и интегратора, первый блок РАМЕТРОВ АМПЛИТУДНО-МОДУЛИРО- возведения в квадрат и извлечения квадратВАН-ЫХ СИГНАЛОВ :,. "ного корня, первый вычислитель функции (57) Изобретение относится к измеритель-агссц, блок деления, блок управления и блок ной технике и может быть использовано при индикации, введены второй и третий формипостроении измерителей параметров амп-рователи опорного сигнала, шесть цепей из литудно-модулированных (АМ) сигналов.: . последовательно соединеннйх квадратора, Цель изобретения - повышение точности . электронного ключа и интегратора, десятьизмерений за счет исключения методиче-, цепей из последовательно соединенных ской погрешности дискретности, уменьше- блока перемножения электронного ключа и 3 ние времени измерений и расширенйе интегратора, вторая группа извосемнадцафункциональных воэможностей устройства ти электронных ключей, блок решения сисза счет измерения фазы несущей, Изобрете- темы линейных алгебраических уравнений, ние основано на определении средних вайа- второй блок возведенияа квадрат и извле" чений АМ сигнала на функции синуса ичения квадратногокорня, второй вычисли-3 косинуса частоты огибающей, а такЖе среД-. тель функции агс 19 и блок вычитания. П 6 нихзначенийквадратовэтихфункцийифун- указанным выше величинам составляют кции косинуса, причем дополнительно: шесть линейных алгебраических уравнений измеряют аналогичные величины для боко-и из их решения находятчетыре составляю- выхчастотАМ сигйала и средние значения щие, по которым определяют измеряемые СЛ шестипопарныхпроизведенийфункцийси- параметры,2 ил -., ОСО Ы 1 змерений и раСширение функцвозможностей за счет измеренщей..1 представлена структурная схества для измерения параметровов; на фиг,2 - функциональнаяблока управления,тво изобретеййя состоит в следуИзобретение относи ной технике и пред измерения параметров лированных(АМ) сигнало ной форме огибающей, а несущей и огибающей, г фаз несущейи огибающЦель изобретения - сти за счет исключения грешности дискретно тся к измеритель- назначено для амплитудно-моду- в при синусоидальименно: амплйтуд, убины модуляции; и.повышение точно- методической поти. умен ьшйнйе ия времени и ондльных фазы несу На фиг ма устрой АМ сигнал схема егоСущес ющем,83 Запишем выражение для АМсинусоидальной огибающейО О= ОО (1 +С сов (Йй - фсов (а ф СиГКЭЛ где Р.5Ж - ОфсовиЩ; У,"-ОЩвпцЩофХф - ЩЙсовЫ,сНтц(11 рЯД 3 1 в=фйсовивИ 1; в. Цфвеи,(Я 10 тК,сои 1 й; РОо - амплитуда несущей;,и - коэффициент модуляции;Я, О - круговая частота и фазФй, ф - круговая часто и фаФВыражение (1) представ огибаВЙ ИМ 88-в 1 в О Ь вюОвЩ,о аВ фасо Фф Ф91 совявЦ вОвсовы совивЦО Вх л (+Ф): ; С в=- ОО,И со2 1у =-Ив 1 п / - ф); (5) М- И.сигнал оо(т) соуЯ 1), к которой внесейй и случаиий. Тогда- ю) ; Щ ч .+ стны, тО 86 ли- ВИСЯТ ОТ ВХОД- адаватьСя а измеря(6) алгоритм обеспе имОЙ пОСИГНЭЛЭ ЛЯ ЭТОГОВИДВ ИК) С а тЭкО рый особа. Ве ааиСят От да измеряТИ, ВнО работЬНЫМ. у, обе Е Система из шести лин 0 ческйх уравненйй (8) для и Ах, Вх, Сх и Ау, Ву, Су р незааиСимцЕ систЕмы из каждая. Решая эту систему программам, находим вели 5 А, Ву, С, После этого мо искомые параметры АМ си ным формулам:- амплитуду несущейрешно=1,(о(т)-"(т)РИз условия равенства нулю соответствующих производных функционала получим систему уравнений: . 4 ЛИТЬ ЕСт 50 36: ц) Аф Ь рп Д при Аао фРвР РФ причем Предположим, что АМ держит аддитивную помех общем случае могут быть бт . нйе погрешности измерен Вмый смгнало(т) = оо(т)+ фПоставим задачу; найт обработки сигнала о, кот чивал минимум погрешнос мехами, причем время Т об о(т) должно быть произвол найдем величины Ах, Ау, В печивающие минимум погТ Если частоты а и й из чины а Й, фй(1,Ь 0,1,2) не ного сигнала и могут аналоговом или цифровом тельно упрощает реализац личины Хо, Х 1 Х 2, Уо, У 1 входного сигнала и поэтому ЮТСЯ. ейных алгебраи- ОСТИ ИЭВВСТНЫХ аСпалась на две трех уравнений по стандартным чины Ах, Вх, Сх и жно опреде гНала иаа1756837 35 40 45 50 155 7 .