RU2212676C2

RU2212676C2 - Signal amplitude measuring device

Info

Publication number: RU2212676C2
Application number: RU2000130432/09A
Authority: RU
Inventors: Ф.В. Зандер
Original assignee: Красноярский государственный технический университет
Priority date: 2000-12-04
Filing date: 2000-12-04
Publication date: 2003-09-20

Abstract

FIELD: electronic engineering. SUBSTANCE: signal amplitude measuring device has reference voltage generator; first and second multipliers whose first inputs receive signal being measured and second ones are connected to outputs of reference voltage generator; first and second squarers whose inputs are also connected to outputs of reference voltage generator; third multiplier both of whose inputs are also connected to outputs of reference voltage generator; five integrators whose inputs are connected to outputs of first and second multipliers, first and second squarers, and third multiplier, respectively; computer unit whose inputs are connected to outputs of all integrators, data output, to display input, control outputs, to control inputs of control unit; outputs of the latter are connected to control inputs of integrators, display, and reference voltage generator. EFFECT: enlarged functional capabilities. 1 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области электрорадиоизмерений и может быть использовано для измерения амплитуды гармонического сигнала за малое время измерения, в том числе и за время, меньшее периода (полупериода) гармонического сигнала и некратное периоду сигнала, с повышенной точностью и помехоустойчивостью. The present invention relates to the field of electro-radio measurements and can be used to measure the amplitude of a harmonic signal in a short measurement time, including for a time shorter than the period (half period) of a harmonic signal and a multiple signal period, with increased accuracy and noise immunity.

Известно устройство, реализующее способ измерения амплитуды сигнала по А. С. СССР 1465786, содержащее генератор опорного напряжения, восемь перемножителей, четыре квадратора, четыре интегратора, два преобразователя отношений, два сумматора, три блока вычислений и один индикатор, а также блок управления. Недостатком его является невозможность измерения значения амплитуды сигнала при нефиксированном однозначно времени измерения. Невозможно также проведение нескольких промежуточных измерений в рамках одного измерительного интервала. Это связано с тем, что в данном устройстве форма опорного сигнала зависит от величины времени измерения, так как опорный сигнал формируется за время, менее периода измеряемого сигнала, и привязан к середине измерительного интервала. A device is known that implements a method for measuring signal amplitude according to A.S. USSR 1465786, comprising a reference voltage generator, eight multipliers, four quadrators, four integrators, two relationship converters, two adders, three calculation units and one indicator, as well as a control unit. Its disadvantage is the impossibility of measuring the amplitude of the signal when the measurement time is uniquely fixed. It is also impossible to carry out several intermediate measurements within the same measuring interval. This is due to the fact that in this device the shape of the reference signal depends on the magnitude of the measurement time, since the reference signal is formed in a time shorter than the period of the measured signal and is tied to the middle of the measurement interval.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство, реализующее оптимальную по критерию максимального правдоподобия оценку амплитуды гармонического сигнала при неизвестном фазовом сдвиге для сигнала с шумами, содержащее генератор опорного напряжения, два перемножителя, два интегратора, вычислительный блок и индикатор, причем входы первого и второго перемножителей подключены к входу измеряемого сигнала и выходам генератора опорного напряжения, вход первого интегратора подключен к выходу первого перемножителя, вход второго интегратора подключен к выходу второго перемножителя, выходы интеграторов подключены к входу вычислительного блока, выходом подключенного к индикатору результата измерения (см. кн. Б.Р. Левин, Теоретические основы статистической радиотехники, - М.: Радио и связь, 1989. с.593). Closest to the technical nature of the proposed device is a device that implements the optimal criterion for maximum likelihood estimation of the harmonic signal amplitude for an unknown phase shift for a signal with noise, containing a reference voltage generator, two multipliers, two integrators, a computing unit and an indicator, the inputs of the first and the second multipliers are connected to the input of the measured signal and the outputs of the reference voltage generator, the input of the first integrator is connected to the output of the first multiplier, the input of the second integrator is connected to the output of the second multiplier, the outputs of the integrators are connected to the input of the computing unit, the output connected to the indicator of the measurement result (see book. B.R. Levin, Theoretical foundations of statistical radio engineering, - M .: Radio and communication, 1989 p. 593).

