RU2520956C2 - Digital meter of amplitude frequency response - Google Patents

Digital meter of amplitude frequency response Download PDF

Info

Publication number
RU2520956C2
RU2520956C2 RU2012124396/28A RU2012124396A RU2520956C2 RU 2520956 C2 RU2520956 C2 RU 2520956C2 RU 2012124396/28 A RU2012124396/28 A RU 2012124396/28A RU 2012124396 A RU2012124396 A RU 2012124396A RU 2520956 C2 RU2520956 C2 RU 2520956C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
frequency
microcontroller
array
Prior art date
Application number
RU2012124396/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012124396A (en
Inventor
Владислав Александрович Поздняков
Иван Владимирович Карпов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ)
Priority to RU2012124396/28A priority Critical patent/RU2520956C2/en
Publication of RU2012124396A publication Critical patent/RU2012124396A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2520956C2 publication Critical patent/RU2520956C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: proposed invention relates to measuring equipment, in particular, to amplitude frequency response measurement. A digital amplitude frequency response meter comprises an indicator, a microcontroller, an analogue-to-code converter with its output being connected to the microcontroller input. The first microcontroller output is connected to the indicator. The device also comprises a code-to-analogue converter, an input device and an interface device with its first input being the meter input and the first output being the meter output. The second output of the interface device is connected to the first input of the analogue-to-code converter with the second output of the latter being connected to the second output of the microcontroller. The second microcontroller input is connected to the input device. The third microcontroller output is connected to the third input of the interface device, the fourth microcontroller output is connected to the input of the code-to-analogue converter with the output of the latter being connected to the second input of the interface device.
EFFECT: expanded functionality due to the possibility of AFR measurement.
5 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники, в частности к средствам измерения амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) четырехполюсника.The present invention relates to the field of measuring equipment, in particular to means for measuring the amplitude-frequency characteristics (AFC) of a four-terminal network.

Известно устройство для автоматического измерения параметров амплитудно-частотной характеристики избирательного четырехполюсника, имеющего только один максимум или минимум в своей АЧХ [А.с. СССР №375588, МПК G01R 27/28, Опубл. 1973], содержащее генератор треугольного напряжения, генератор качающейся частоты, испытуемый четырехполюсник, детектор, пороговый формирователь импульсов, формирователь интервалов счета (ФИС), реверсивный счетчик и цифровой индикатор, обеспечивающий индикацию результатов измерений. Повышение точности в сравнении с прототипом достигается за счет компенсации методических и динамических погрешностей измерений за счет того, что полное время счета неизвестной частоты разделено на две части, одна из которых имеет временной сдвиг вверх, а другая - вниз по отношению к истинному значению частоты. Однако устройство не может правильно работать при условии нескольких максимумов в исследуемой АЧХ, а также отображать измеренную АЧХ на индикаторном устройстве.A device for automatically measuring the parameters of the amplitude-frequency characteristics of a selective quadrupole having only one maximum or minimum in its frequency response [A. S. USSR No. 375588, IPC G01R 27/28, Publ. 1973], containing a triangular voltage generator, oscillating frequency generator, tested quadrupole, detector, threshold pulse shaper, counting interval shaper (FIS), a reversible counter and a digital indicator that provides an indication of the measurement results. Improving the accuracy in comparison with the prototype is achieved by compensating for the methodological and dynamic measurement errors due to the fact that the total counting time of the unknown frequency is divided into two parts, one of which has a time shift up and the other down with respect to the true frequency value. However, the device cannot work correctly under the condition of several maxima in the studied frequency response, and also display the measured frequency response on the indicator device.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является выбранный в качестве прототипа цифровой измеритель модуляции [Пат. 2424534 РФ, МПК G01R 29/06, Опубл. 20.07.2011], содержащий индикатор, преобразователь аналог-код, входное устройство и микроконтроллер. Closest to the technical nature of the claimed device is selected as a prototype digital modulation meter [Pat. 2424534 RF, IPC G01R 29/06, Publ. 07/20/2011], containing an indicator, an analog-code converter, an input device and a microcontroller.