бой и подключены к второму выходу блока77 управления, третий выхОд которого соединен с управляющим (девятнадцатым) входом блока 78. Первый выход блока 78решения системы линейных алгебраиче ских уравнений соединен с первыми входами блока 79 возведения в квадрат иИзвлечения квадратнбго корняйвычйслителя 81 функции агсщ, второй выход - к вторым входам блока 79 и вычислителя 81,третий выход - к первым входам блока 80возведения в квадрат иизвлечения"квадратного корня и вычислителя 82 функции агс 1 д,а четвертый выход - к вторым входам блока80 и вычислителя 82. Выходы блоков 79 и 80возведения в квадрат и извлечения квадратного корня соединены с двумя точками, объедийяющими соответственно первые ивторые входы блока 83 деления и блока 85. индикации, а выход блока 83 деления подключен к третьему входу блока 85 индикации. Выход вычислителя 81 функции агс 1 дсоединен с первым входом (входом вычитанйя) блока 84 вычитания и четвертым входом блока 85 индикации, а выход. вычислителя 82 функции агстд подключен квторому входу (входу суммирования) блока84 вычитания, выход которого соединен спятым входом блока 85 индикации.Блок 77 уйравления сбдержитгенератор 86 импульсов, кнопку 87 "Пуск", формирователь 88 импульсов, вычитающийсчетчик 89, элемент И 90, триггеры 91 и 92 иэлемент 93 задержки (фиг.2).Кнопка 87 "Пуск" через формирователь88 импульса подключена к В-входу триггера91, прямой выход которого соединен с первым входом элемента И 90, к второму входукоторого подключен генератор 86 импульсов, а выход элемента И 90 соединен с 3 входами триггеров 91 и 92, прямой иинверсный вйходы которого-слкатйервыми третьим выходами блока 77 управления,второй выход. которого через элемент 93задержки подключен к инверсному выходутриггера 92,. Исследуемый сигнал и(т) через входной блок 1 поступает на формирователи 2-4 опорных сигналов и на первые входы блоков 11-16 перемножения. На двух выходах каждого из формирователей 2-4 образуются соответствейно опорные сигналы зи ай и соз в , з 1 п вс 1 й соз а т, з 1 п са т и соз в 2 т нормированные по амплитуде, для удобства зайисей примем ее единичной, Опорнйй сигналз 1 п а т с первого выхода формирователя 2 поступает на квадратор 5, на второй вход блока 12 перемножения и на первые входы блоков 20 и 22. перемножения, Опорный сигнал соз а 1 с второго выхода формирователя 2 подается на Фвадратор 6, на второй вход блока 11 пере множения и на первые входы блоков 17 и19 перемножения. Опорный сигнал зи со т с первого выхода формирователя 3 поступает на квадратор 1, на вторые входь блоков 14 и 20 перемножения и на первый 10 вход блока 21 перемножения. Опорныйсйгнал соз в 1 1 с второго выхода формирователя 3 подается на квадратор 8, на вторые входы блоков 13 и 17 перемножения и на первый вход блока 18 перемножения.15 Опорный сигнал зи а 2 1 с первого выходаформирователя 4 поступает на. квадратор 9 и на вторые входы блоков 16, 21 и 22 перемножения. Опорный сигнал соз й 1 с второго выхода формирователя 4 подается на квэдратор 10 и на вторые входы блоков 15, 18 и 19 перемножения. На выходах квадраторов 5-10 образуются соответственно сигналы зи ат,соз ат, зпи 1,. соз со 3 т, зп в 3 т, соз в 3 с, э на выходах блоков 11-22 перемножения - соответственно сигналы произведений о(т) соз в 1, ф)з 1 п и 1, ц(т)соз в т, о(т)зи в с, ц(с)соз Й 2 1, 0(т)зп 032 с, созс 01 созО 1 з созО т соз а 2 г, Соз вт соз са т, зи аз 1 п в т,30 з 1 п а с з 1 п оа с, з 1 п в т з 1 п в 2 1 Выходные сигналы квадраторов 5-10 иблоков 11-22 перемножения подаются на сигнальные входы соответственно аналоговых электронных ключей 23-40, которые в исходном состоянии закрыты по своим упрэвляющим входам потенциалом с первого выхода блока 77 управления и сигналы через них на интеграторы 41-58 не проходят. Интеграторы в исходном состоянии обнулены, так как их выходы через электронные ключи 59-76, открытые по управляющим.