В соответствии с прототипом результат измерения определяется в вычислительном блоке устройства по формуле

где

Здесь ξ(t) - измеряемый гармонический сигнал, Т_и - время интегрирования (измерения).In accordance with the prototype, the measurement result is determined in the computing unit of the device according to the formula

Where

Here ξ (t) is the measured harmonic signal, T _and is the integration (measurement) time.

Данный алгоритм вычисления амплитуды в устройстве обеспечивает оптимальное но критерию максимального правдоподобия измерение амплитуды при времени измерения. равном или, в более общем случае, кратном периоду сигнала, позволяя проводить непрерывные измерения, не ограниченные длительностью времени измерения и производить несколько измерений в течение времени измерения, при условии, что между моментами измерения укладывается целое число периодов измеряемого сигнала. This algorithm for calculating the amplitude in the device provides an optimal amplitude measurement at the measurement time but the criterion of maximum likelihood. equal to or, in a more general case, a multiple of the signal period, allowing continuous measurements, not limited by the length of the measurement time and several measurements during the measurement time, provided that between the moments of measurement fits an integer number of periods of the measured signal.

Однако при времени измерения, меньшем периода (полупериода) сигнала, измерение амплитуды указанным устройством становится практически невозможным из-за возникновения большой систематической погрешности. However, when the measurement time is shorter than the period (half-period) of the signal, the measurement of the amplitude of the specified device becomes almost impossible due to the occurrence of a large systematic error.

Продемонстрируем сказанное следующим образом. Let us demonstrate what was said as follows.

Измеряемый гармонический сигнал с учетом наличия шумовой составляющей определится следующим выражением:
ξ(t) = E₀+S_т0sin(ω₀t+φ₀)+n(t), (4)
где E₀, S_т0, ω₀, φ₀ - постоянная составляющая, амплитуда, частота и фазовый сдвиг исследуемого сигнала, n(t) - флуктуационный шум, присутствующий совместно с полезным сигналом.The measured harmonic signal, taking into account the presence of the noise component, is determined by the following expression:
ξ (t) = E ₀ + S _t0 sin (ω ₀ t + φ ₀ ) + n (t), (4)
where E ₀ , S _t0 , ω ₀ , φ ₀ is the constant component, amplitude, frequency, and phase shift of the signal under investigation, n (t) is the fluctuation noise present together with the useful signal.

Подставив (4) в (2) и (3), взяв интегралы и подставив результат в (1), получим выражение для измеренной амплитуды

Как видно из (5), при T_и, равном или кратном периоду сигнала Т₀, S_тизм = S_т0. Если же T_и меньше или некратно периоду сигнала; то возникает постоянная систематическая погрешность, зависящая как от времени измерения, так и от начального фазового сдвига измеряемого сигнала. В этих условиях измерения практически невозможны.Substituting (4) in (2) and (3), taking the integrals and substituting the result in (1), we obtain the expression for the measured amplitude

As can be seen from (5), at T _and equal to or a multiple of the signal period T ₀ , S _tism = S _t0 . If T _and less or non-multiple of the signal period; then a constant systematic error arises, depending both on the measurement time and on the initial phase shift of the measured signal. Under these conditions, measurements are almost impossible.

В основу настоящего изобретения положена задача разработки устройства для осуществления текущего, непрерывного измерения амплитуды гармонического сигнала при времени измерения, менее и некратном периоду гармонического сигнала без систематической погрешности при априорно неизвестном фазовом сдвиге измеряемого сигнала. The present invention is based on the task of developing a device for performing current, continuous measurement of the amplitude of a harmonic signal at a measurement time of less than a multiple period of a harmonic signal without systematic error with an a priori unknown phase shift of the measured signal.