Структурная схема приведена на фиг.1. Цифровой измеритель содержит входное устройство 1, преобразователь 2 аналог-код, микроконтроллер 3 и индикатор 4. Причем выход входного устройства 1 соединен с первым входом преобразователя 2 аналог-код, выход которого соединен с первым входом микроконтроллера 3, первый выход микроконтроллера соединен с индикатором, второй выход соединен со вторым входом преобразователя 2 аналог-код, а третий выход - со вторым входом входного устройства 1.The block diagram is shown in figure 1. The digital meter contains an input device 1, an analog-code converter 2, a microcontroller 3, and an indicator 4. Moreover, the output of an input device 1 is connected to an analog-code converter 2 an input, the output of which is connected to the first input of the microcontroller 3, the first output of the microcontroller is connected to an indicator, the second output is connected to the second input of the converter 2 analog code, and the third output is connected to the second input of the input device 1.

Принцип работы измерителя основан на обработке дискретизированного массива данных при помощи преобразований Фурье и Гильберта.The principle of operation of the meter is based on processing a discretized data array using Fourier and Hilbert transforms.

Преобразование Гильберта позволяет найти для сигнала X(t) ортогональный ему сигнал X1(t). Используя эти сигналы, находится огибающая (мгновенная амплитуда) и мгновенная частота сигнала по формулам:The Hilbert Transform allows it to find an orthogonal signals X 1 (t) to X (t) signal. Using these signals, the envelope (instantaneous amplitude) and the instantaneous frequency of the signal are found by the formulas:

Figure 00000001
;
Figure 00000002
.
Figure 00000001
;
Figure 00000002
.

За счет дополнительной обработки и фильтрации находятся следующие производные параметры:Due to additional processing and filtering, the following derived parameters are found:

- Глубина AM - пиковое и среднеквадратическое значение в заданной полосе частот.- Depth AM - peak and root mean square values in a given frequency band.

- Девиация частоты - пиковое и среднеквадратическое значение в заданной полосе частот.- Frequency deviation - peak and rms value in a given frequency band.

- Частота несущей (центральная частота).- Carrier frequency (center frequency).

- Частота модулирующего сигнала AM и (или) ЧМ.- The frequency of the modulating signal AM and (or) FM.

- Коэффициент нелинейных искажений модулирующего сигнала AM и (или) ЧМ.- The coefficient of nonlinear distortion of the modulating signal AM and (or) FM.

Устройство не имеет схемы генерации сигналов и, следовательно, не может быть использовано для измерения амплитудно-частотных характеристик.The device does not have a signal generation circuit and, therefore, cannot be used to measure the amplitude-frequency characteristics.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, а именно обеспечение возможности измерения амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) четырехполюсника, таких как: нижняя частота на заданном уровне -fн, верхняя частота на заданном уровне -fв, полоса частот на заданном уровне fв-fн, центральная частота на заданном уровне fц=(fв-fн)/2, неравномерность АЧХ в заданной полосе частот - α.The object of the invention is to expand the functional capabilities of the device, namely providing the possibility of measuring the amplitude-frequency characteristics (frequency response) of quadripole, such as: the lower frequency at a given level -f n, upper frequency -f at a predetermined level in the frequency band at a predetermined level f in -f n , the center frequency at a given level f c = (f in -f n ) / 2, the frequency response unevenness in a given frequency band - α.

Поставленная задача достигается тем, что в цифровой измеритель модуляции, содержащий индикатор, микроконтроллер, преобразователь аналог-код, выход которого соединен с первым входом микроконтроллера, первый выход микроконтроллера соединен с индикатором, введен преобразователь код-аналог, устройство ввода и устройство сопряжения, первый вход которого является входом измерителя, а первый выход является выходом измерителя, второй выход устройства сопряжения соединен с первым входом преобразователя аналог-код, второй вход которого соединен со вторым выходом микроконтроллера, второй вход которого соединен с устройством ввода, третий выход микроконтроллера соединен с третьим входом устройства сопряжения, четвертый выход микроконтроллера соединен со входом преобразователя цифра-аналог, выход которого соединен со вторым входом устройства сопряжения.The task is achieved in that a digital modulation meter containing an indicator, a microcontroller, an analog-to-code converter, the output of which is connected to the first input of the microcontroller, the first output of the microcontroller is connected to an indicator, a code-to-analog converter, an input device and a pairing device, the first input which is the input of the meter, and the first output is the output of the meter, the second output of the interface device is connected to the first input of the analog-code converter, the second input of which is connected ene to the second output of the microcontroller, a second input coupled to the input device, the third output of the microcontroller is connected to the third input of the coupling device, the fourth output of the microcontroller is connected to the input of the converter digital-to-analog output of which is connected to the second input coupling device.

