RU1812626C - Способ определени момента времени перехода сигнала через нуль - Google Patents

Abstract

Способ определени  момента времени перехода сигнала через нуль относитс  к области измерительной техники и может быть использован при измерении параметров пр мых и рассе нных сигналов дл  прогнозировани  момента времени перехода сигнала через нуль. В способе определени  момента времени перехода сигнала через 0, формируют временной шаг At куль, основанном на фиксации начального момента времени to 0, при котором.сигнал x(t) достигает заданного порогового уровн  V, запоминании промежуточных результатов измерений, вычислении момента времени t перехода через нуль по определенной формуле фиксируют начальный момент времени to, при котором выполн етс  условие ах (О at Интегрировани  сигнала, выполн ют интегрирование сигнала в соответствии с определенны ми выражени ми, запоминают результаты интегрировани , определ ют момент времени t no формуле, а величину А Гв следующем цикле измерени  устанавливают в зависимости от величины A t и результата определени  величины ffl в предыдущем цикле измерени , согласно определенной зависимости, величину М определ ют по формуле. 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к области измерительной техники и может быть использовано при измерении параметров пр мых и рассе нных сигналов.

Цель изобретени  - расширение области применени  за счет прогнозировани  момента времени перехода сигнала через нуль.

На фиг. 1 приведена временна  диаграмма , по сн юща  сущность предложенного способа; на фиг. 2 показана структурна  схема устройства, реализующего способ; на фиг. 3 - схема блока управлени .

Способ заключаетс  в следующем.

Фиксируют начальный момент времени Ь 0, при котором сигнал x(t) Asin{F + o t) достигает заданного порогового уровн  V, если этому моменту предшествовало выполнение услови  x(t)| V. Формируют временной шаг A t интегрировани  сигнала, причем величину At устанавливают в зависимости от верхнего значени  частоты fe сигнала по формуле At 0,1,/fe.

00

N3 О Ю О

Выполн ют интегрирование сигнала в соответствии с выражени ми

Si Jx(t)dt; S2 jx(t)dt;

toto

S3 /x(t)dt(1)

ч

где ti At; t2 2 At; 13 3 At; t4 4 At Явный вид выражений (1) имеет вид

Si Jx(t) dt - ---- sin (F+Др) sin Ap. (1)

. I

to

A

л - f

S2 /xjt) dt - sin (F+2A0 sin 2Ap

t0 ;

yt-i

sln(F+2A$sin A (3)

где A - амплитуда сигнала, f - частота сигнала , F - начальна  фаза сигнала, отвечающа  моменту времени to (см. фиг, 1), kip- приращение фазы, сигнала, отвечающей временному шагу At интегрировани .

Запоминают результаты интегрировани  Si; 82; 83. Определ ют момент времени t перехода сигнала через нуль по формуле косвенного измерени 

п - arctg

- 4 - М2

2Р

Дт-

РМ -1

-М

arccos -у М

rAeP |L;M |L/На этом определение момента времени t в первом цикле измерений завершаетс , Измерение в последующих циклах выполн етс  аналогично. Перед началом очередного цикла измерений осуществл ют сброс все полученных ранее значений результатов Si; 82; 83 интегрировани  сигнала x(t). При необходимости осуществл ть коррекцию величины шага At интегрировани  по результатам предыдущих измерений.

Таким образом, предложенный способ позвол ет определ ть момент времени t до того, как событие перехода сигнала через нуль произошло, т.е. позвол ет прогнозировать момент времени перехода сигнала через нуль.

Устройство, реализующее способ, содержит пороговое устройство 1, таймер 2,

а в

(1)

At

(1)

(2)

(3)

сигаюip- ей

ваени уле

(4)

ени тс , оледрос ьтаx (t). рекпо

идентичные по структуре и составу первый, второй и третий интеграторы 3, 4 и 5 соответственно , блок управлени  б, идентичные по структуре и составу аналоговые запоми5 нающие устройства 7,8 и 9 соответственно, решающее устройство 10, устройство инди- каций 11.

Вход порогового устройства 1 и входы интеграторов 3, 4 и 5 соединены со входом

10 устройства, выходы последних соединены с входами запоминающих устройств 7, 8 и 9 соответственно, выходы которых соедине- .ны с информационными входами решающего устройства 10, выход которого соединен

15 с входом устройства индикации 11, синхронизирующий выход порогового устройства 1 соединен с управл ющим входом таймера 2, выход таймера 2 соединен с управл ющим входом блока управлени  б, первый выход

20 .блока 6 соединен с управл ющими входами блоков 4 и 8, третий выход блока § соединен с управл ющими входами блоков 5 и 9, причем первый, второй и третий выходы блока 6 соединены с соответствующими упраёл 25 ющими входами блока 10, четвертый выход блока 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 управлени  б содержит счетчик

. импульсов 12 и формирователь импульсов 13, вход счетчика 12 соединен с управл ющим входом блока 6, выход счетчика 12 соединен с входом формировател  импульсов

35 13, выходы которого служат выходами блока 6. -.;. „ ... -. . ;:-.;-.-. ..-. . . .