Поставленная задача решается тем, что устройство измерения амплитуды сигнала, содержащее генератор опорного напряжения, два перемножителя, два интегратора, вычислительный блок и индикатор, причем первые входы первого и второго перемножителей соединены и являются входом устройства, а вторые входы этих перемножителей соответственно подключены к выходам генератора опорного напряжения, являющимися выходами синусной и косинусной составляющих опорного сигнала, вход первого интегратора подключен к выходу первого перемножителя, вход второго интегратора подключен к выходу второго перемножителя, выходы интеграторов подключены к соответствующим входам вычислительного блока, выходом соединенного с индикатором результата измерения согласно предлагаемому изобретению снабжено третьим перемножителем, двумя квадраторами, третьим, четвертым и пятым интеграторами и блоком управления, причем входы третьего перемножителя подключены к выходам генератора опорного напряжения, являющимися выходами синусной и косинусной составляющих опорного сигнала, а выход третьего перемножителя подключен к информационному входу третьего интегратора, выходом соединенного с соответствующим входом вычислительного блока, первый квадратор входом подключен к выходу генератора опорного напряжения, являющемуся выходом синусной составляющей опорного сигнала, а вход второго квадратора подключен к выходу генератора опорного напряжения, являющемуся выходом косинусной составляющей опорного сигнала, выходы первого и второго квадраторов подключены соответственно к информационным входам четвертого и пятого интеграторов, которые выходами соединены с соответствующими входами вычислительного блока, чьи управляющие выходы являются входами блока управления, при этом один из выходов блока управления является входом генератора опорного напряжения и одним из входов управления всех интеграторов, а другой выход блока управления является управляющим входом индикатора и вторым входом управления всех интеграторов. The problem is solved in that a signal amplitude measuring device comprising a reference voltage generator, two multipliers, two integrators, a computing unit and an indicator, the first inputs of the first and second multipliers being connected and being the device input, and the second inputs of these multiplying devices respectively connected to the generator outputs reference voltage, which are the outputs of the sine and cosine components of the reference signal, the input of the first integrator is connected to the output of the first multiplier, the input of the second the integrator is connected to the output of the second multiplier, the outputs of the integrators are connected to the corresponding inputs of the computing unit, the output connected to the indicator of the measurement result according to the invention is equipped with a third multiplier, two quadrators, third, fourth and fifth integrators and a control unit, and the inputs of the third multiplier are connected to the outputs reference voltage generator, which are the outputs of the sine and cosine components of the reference signal, and the output of the third multiply For is connected to the information input of the third integrator, the output connected to the corresponding input of the computing unit, the first quadrator input is connected to the output of the reference voltage generator, which is the output of the sine component of the reference signal, and the input of the second quadrator is connected to the output of the reference voltage generator, which is the output of the cosine component of the reference signal , the outputs of the first and second quadrators are connected respectively to the information inputs of the fourth and fifth integrators, which you the odes are connected to the corresponding inputs of the computing unit, whose control outputs are inputs of the control unit, while one of the outputs of the control unit is the input of the reference voltage generator and one of the control inputs of all integrators, and the other output of the control unit is the control input of the indicator and the second control input of all integrators.

Сущность работы предлагаемого устройства можно пояснить следующим образом. В соответствии с формулой изобретения к формируемым в прототипе двум сигналам (2) и (3) для вычисления результата измерения предлагается добавить сформированные на выходе дополнительных интеграторов сигналы

При этом вычислительный блок определит результат измерения амплитуды сигнала по формуле

Выражение (9) является алгоритмом оптимальной оценки амплитуды гармонического сигнала с привязкой результата измерения к началу измерительного интервала при неизвестном фазовом сдвиге измеряемого сигнала в условиях воздействия "белого шума" совместно с полезным сигналом и не имеющим систематической погрешности при любом времени измерения, как меньше периода, так и некратном периоду гармонического сигнала. Одновременно устройство, работающее по алгоритму (9), имеет возможность не только осуществлять измерения за время менее периода, но и осуществлять при этом непрерывные текущие измерения, так как момент измерения привязан к началу измерительного интервала, что позволяет получать промежуточные значения измеряемой величины без формирования нового измерительного интервала, и не требует формирования опорных сигналов сложной формы с привязкой их к середине измерительного интервала. Достаточно начать их формирование с началом времени измерения по законам синуса и косинуса на известной частоте сигнала, что не представляет практической сложности.The essence of the proposed device can be explained as follows. In accordance with the claims, it is proposed to add the signals generated at the output of additional integrators to the two signals (2) and (3) generated in the prototype to calculate the measurement result