Структурная схема цифрового измерителя АЧХ приведена на фиг.2. На схеме обозначены: устройство сопряжения 1, преобразователь 2 аналог-код, микроконтроллер 3, индикатор 4, преобразователь код-аналог 5, устройство ввода 6. Причем первый вход устройства сопряжения 1 является входом измерителя, а первый выход является выходом измерителя, второй выход устройства сопряжения 1 соединен с первым входом преобразователя 2 аналог-код, второй вход которого соединен со вторым выходом микроконтроллера 3, второй вход которого соединен с устройством ввода 6, третий выход микроконтроллера 3 соединен с третьим входом устройства сопряжения 1, четвертый выход микроконтроллера 3 соединен со входом преобразователя цифра-аналог 5, выход которого соединен со вторым входом устройства сопряжения 1, выход преобразователя 2 аналог-код соединен с первым входом микроконтроллера 3, первый выход микроконтроллера 3 соединен с индикатором 4.The structural diagram of a digital frequency response meter is shown in figure 2. On the diagram are indicated: interface device 1, converter 2 analog-to-code, microcontroller 3, indicator 4, converter code-analog 5, input device 6. Moreover, the first input of the interface 1 is the input of the meter, and the first output is the output of the meter, the second output of the device interface 1 is connected to the first input of the converter 2 analog code, the second input of which is connected to the second output of the microcontroller 3, the second input of which is connected to the input device 6, the third output of the microcontroller 3 is connected to the third input of the device interface 1, the fourth output of the microcontroller 3 is connected to the input of the digital-analog 5 converter, the output of which is connected to the second input of the interface device 1, the output of the converter 2 analog-code is connected to the first input of the microcontroller 3, the first output of the microcontroller 3 is connected to the indicator 4.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Сигнал с исследуемого устройства или линии связи поступает на устройство сопряжения 1, представляющее собой согласованный усилитель-аттенюатор с регулируемым коэффициентом передачи как для приемного, так и для передающего трактов. Затем сигнал поступает на преобразователь 2 аналог-код (аналого-цифровой преобразователь - АЦП), работающий в режиме стробирования. В зависимости от уровня сигнала, оцифрованного преобразователем 2 аналог-код, микроконтроллер 3 задает такой коэффициент передачи приемного тракта устройства сопряжения 1, чтобы максимальное значение кода АЦП лежало в пределах от 0.5 до 0.9 предела шкалы. В зависимости от режима работы, выбранного через устройства ввода 6, и отображающегося на индикаторе 4, микроконтроллер 3 задает частоту дискретизации f для преобразователей аналог-код 2 и код-аналог 5 таким образом, чтобы спектр генерируемого и получаемого сигнала был расположен в диапазоне частот от 0 до f/2. Массив оцифрованных данных X[iT] с выхода преобразователя 2 аналог-код поступает на микроконтроллер 3, который реализует представленный ниже алгоритм работы.The signal from the studied device or communication line is fed to the interface device 1, which is a matched amplifier-attenuator with an adjustable transmission coefficient for both the receiving and transmitting paths. Then the signal goes to the converter 2 analog code (analog-to-digital converter - ADC), operating in the gating mode. Depending on the level of the signal digitized by the analog-to-analog converter 2, the microcontroller 3 sets the transfer coefficient of the receiving path of the interface device 1 so that the maximum value of the ADC code lies in the range from 0.5 to 0.9 of the scale limit. Depending on the operating mode selected through input devices 6 and displayed on indicator 4, microcontroller 3 sets the sampling frequency f for analog-to-code 2 and analog-to-code 5 converters so that the spectrum of the generated and received signal is in the frequency range from 0 to f / 2. An array of digitized data X [iT ] from the output of the converter 2, the analog code is sent to the microcontroller 3, which implements the algorithm for operation presented below.

В зависимости от выбранного режима работы устройство отображает на индикаторе 4 либо АЧХ измеренного тракта с вычисленными параметрами АЧХ, либо параметры модулированного сигнала.Depending on the selected operating mode, the device displays on indicator 4 either the frequency response of the measured path with the calculated frequency response parameters, or the parameters of the modulated signal.

Принцип работы измерителя основан на расширенной обработке дискретизированного массива данных при помощи преобразований Фурье и Гильберта.The principle of operation of the meter is based on the advanced processing of the sampled data array using the Fourier and Hilbert transforms.