Решающее устройство содержит АЦП,

регистры пам ти и центральный блок.

Устройство работает следующим обра40 зом.

На вход устройства поступает сигнал x(t) с круговой частотой со:

5

5

x(t) Asin(F + wt)

где А - амплитуда сигнала, F - начальна  фаза, отвечающа  моменту времени j0 (см. фиг. 1). Когда сигнал достигает порогового уровн  V и при выполнении условий

дх-( t}

--д- . О , когда знак производной сигнала x(t) больше нул , блок 1 вырабатывает импульс, поступающий на вход таймера 2, который запускаетс  в момент времени (см. фиг. 1). Одновременно блок б вырабатывает первый сигнал разрешени , который поступает на управл ющие входы интеграторов 3 и 4. Блоки 3 и 4 начинают интегрировать входной сигнал согласно операци м (1), (2).

Таймер 2 формирует тактовые импульсы, следующие через интервал г. Блок 6 содержит счетчик импульсов 12, который формирует отсчет времени tt; I 1,4 следующие через интервалы Att; 1 1,4. При этом At k r, где k- коэффициент задаваемый при настройке счетчика. Настройка счетчика выполн етс  с учетом верхнего значени  частоты fB сигнала. Величину fB определ ют по априорным данным или по результатам из- мерений в предыдущем цикле.

В одном цикле измерений счетчик формирует четыре временных интервала At, равные по длительности. Значение At занос т в соответствующий регистр пам ти бло- ка 10.

По истечении первого временного интервала At с начала измерений блок б формирует второй сигнал разрешени , который поступает на управл ющий вход интеграто- ра 5. Последний начинает интегрировать входной сигнал согласно операции (3).

В момент времени t2 2 At блок 6 формирует сигнал запрета, который поступает на соответствующий управл ющий вход блока 3. Блок 3 прекращает интегрирование входного сигнала. Одновременно по сигн алу блока 6 блок 7 запоминает результат интегрировани  Si.

8.момент времени ts 3 At блок 6 фор- мирует сигнал запрета, который поступает на соответствующий управл ющий вход блока 5.

Блок 5 прекращает интегрирование входного сигнала. Одновременно по сигна- лу блока б блок 9 запоминает результат интегрировани  8з.

В момент времени t4 4 At блок 6 формирует сигнал запрета, который поступает на соответствующий управл ющий вход блока 4, блок 4 прекращает интегрирование сигнала. Одновременно по сигналу блока 6 блок 8 запоминает результат интегрировани  $2| ,

По сигналу Пуск блока 6 решающее устройство 10 считывает из регистра пам ти значение. At и результаты интегрировани  Si: 82; Ssc выходов блоков 7,8,9 соответственно , преобразует последние в цифровую форму и вычисл ет момент времени t пере- хода сигнала через нуль по формуле (4). Пуск блока 10 осуществл етс  передним фронтом импульса на выходе В4 блока 6. Значение г отображаетс  на экране устройства 11. На этом цикл измерений завершаетс . . Блок 6 формирует сигнал Сброс, под действием которого в блоках 3, 4, 5 и 7, 8, 9 осуществл етс  сброс значений Si; S2; Ss одновременно очищаютс  регистры блока

10. После этого устройство готово к выполнению очередного цикла измерений. Сброс осуществл етс  задним фронтом импульса на выходе В 4 блока 6. Запись значени  At в соответствующий регистр пам ти блока 10 может выполн тьс  автоматически, дл  чего используют соответствующую св зь между блоками 6 и 10 (на фиг..2 не показана).

Все узлы и блоки устройства выполнены на основе типовых агрегатированных средств измерительной и вычислительной техники. Блоки 3, 4, 5„ и 7, 8, 9  вл ютс  аналоговыми, блок 10 - цифровым и содержит в своем составе АЦП. Управл ющий блок 6 выполн ет элементарные логические функции и собран из соответствующие микросхем ..

П р и м е р 1 реализации способа.

В метеонавигацирнной доплеровской РЛС формируетс  сигнал, моменты времени его перехода через нуль подлежат измерению . По предварительным данным верхнее значение частоты сигнала не превышает 2 кГц. Исход  из этого настраивают счетчик на формирование шага интегрировани  At с. Выбирают пороговый уровень V 3 В, исход  из возможных значений амплитуды сигнала, и соответствующим образом настраивают блок 1.

Определение момента времени t осуществл етс  следующим образом. Блок 1 вырабатывает импульс, поступающий на вход блока 6. Последний запускает таймер 2 в момент времени t0. Этому моменту времени отвечает фаза сигнала F, Одновременно блок 6 вырабатывает первый сигнал разрешени , блоки 3 и 4 начинают интегрирование сигнала x(t).