In this case, the computing unit will determine the result of measuring the signal amplitude according to the formula

Expression (9) is an algorithm for optimal estimation of the harmonic signal amplitude with reference to the beginning of the measurement interval for an unknown phase shift of the measured signal under the influence of “white noise” together with a useful signal and not having a systematic error at any measurement time, as less than a period and a multiple period of the harmonic signal. At the same time, a device operating according to algorithm (9) is able not only to take measurements in less than a period, but also to carry out continuous current measurements, since the moment of measurement is tied to the beginning of the measurement interval, which allows one to obtain intermediate values of the measured quantity without forming a new measuring interval, and does not require the formation of reference signals of complex shape with their binding to the middle of the measuring interval. It is enough to start their formation with the beginning of the measurement time according to the laws of sine and cosine at a known frequency of the signal, which does not represent practical complexity.

Для того, чтобы убедиться в отсутствии систематической погрешности алгоритма (9) найдем математическое ожидание результата измерения, для чего подставим в (9) измеряемый сигнал (4) без шумов (n(t)=0). Для составляющих (2), (3) и (6-8) получим
α = S_т0(α^*cosφ₀+γsinφ₀) (10),
β = S_т0(β^*sinφ₀+γcosφ₀) (11),
где

Если подставить (10-14) в (9), то получим S_тизм=S_т0, причем данное равенство справедливо для любого времени измерения, как кратного, так и не кратного периоду сигнала, в том числе и меньше периода измеряемого гармонического сигнала.In order to verify that there is no systematic error in algorithm (9), we find the mathematical expectation of the measurement result, for which we substitute the measured signal (4) without noise in (9) (n (t) = 0). For components (2), (3) and (6-8) we obtain
α = S _t0 (α ^* cosφ ₀ + γsinφ ₀ ) (10),
β = S _t0 (β ^* sinφ ₀ + γcosφ ₀ ) (11),
Where

If we substitute (10-14) into (9), then we obtain S _tism = S _t0 , and this equality is valid for any measurement time, both multiple and non-multiple of the signal period, including less than the period of the measured harmonic signal.

Как видно из данного анализа, предлагаемое устройство обладает принципиально новым по сравнению с прототипом свойством - обеспечивает измерение амплитуды гармонического сигнала в текущем режиме из-за привязки результата измерения к началу измерительного интервала при времени измерения, меньшем периода сигнала, а в общем случае и при времени измерения, не кратном периоду, с нулевой систематической погрешностью. При времени измерения, равном или кратном периоду сигнала предлагаемое устройство дает результат измерения, аналогичный результату при использовании известного устройства. As can be seen from this analysis, the proposed device has a fundamentally new property compared to the prototype - it provides the measurement of the harmonic signal amplitude in the current mode due to the binding of the measurement result to the beginning of the measurement interval for a measurement time shorter than the signal period, and in general for time measurements, not a multiple of the period, with zero systematic error. When the measurement time is equal to or a multiple of the signal period, the proposed device gives a measurement result similar to that using a known device.

Что касается случайной погрешности, вносимой в результат измерения предлагаемым устройством, то можно показать, на основе исследования функции правдоподобия, что используемый в вычислительном блоке алгоритм является оптимальным по критерию максимального правдоподобия и обеспечивает минимально возможную случайную погрешность для устройств, осуществляющих измерение амплитуды гармонического сигнала за время, менее периода при априорно неизвестном фазовом сдвиге измеряемого сигнала. Это объясняется тем, что алгоритм (9) получен из функции правдоподобия и является оптимальной оценкой амплитуды гармонического сигнала с шумами при неизвестном фазовом сдвиге, полученном для случая привязки результата измерения к началу измерительного интервала, что и позволяет проводить предлагаемому устройству непрерывные текущие измерения амплитуды. As for the random error introduced into the measurement result by the proposed device, it can be shown, based on the study of the likelihood function, that the algorithm used in the computing unit is optimal according to the maximum likelihood criterion and provides the minimum possible random error for devices that measure the harmonic signal amplitude over time , less than the period with an a priori unknown phase shift of the measured signal. This is because algorithm (9) is obtained from the likelihood function and is an optimal estimate of the amplitude of a harmonic signal with noise at an unknown phase shift obtained for the case of linking the measurement result to the beginning of the measuring interval, which allows the proposed device to carry out continuous current amplitude measurements.