В микроконтроллере реализуется следующий алгоритм работы:The following algorithm is implemented in the microcontroller:

Если выбран режим работы «Цифровой измеритель модуляции», алгоритм работы полностью повторяет алгоритм работы устройства из прототипа.If the “Digital modulation meter” operating mode is selected, the operation algorithm completely repeats the operation algorithm of the device from the prototype.

Если выбран режим работы «Цифровой измеритель АЧХ», то реализуется модифицированный алгоритм работы, который использует цифровой метод компенсации динамических погрешностей измерений за счет того, что полное время счета неизвестной частоты разделено на две части, одна из которых имеет временной сдвиг вверх, а другая - вниз по отношению к истинному значению частоты, созданный на основе метода аналога.If the “Digital frequency response meter” operating mode is selected, a modified operating algorithm is implemented that uses the digital method of compensating dynamic measurement errors due to the fact that the total counting time of the unknown frequency is divided into two parts, one of which has a time shift up, and the other down to the true value of the frequency, created on the basis of the analogue method.

Алгоритм работы:Work algorithm:

1. Выбираем частоту дискретизации fs. Согласно т. Котельникова fs должны быть более чем в два раза больше, чем верхняя частота в спектре анализируемого сигнала. Дополнительно необходимо учесть расширение спектра из-за необходимости использования частотной модуляции (ЧМ) испытательного сигнала, минимальное расширение происходит при использовании гармонической частотной модуляции (ГЧМ). В устройстве сопряжения применяется фильтр, для подавления компонент частоты fs/2, однако уровень подавления этих составляющих может быть невысок, например 12 дБ на октаву. Т.о. для использования одной частоты дискретизации для ЦАП и АЦП частоту дискретизации целесообразно выбрать в 4 раза больше, чем верхняя частота в спектре испытательного ЧМ сигнала, тем самым можно ослабить требования к фильтру в устройстве сопряжения. Согласно т.Котелникова частота дискретизации должна быть более чем в 2 раза выше верхней частоты спектра генерируемого сигнала.1. Select the sampling frequency f s . According to Comrade Kotelnikov, f s should be more than two times greater than the upper frequency in the spectrum of the analyzed signal. Additionally, it is necessary to take into account the expansion of the spectrum due to the need to use frequency modulation (FM) of the test signal, the minimum expansion occurs when using harmonic frequency modulation (GFM). A filter is used in the interface device to suppress the frequency components f s / 2, however, the level of suppression of these components may be low, for example 12 dB per octave. T.O. to use the same sampling frequency for the DAC and ADC, it is advisable to choose a sampling frequency 4 times greater than the upper frequency in the spectrum of the test FM signal, thereby weakening the filter requirements in the interface device. According to T. Kotelnikov, the sampling frequency should be more than 2 times higher than the upper frequency of the spectrum of the generated signal.

2. Генерируем испытательный ГЧМ сигнал с частотой дискретизации fs, содержащий 1 период модуляции, т.е. изменения частоты от fmin до fmax, от fmax до fmin. В памяти микроконтроллера сохраняем массив значений utst[iT], где i∈[0, N-1] - номер элемента в массиве utst[iT], состоящий из N точек.2. We generate a test GFM signal with a sampling frequency f s containing 1 modulation period, i.e. frequency changes from f min to f max , from f max to f min . In the microcontroller’s memory we store an array of values u tst [iT ], where i∈ [0, N-1] is the number of the element in the array u tst [iT ], consisting of N points.

Figure 00000003
Figure 00000003

Где Umax - амплитуда генерируемого ЦАП сигнала в дискретах, например, 5123,Where U max - the amplitude of the generated DAC signal in discrete, for example, 5123,

Δf - максимальное отклонение частоты относительно среднего значения Δf=(fmax-fmin)/2,Δ f is the maximum frequency deviation relative to the average Δ f = (f max -f min ) / 2,

fmax и fmin - задаваемые пользователем значения диапазона частот,f max and f min - user-defined values of the frequency range,

fmod=fs/N - частота модуляции,f mod = f s / N is the modulation frequency,

Figure 00000004
- центральная частота.
Figure 00000004
- center frequency.

Такой выбор частоты сигнала позволяет задать ровно один период тестового сигнала в массиве.This choice of signal frequency allows you to specify exactly one period of the test signal in the array.