входам потенциалом с второго выхода блока 71 управления, подключены к корпусу(или нулевому потенциалу);: В блоке 77 управления триггеры 85-87 установлены в нулевое состояние, элементы И 88 и 89 закрыты по первому входу сигналами низкого уровня с прямых выходов триггеров 86 и 87 соответственно. Процесс измерений начинается при нажатки кнопки 87 "Пуск" в блоке 77 управления, при этом на выходе формирователя 88 образуется импульс, поступающий на йвход триггера 91, устанавливая его в единичное состояние, Потенциалом с первого выхода триггера 91 открывается в элемент И 90, и импульсы с генератора 86 импульсов через этот элемент подаются на вход вычифъ 1756837 10 50 55 тающего счетчика 89 и на В-вход триггера 92. Первым тактовым импульсом, поступаЮ- щим с выхода элемента И 90 на В-вход триггера 92, последний устанавливается в единичное состояние, Потенциалом с пря-: 5мого выхода триггера 92, подаваемым попервому выходу блока 77 управления на объединенные между собой управляющие входы электронных ключей 23-.40, последние открываются, и сигналы с выходов квад раторов 5-10 и блоков 11 - 22 перемноженйя поступают на интеграторы 41 - 58 соответс гвенно, Одновременно с этим потенциаломс инверсного выхода триггера 92, подаваемым по второму выходу блока 77 управле-" 15 ния на обьединенные между собой управляющие входы электронных ключей 59 - 76, последние закрываются, снимая ну-,левой потенциал с выходов интеграторов.С поступлением на вычитающий счет чик 89 числа тактовых импульсов, равного Кп, он обнуляется и на его выходе образуется сигнал переполнения, которь 1 й подается на Я-входы триггеров 91 и 92, возвращая ихв исходное (нулевое) состояние. Тем самым 25 сигналом с прямого выхода триггера 91 закрывается элемент И 90, а сигналом с прямого выхода триггера 92 (первйй выход блока 77 упрааления) закрываются электронные ключи 23-40. К этому моменту времени на выходах интеграторов 41-58 образуются напряжения, пропорциойаль-ные соответственно величинамРоо аоо Р 11; а 11.,Д 2, а 22, Хо, Уо, Х 1, У 1, Х 2, У 2, ао 1, 2, а 12, ро 1, ро 2,/312. Эти йа пряжения вводятся в блок 78 решения сис-:, темы линейных алгебраических уравнений по сигналу, поступающему с третьего выхода блока 77 управления на девятнадцатый вход, вход управления блока 78, в котором 40осуществляется решение системы уравнЕний (8), в результате чего на его четырехвыходах образуются сигналы (аналогбвые или цифровье), пропорциональные величи- нам Ах, Ау, Вх, Ву, С задержкой, определяемой временем переходных процессов блока 78 и задаваемой элементом 93 задержки в. блоке 77 управления, на его втором вйходе образуется потенциал, которым электройные ключи 59-76 открываются, закорачивая выходы интеграторов 41 - 58 на корпус и гем самым обнуляя их (или возвращая в исходное состояние).Сигналы, пропорциональные величинам А и Ау, с первого и второго выходов блока 78 поступают на блок 79 возведения в квадрат и извлечения квадратного корня и на вычислитель 81 функции агс 19, на выходах которых образуются сигналы, пропОрциональные амплйтуде несущей Оо согласно формуле (10) и фазе несущей ф согласноформуле (11),Сигналы, пропорциональные величинам Вх и Ву, с третьего ичетвертого выходовблока 78 поступают на блок 80 возведенияв квадрат и извлеченияквадратйого корня и .на вычислитель 82 функции агссд, на выходах которых образуются сигналы, пропорциональные амплитудеогибающей Оысогласно формуле (12) и величинеагстд(В/Вх) при Вх0 и величинеагстд(Ву/Вх) + кздпВпри ВхО.Сигналы с выходов блоков 79 и 80 возведения в квадрат иизвлечения квадратного корня подаются на блок 83 деления, навыходе которого образуется сигнал, пропорциональный коэффйциенту модуляциир согласно формуле (1 4).Сигналы с выходов вычислителей 81 и82 функции агссд поступают на блок 84 вычитания, на выходе которого образуется сигнал, пропорциональньй фазе огибающейсогласно формуле (13).Выходные сигналы блоков 79 - 84, пропорциональные измеряемым величинам Оо,Оп, р, ф и р соответствейно, поступают наблок 85 индикации для отображения результатов измерений. На этом процесс измерений завершается.Таким образом, использование предлагаемого способа и устройства дляизмерения параметров" амплитудно-модулированных сйгналов обеспечивает повышение точности измерений, котороеобусловлено исключением методическойпогрешности дискретности, вызываемойтем, что в известных Изобретениях для определения коэффициентамодуляцйй и фазыогибающей испольэукгГся только отдельныеотсчеты (или мгновенныезначения) АМ сигнала, соответствующие амплйтудам несущей за период огибающей, а впредлагаемом устройстве - все мгновенныезначения АМ сигнала эа время измерений Т;уменьшение времени. измерений, котороеможет быть выбрано произвольно и, как показано выше, меньше периода огибающей,что особенно существеннО при низких и инфраниэких частотах; расширение функциональных возможностей за счет измеренияфаз огибающей.