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства, на фиг.2 - структурная схема блока управления, на фиг.3 - структурная схема генератора опорного напряжения, на фиг.4 - эпюры напряжений в блоке управления. Figure 1 shows the structural diagram of the proposed device, figure 2 is a structural diagram of a control unit, figure 3 is a structural diagram of a reference voltage generator, figure 4 is a diagram of the voltage in the control unit.

Устройство содержит генератор опорного напряжения 1, первый и второй перемножители 2 и 3, первые входы которых являются входом устройства, второй вход перемножителя 2 подключен к выходу генератора 1 опорного напряжения, являющемуся выходом синусной составляющей опорного сигнала, а второй вход перемножителя 3 подключен к выходу генератора 1 опорного напряжения, являющемуся выходом косинусной составляющей опорного сигнала, первый 4 и второй 5 квадраторы, входы которых подключены соответственно к выходам синусной и косинусной составляющей опорного сигнала генератора 1 опорного напряжения, третий перемножитель 6, входами подключенный к обоим выходам генератора 1 опорного напряжения, интеграторы 7, 8, 9, 10 и 11, информационные входы которых подключены соответственно к выходам первого 2 и второго 3 перемножителей, первого 4 и второго 5 квадраторов и третьего 6 перемножителя, вычислительный блок 12, информационные входы которого являются выходами интеграторов 7, 8, 9, 10 и 11, сигнальный выход является одним из входов индикатора 13, а управляющие выходы - шины "а" и "б" подключены к управляющим входам блока управления 14, выходы которого - шины "г" и "д" подключены к соответствующим управляющим входам интеграторов 7, 8, 9, 10 и 11, кроме этого, шина "г" соединена с управляющим входом генератора 1 опорного напряжения, а шина "д" - с управляющим входом индикатора 13. The device contains a reference voltage generator 1, the first and second multipliers 2 and 3, the first inputs of which are the input of the device, the second input of the multiplier 2 is connected to the output of the reference voltage generator 1, which is the output of the sine component of the reference signal, and the second input of the multiplier 3 is connected to the output of the generator 1 reference voltage, which is the output of the cosine component of the reference signal, the first 4 and second 5 squares, the inputs of which are connected respectively to the outputs of the sine and cosine component of the signal of the generator 1 reference voltage, the third multiplier 6, the inputs connected to both outputs of the generator 1 reference voltage, integrators 7, 8, 9, 10 and 11, the information inputs of which are connected respectively to the outputs of the first 2 and second 3 multipliers, the first 4 and second 5 quadrators and the third 6 multiplier, the computing unit 12, the information inputs of which are the outputs of the integrators 7, 8, 9, 10 and 11, the signal output is one of the inputs of the indicator 13, and the control outputs are the buses “a” and “b” are connected to manager in odes of the control unit 14, the outputs of which are the "g" and "d" buses are connected to the corresponding control inputs of the integrators 7, 8, 9, 10 and 11, in addition, the "g" bus is connected to the control input of the reference voltage generator 1, and the bus "d" - with the control input of the indicator 13.