3. Подаем на вход преобразователя код-аналог массив значений utst[i].3. We feed an array of values u tst [i] to the input of the converter.

4. Дискретизируем выходной сигнал испытуемого модуля с частотой fs и получаем массив u[i], где i∈[0,N-1] - номер элемента в массиве u[i].4. We sample the output signal of the tested module with a frequency f s and obtain an array u [i], where i∈ [0, N-1] is the number of the element in the array u [i].

5. Находим максимальное значение из массива AMAX=MAX(u[i]).5. Find the maximum value from the array A MAX = MAX (u [i]).

Если Р1max/МАХАЦП2, то коэффициент передачи входного устройства не изменяем. Здесь: P1 и Р2 - максимальный и минимальный коэффициенты использования динамического диапазона АЦП (можно выбрать Р1=0.9, P2=0.5); МАХАЦП - предел шкалы АЦП. При необходимости изменения коэффициента передачи повторяем 4-й и 5-й шаги алгоритма. Правильный выбор коэффициента передачи обеспечит более полное использование рабочего диапазона АЦП, что будет способствовать высокой точности оцифровки.If P 1 > A max / MAX ADC > P 2 , then the input gain of the input device is not changeable. Here: P 1 and P 2 are the maximum and minimum coefficients of using the dynamic range of the ADC (you can choose P 1 = 0.9, P 2 = 0.5); MAX ADC - ADC scale limit. If necessary, change the transmission coefficient, repeat the 4th and 5th steps of the algorithm. The right choice of transmission coefficient will provide more complete use of the ADC working range, which will contribute to high digitization accuracy.

6. Находим прямое быстрое преобразование Фурье (БПФ) от массива u[i], получаем массив спектральных составляющих S[i]=FFT(u[i]). Для фильтрации паразитной постоянной составляющей, возникающей в процессе получения дискретизированного массива данных, обнуляем амплитуду 0-й спектральной составляющей и получаем массив S*[i]. Затем, используя обратное преобразование Фурье (ОБПФ), получаем отфильтрованный массив u*[i].6. We find the direct fast Fourier transform (FFT) from the array u [i], we obtain an array of spectral components S [i] = FFT (u [i]). To filter the parasitic constant component that occurs in the process of obtaining a discretized data array, zero the amplitude of the 0-th spectral component and get the array S * [i]. Then, using the inverse Fourier transform (OBPF), we get the filtered array u * [i].

7. Находим преобразование Гильберта от массива u[iT] через БПФ (FFT) и ОБПФ (RFT):7. We find the Hilbert transform from the array u [iT ] via FFT and FFT (RFT):

u[i]=H(u*[i])=RFT(k·S[i]), где S[i)=k·S*[i]u [i] = H (u * [i]) = RFT (k · S [i]), where S [i) = k · S * [i]

k=-j, если i=0, 1, 2, 3, …N/2; k=j, если i=N/2+1, N/2+2, N/2+3, …N-1.k = -j if i = 0, 1, 2, 3, ... N / 2; k = j if i = N / 2 + 1, N / 2 + 2, N / 2 + 3, ... N-1.

8. Находим огибающую АЧХ по формуле:

Figure 00000005
.8. We find the envelope of the frequency response by the formula:
Figure 00000005
.

9. Обнуляем ВЧ спектральные составляющие огибающей АЧХ. Для этого вычисляем прямое преобразование Фурье от массива A[i] (Пример массива A[i] приведен на Фиг.3). В полученном массиве спектральных составляющих SA[i] обнуляем составляющие от Q до N-Q, где Q - параметр, задаваемый пользователем, например 64. Параметр Q по сути задает максимальное количество периодов (максимумов и минимумов) АЧХ после фильтрации. Чем меньше этот параметр, тем сильнее фильтруется АЧХ, но тем более пологой будет АЧХ, т.е. максимальная крутизна определяется этим параметром. Реальное значение Q может варьироваться в диапазоне от 16 до N/2, при N/2 фильтрация полностью отключается. Затем вычисляем обратное преобразование Фурье, результаты которого записываем в массив А*[i]. Данная операция позволит устранить изрезанность амплитудно-частотной характеристики, вызванной шумами. Пример массива А*[i] приведен на Фиг.4.9. Zero the high-frequency spectral components of the envelope of the frequency response. To do this, we calculate the direct Fourier transform of the array A [i] (An example of the array A [i] is shown in Figure 3). In the resulting array of spectral components S A [i], we zero out the components from Q to NQ, where Q is a user-defined parameter, for example 64. Parameter Q essentially sets the maximum number of periods (maxima and minima) of the frequency response after filtering. The smaller this parameter, the stronger the frequency response is filtered, but the more gentle the frequency response will be, i.e. maximum slope is determined by this parameter. The real value of Q can vary in the range from 16 to N / 2, with N / 2 filtering is completely disabled. Then we calculate the inverse Fourier transform, the results of which are written into the array A * [i]. This operation will eliminate the ruggedness of the amplitude-frequency characteristics caused by noise. An example of an array A * [i] is shown in Figure 4.