Через интервал времени At с блока 6 формирует второй сигнал разрешени , блок 5 начинает интегрирование сигнала x(t). По сигналам блока б в момент времени t2 с блок 3 прекращает интегрирование. Результат интегрировани  Si 8,55-10 5 В с запоминаетс  в блоке 7. В момент времени ts 1,510 с блок 9 запоминает результат интегрировани  Sa 1,16 10 4 В с. В момент IA 210 с блок 8 запоминает результат интегрировани  S2 2,21 104 В с. По сигналу блока 6 решающее устройство 10 считывает все результаты интегрировани , преобразует их в цифровую форму и вычисл ет момент времени по формуле (4): t - 5.,93 - 1.145 10 3 с. При этом:

§L S3

1,984; РIL

S3

0,769;

(Y4-fvF

2p

PM-1

-M

) 0,26 рад.;

arccos TJ- M 0,126 рад.

Дл  определенности укажем параметры сигнала x(t), измеренные прецизионными средствами:

. А - 11,4 В; Т - 1 /f - 2,. с; F - 0,26 рад. -. -; /.; : ;; ; - ;- : Таким образом, измерение завершает- , с  в момент времени t4 с, а момент времени t перехода через нуль наступит через t 1,145 Ю с. Следовательно, способ обеспечивает возможность прогнозировани  наступлени  момента времени t.

Пример 2 реализации способа.

Верхнее значенье частоты сигнала рав- но fa-800 Гц, пороговый уровень равен V 5 В. Устанавливают шаг интегрировани , равный Д t 1, с, дл  .чего соответствующим образом настраивают счётчик. . В процессе измерений блоки 7, 8, 9 запомнили следующие результаты интегрировани , полученные на выходах блоков 3,4, 5 -. : -

Si 4,335-103 В.с; $2 - 2.725-103 В.с

8з 1,369-10 3 В.с. :

По сигналу блока б решающее устройство 10 считывают эти значени , преобразует их в цифровую форму и вычисл ет момент времени t.перехода сигнала через нуль по формуле (4):.. -

,25-10419,716 2,464МО 3 с.

Результаты промежуточных вычислений равны

М

qq. S3 У

1

РSi

S3

arceos ,1 рад

arctg {

V4 - М2

2Р

-М

) 1,17 рад.;

. РМ.-1 Дл  определенности укажем параметры

сигнала x(t). Измеренные прецизионными 50 средствами: А 5,6 В; f 127,4 Гц; Т

7,85 10 3с;

Таким образом, измерение завершаетс  в момент времени t4 с, а .момент 55 времени t перехода через нуль наступит через г 2,464-10 с. Следовательно, способ обеспечивает прогнозирование момента времени.

Пример 3 реализации способа. Исход  из верхнего значени  частоты сигнала счетчик настроен на формирование шага интегрировани  At . Пороговый уровень установлен равным V 1,45 В. В процессе измерений блоки 7, 8, 9 запомнили следующие результаты интегрировани , полученные на выходах блоков 3,

4 5:« л St «-2,42-10 5 В с S2 -0,585 10 4B C

Ss -- 2,955

По сигналу блока 6 решающее устройство 10 считывает эти значени , преобразует их в цифровую форму и вычисл ет момент времени по Формуле (4):

t -по -3В-3, при этом: М 1,993; Р 0,818

Следовательно, интегрированию подвергалс  отрицательный прлупёриод сигнала ). ,: . /// :: .... ; .; ..

Дл  определенности укажем параметры

сигналах)Измерение прецизионными средствами:

А 5,7 В; f 12,73 кГц; Т - 7, с

. Благодар  этому

Измерение завершаетс  в момент времени ц с, а момент времени t перехода через нуль наступит через t 3,6-10 с. Следовательно; способ обеспечивает прогнозирование момента времени t.

Таким образом, предложенный способ обеспечивает прогнозирование момента времени перехода сигнала через нуль. Это расшир ет область применени  способа.

Другим преимуществом предложенного технического решени   вл етс  высока  точность измерений. Это достигаетс  за счет того, что в формуле (4) используетс  отношение результатов интегрировани  Si

S3

Claims (1)

1. исключаетс  мультипликативна  погрешность измерений. Аддитивна  погрешность измерений существенно уменьшаетс  благодар  операци м интегрировани  сигнала. Еще одно преимущество предложенного способа состоит в его быстродействии (момент t определ етс  до наступлени  событи  перехода сигнала через нуль). . Предложенный способ характеризуетс  простотой практической реализации. Формула изобретени  1. Способ определени  момента времени перехода сигнала через нуль, основанный на фиксации начального момента времени to, при котором-сигнал x(t) достигает заданного порогового уровн  V, запоми , S2 сигналам-

   5з