Блок 14 управления содержит формирователь 15 импульсов пуска (ФИП), времязадающий элемент (ВЗЭ) 16 и формирователь 17 импульсов (ФИ), последовательно соединенные между собой. Выходом блока 14 управления являются шины "г" и "д", причем шина "г" является выходом времязадающего элемента 16, а шина "д" - формирователя 17 импульсов. Шина "г" подключена к входу генератора 1 опорного напряжения и одному из управляющих входов интеграторов 7-11, а шина "д" - к другим управляющим входам интеграторов 7-11 и к управляющему входу индикатора 13. Входом блока 14 управления являются шины "а" и "б", причем шина "а" подключена к управляющему входу формирователя 15 импульсов пуска, а шина "б" - к управляющему входу времязадающего элемента 16. The control unit 14 contains a driver 15 of the start pulses (FIP), a timing element (VZE) 16 and a driver 17 of the pulses (FI), connected in series with each other. The output of the control unit 14 is the bus "g" and "d", and the bus "g" is the output of the timing element 16, and the bus "d" is the pulse shaper 17. The bus "g" is connected to the input of the generator 1 of the reference voltage and one of the control inputs of the integrators 7-11, and the bus "d" is connected to the other control inputs of the integrators 7-11 and to the control input of the indicator 13. The input of the control unit 14 is the bus "a "and" b ", and the bus" a "is connected to the control input of the shaper 15 start pulses, and the bus" b "is connected to the control input of the timing element 16.

Генератор 1 опорного напряжения содержит тактовый генератор (ТГ) 18, вход которого подключен к шине "г" блока 14 управления, два запоминающих устройства (ЗУ) 19 и 20, входы которых подключены к выходу тактового генератора 18, и два цифроаналоговых преобразователя (ЦАП) 21 и 22, входы которых подключены к соответствующим выходам запоминающих устройств 19 и 20, а выходы являются выходами соответственно синусной sinω₀t и косинусной cosω₀t составляющих опорного сигнала генератора 1 опорного напряжения.The reference voltage generator 1 contains a clock generator (TG) 18, the input of which is connected to the bus "g" of the control unit 14, two storage devices (memory) 19 and 20, the inputs of which are connected to the output of the clock generator 18, and two digital-to-analog converters (DAC) 21 and 22, the inputs of which are connected to the corresponding outputs of the storage devices 19 and 20, and the outputs are outputs respectively of the sinus sinω ₀ t and cosine cosω ₀ t components of the reference signal of the reference voltage generator 1.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

На первый и второй перемножители 2 и 3 поступает измеряемый сигнал вида (4), а также синусная и косинусная составляющие опорного сигнала с выхода генератора 1 опорного напряжения. Генератор 1 опорного напряжения может работать в автономном режиме либо синхронизироваться от блока управления 14. На выходе первого интегратора 7 формируется сигнал α, определяемый (2). На выходе второго интегратора 8 формируется сигнал β, определяемый (3). Кроме того, синусная и косинусная составляющие опорного сигнала с выхода генератора 1 опорного напряжения возводятся в квадрат при помощи первого и второго квадратора 4 и 5, а также перемножаются между собой при помощи третьего перемножителя 6. На выходе третьего интегратора 9 формируется сигнал α^*, определяемый (7), на выходе четвертого интегратора 10 формируется сигнал β^*, определяемый (8), а на выходе пятого интегратора 11 - сигнал γ, определяемый (6).The first and second multipliers 2 and 3 receive a measured signal of the form (4), as well as the sine and cosine components of the reference signal from the output of the reference voltage generator 1. The reference voltage generator 1 can operate in standalone mode or synchronized from the control unit 14. At the output of the first integrator 7, a signal α is generated, determined by (2). The output of the second integrator 8 generates a signal β defined by (3). In addition, the sine and cosine components of the reference signal from the output of the reference voltage generator 1 are squared using the first and second quadrators 4 and 5, and are also multiplied with each other using the third multiplier 6. At the output of the third integrator 9, the signal α ^* is determined, determined (7), at the output of the fourth integrator 10, a signal β ^* is generated, determined by (8), and at the output of the fifth integrator 11, a signal γ, determined by (6).

Вычислительный блок 12, куда поступают сигналы со всех интеграторов 7-11: α, β, α^*, β^* и γ осуществляет перевод их в цифровую форму и вычисление результата измерения. На индикаторе 13 формируется результат измерения амплитуды измеряемого сигнала

что, как показано выше, соответствует результату измерения амплитуды гармонического сигнала без систематической погрешности при любом времени измерения.Computing unit 12, which receives signals from all integrators 7-11: α, β, α ^* , β ^* and γ, translates them into digital form and calculates the measurement result. On the indicator 13 is formed the result of measuring the amplitude of the measured signal

which, as shown above, corresponds to the result of measuring the amplitude of the harmonic signal without systematic error at any measurement time.