и несущей,Формула изобретенияУстройство для измерения параметровамплитудно-модулированных сйгналов, содержащее входной блок, первый формирователь опорного сигнала, две цепи изпоследовательно соединенных блока перемножения, электронного ключа и интегратоодиннадцатого блока перемножения, а второй выход - с входом четвертого квадратора, вторыми входами третьего и седьмого волоков перемножения и первым входом 5 восьмого блока перемножения, первый выход третьего формирователя опорного сигнала соединен с входом пятого квадратора и вторыми входами шестого, одиннадцатого и двейадцатого блоков перемножения, а. О второй выход - с входом шестого квадратора и вторыми входами пятого, восьмого и девятого блоков перемножения, управляющие входы восемнадцати электронных ключей первой группы объединены между, 5 собой и подключены к первому выходу блока управления, выход каждого из интеграторов соединен через электронный ключ второй группы с корпусом и с соответствующим входом блока решения системы линей- О ных алгебраических . уравнений;управляющие входы всех электронных ключей второй группы объединены между собой и подключены к второму выходу блока управления, первый и второй выходы блока 5 решения системылинейных алгебраическихуравнений соединены с объединенными между собой двумя входами первого блока возведения в квадрат и извлечения квадратного корня. второй выход- с входом первого О вычислителя функций агсщ, третий и четвертый выходы - с объединенными входами второго блока возведения в квадрат и извлечения квадратного корня и втОрого вычислителя функций агссц, выходы первого и второго блоков возведения в квадрат и извлечения квадратного корня подключены к двум входам блока деления, выходы первого и второго вычислителей функций агссц - к двум входам блока вычитания, а выходы блока деления, второго блока возведения в квадрат и извлечения квадратного корня и блока вычитания подключены к третьему, четвертому и пятому входам блока индикации.11 ра, первый блок возведения в квадрат и извлечения квадратного корня, первый вычислитель функции агс 1 ц, блок деления, блок управления и блок индикации, причем входной блок выходом подключен к точке, объединяющей вход первого формирователя опорного сигнала и первые входы перво го и второго блоков перемножейия, о т л и ча ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности за счет исключения методической 1 погрешности дискретности, уменьшения времени измерений и расширения функциональных возможностей за счет измерения фазы. несущей, в него введены два формирователя опорного сигнала, шесть цепей, каж :дая иэ которых состоит из последовательно соединенных квадратора, электронного ключа и интегратора, десять цепей из последовательно соединенных блока перемножения, электронного ключа и интегратора 2 каждая,- вторая группа из восемнадцати электронных ключей, блок решения систе. мы линейных алгебраических уравнений, второй блок возведения в квадрат и извлечения квадратного корня, второй вычисли тель функций агстд и блок вычитания, причем входы второго и третьего формирователей опорного сигнала и первые входы третЬего, четвертого, пятого и шестого блоков перемножения объединены между со бой и подключены к выходу входйого блока, первый выход первого формирователя опорного сигнала соединен с входом первогоквадратора, вторым входом второго блока перемножения и первыми входами 35 десятого и двенадцатого блоков перемножения, а второй выход - с входом второго квадратора, вторым входом первого блока перемножения и первыми входами седьмого и девятого блоков перемножения, первый 40 выход второго формирователя опорного сигнала соединен с входом третьего квадратора,вторйми входами четвертого и десято.го блоков перемножения и первым входом1756837Составитель В.ЧинковРедактор Е.Папп Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова Заказ 3086 Тираж Подписное. ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10