Синхронизацию работы интеграторов 7-11 и индикатора 13 осуществляет блок 14 управления. The synchronization of the work of integrators 7-11 and indicator 13 is carried out by the control unit 14.

Блок 14 управления (фиг.2) работает следующим образом. The control unit 14 (figure 2) works as follows.

Формирователь 15 импульсов пуска формирует одиночные импульсы (точка "в") либо в автономном режиме, либо по команде с вычислительного блока 12, которые запускают времязадающий элемент 16. Последний формирует импульс, равный по длительности требуемому времени измерения T_и, определяемой с вычислительного блока 12. Этот импульс поступает на выход - шину "г" блока 14 управления и на вход формирователя 17 импульсов, на выходе которого формируется импульс, поступающий на выход "д" блока 14 управления. В течение длительности импульса на выходе "г" длительностью Т_и происходит интегрирование сигналов, поступающих на входы интеграторов 7-11. В течение действия импульса на выходе "д" происходит запоминание результатов интегрирования, вычисление результата измерения и подключение элемента памяти индикатора 13 к выходу вычислительного блока 12. Индикатор 13 запоминает результат измерения и отображает его до прихода следующего импульса по шине "д".The start pulse generator 15 generates single pulses (dot “c”) either in stand-alone mode or on command from the computing unit 12, which start the time-setting element 16. The latter generates a pulse equal in duration to the required measurement time T _and determined from the computing unit 12 This pulse is fed to the output - bus "g" of the control unit 14 and to the input of the pulse shaper 17, at the output of which a pulse is generated that is output to the output "d" of the control unit 14. During the duration of the pulse at the output of "g" of duration T _and the integration of the signals received at the inputs of the integrators 7-11. During the action of the pulse at the output "d", the integration results are stored, the measurement result is calculated and the memory element of the indicator 13 is connected to the output of the computing unit 12. The indicator 13 remembers the measurement result and displays it until the next pulse arrives via the "d" bus.

Для пояснения работы блока 14 управления на фиг.4 приведены эпюры напряжений в элементах блока 14 управления: в точке "в" (фиг.2) и на шинах "г" и "д". To explain the operation of the control unit 14, Fig. 4 shows stress plots in the elements of the control unit 14: at the point "c" (Fig. 2) and on the tires "g" and "d".

Используемые в устройстве, реализующем предлагаемый способ, узлы могут быть построены следующим образом. Used in the device that implements the proposed method, the nodes can be constructed as follows.

Перемножители и квадраторы могут быть построены по схемам логарифмических функциональных генераторов (У.Титце, К.Шенк. Полупроводниковая схемотехника. М., Мир, 1982, с.156). Multipliers and quadrators can be constructed according to the schemes of logarithmic functional generators (W. Titze, K. Schenk. Semiconductor circuitry. M., Mir, 1982, p.156).

Интеграторы могут быть построены на основе операционных усилителей. Для обеспечения интегрирования в течение времени Т_и применяются интеграторы с синхронизацией и памятью. Схема такого интегратора приведена на стр. 144 в кн. У.Титце, К.Шенк. Полупроводниковая схемотехника. М., Мир, 1982.Integrators can be built on the basis of operational amplifiers. To ensure integration over time T _, integrators with synchronization and memory are used. A diagram of such an integrator is given on page 144 in the book. W. Titze, C. Schenk. Semiconductor circuitry. M., World, 1982.

Индикатор 13 может быть выполнен в виде последовательно включенных элемента выборки и хранения и стрелочного прибора. Элемент выборки и хранения можно реализовать на основе цифровых запоминающих устройств, а стрелочный прибор заменить на цифровой индикатор. The indicator 13 can be made in the form of series-connected element of sampling and storage and a pointer device. The sampling and storage element can be implemented on the basis of digital storage devices, and the pointer device can be replaced with a digital indicator.

Формирователь импульса пуска 15 может быть реализован по схеме сихронизируемого мультивибратора, а времязадающий элемент 16 и формирователь импульсов 17 могут быть реализованы по схемам одновибраторов. The start pulse generator 15 can be implemented according to the scheme of a synchronized multivibrator, and the timing element 16 and the pulse generator 17 can be implemented according to the single-oscillator circuits.

Вычислительный блок 12 может быть реализован на основе микропроцессора Intel 80386 по типовой структуре с аналогоцифровыми преобразователями на входе. Вычислительный блок 12 выполняет следующие функции, вытекающие из описания работы предлагаемого устройства:
1. Выдача управляющих сигналов для блока управления;
2. Подключение выходов интеграторов к входам АЦП, содержащихся в вычислительном блоке. Причем это может происходить как автоматически, по концу времени измерения Т_и, так и ранее времени Т_и, по командам оператора или в соответствии с программой для обеспечения режима текущих измерений и получения нескольких значений измеряемой амплитуды;
3. Считывание цифровых кодов с выходов АЦП и занесение их в память;
4. Вычисление результата измерения по указанной выше формуле и преобразование его к виду, удобному для отображения на индикаторе;
5. Переход в режим ожидания для повторения всех операций.Computing unit 12 can be implemented based on the Intel 80386 microprocessor in a typical structure with analog-to-digital converters at the input. Computing unit 12 performs the following functions arising from the description of the operation of the proposed device:
1. The issuance of control signals for the control unit;
2. Connecting the outputs of the integrators to the inputs of the ADC contained in the computing unit. Moreover, this can happen both automatically, at the end of the measurement time T _and earlier than the time T, _and , according to the operator’s commands or in accordance with the program, to ensure the mode of current measurements and obtain several values of the measured amplitude;
3. Reading digital codes from the outputs of the ADC and entering them into memory;
4. Calculation of the measurement result according to the above formula and its conversion to a form convenient for display on the indicator;
5. Switch to standby mode to repeat all operations.

Таким образом, в предлагаемом устройстве решена поставленная задача - осуществление непрерывного, текущего измерения амплитуды гармонического сигнала при времени измерения менее или некратном периоду гармонического сигнала, устройство физически реализуемо из известных элементов. Thus, the proposed device has solved the problem - the implementation of a continuous, current measurement of the amplitude of the harmonic signal at a measurement time of less than or a multiple of the period of the harmonic signal, the device is physically feasible from known elements.

Claims

A signal amplitude measuring device comprising a reference voltage generator, two multipliers, two integrators, a computing unit and an indicator, wherein the first inputs of the first and second multipliers are connected and are the input of the device, and the second inputs of these multipliers are respectively connected to the outputs of the reference voltage generator, which are sine outputs and cosine components of the reference signal, the input of the first integrator is connected to the output of the first multiplier, the input of the second integrator is connected to the WTO output the second multiplier, the outputs of the integrators are connected to the corresponding inputs of the computing unit, the output connected to the indicator of the measurement result, characterized in that it further comprises a third multiplier, two quadrators, a third, fourth and fifth integrators and a control unit, the inputs of the third multiplier connected to the outputs of the generator reference voltage, which are outputs of the sine and cosine components of the reference signal, and the output of the third multiplier is connected to the information input of the third the integrator, the output connected to the corresponding input of the computing unit, the first quadrator input connected to the output of the reference voltage generator, which is the output of the sine component of the reference signal, and the input of the second quadrator connected to the output of the reference voltage generator, which is the output of the cosine component of the reference signal, the outputs of the first and second quadrators connected respectively to the information inputs of the fourth and fifth integrators, which outputs are connected to the corresponding inputs in a calculating unit, whose control outputs are inputs of the control unit, a pulse is generated at one of the outputs of the control unit, during which the signals coming to the integrator inputs are integrated, the specified output of the control unit is connected to the input of the reference voltage generator and to one of the control inputs of each from integrators, on the other output of the control unit, an impulse is formed, during the duration of which the integration results are stored, calculation of the results measuring acetate and memory indicator element coupled to an output computing unit, said other output control unit is connected to the control input of the indicator and the second control inputs of each of the integrators, in addition, the calculation unit determines the amplitude of the measurement signal according to the formula

Where

where ξ (t) is the signal under investigation;
T _and - the integration time (measurement) of the signal;
ω ₀ - frequency of the investigated signal.