10. С целью нахождения мгновенной частоты вычисляем производную от массивов u*, u, используя прямое и обратное преобразование Фурье:10. In order to find the instantaneous frequency, we calculate the derivative of the arrays u * , u using the direct and inverse Fourier transform:

(u[i])=RFT(k·S*[i]); (u[i]=RFT(k·S[i]).(u [i]) = RFT (k · S * [i]); (u [i] = RFT (k · S [i]).

Здесь k=jωi, если i=0, 1, 2, 3, …N/2; k=-jω(N-i), если i=N/2+1, N/2+2,N-1.Here k = jωi if i = 0, 1, 2, 3, ... N / 2; k = -jω (N-i) if i = N / 2 + 1, N / 2 + 2, N-1.

11. Получаем массив мгновенных значений частот F[iT)]:11. We get an array of instantaneous frequency values F [iT )]:

Figure 00000006
.
Figure 00000006
.

12. Находим преобразование Фурье от массива F[i], получаем массив SF[i]=FFT(F[i]). Отфильтровываем массив SF[i], обнуляя компоненты с индексами i=3, 4, …N-3, получаем массив

Figure 00000007
. Находим обратное преобразование Фурье от массива
Figure 00000008
, получаем отфильтрованный массив F*[i].12. We find the Fourier transform of the array F [i], we obtain the array S F [i] = FFT (F [i]). We filter out the array S F [i], zeroing out the components with indices i = 3, 4, ... N-3, we get an array
Figure 00000007
. Find the inverse Fourier transform of the array
Figure 00000008
, we get the filtered array F * [i].

13. Соединяем массивы мгновенных значений F*[i] и А*[i] в единый массив значений FA[i].F, FA[i].A. Так же, для каждого элемента массива добавляем бинарный параметр I, принимающий значения «истина»/«ложь» (1 и 0, соответственно). Значение «истина» означает, что точка принадлежит возрастающему участку амплитуды, значение «ложь» означает, что точка принадлежит убывающему участку амплитуды. При объединении параметр I=0. Таким образом, массив FA представляет собой таблицу записей, состоящую из трех полей:13. Connect the arrays of instantaneous values F * [i] and A * [i] into a single array of values FA [i] .F, FA [i] .A. Also, for each element of the array, add the binary parameter I, which takes the values true / false (1 and 0, respectively). The value "true" means that the point belongs to the increasing section of the amplitude, the value "false" means that the point belongs to the decreasing section of the amplitude. When combined, the parameter I = 0. Thus, the FA array is a table of records consisting of three fields:

- Амплитуда, А.- Amplitude, A.

- Частота, F.- Frequency, F.

- Параметр возрастания, I.- Parameter of increase, I.

14. Разделяем массив FA[i] на два массива, в одном из которых при увеличении индекса частота возрастает - FА[i], в другом соответственно убывает FА[i]. Для этого выполняем шаги 14.1.-14.4.14. We divide the array FA [i] into two arrays, in one of which with increasing index the frequency increases - F A [i], in the other it decreases F A [i] accordingly. To do this, perform steps 14.1.-14.4.

14.1. Устанавливаем значение индексов массивов i=0, j=0, k=0.14.1. We set the value of the indices of arrays i = 0, j = 0, k = 0.

14.2. Если FA[(i+1)]. F>FA[i]. F>0, заносим точку FA[i] в массив FA[j] (см. Фиг.5, штрихпунктирная линяя) и увеличиваем значение j на 1, иначе заносим эту точку в массив FА[k] (см. Фиг.5, пунктирная линяя) и увеличиваем значение k на 1.14.2. If FA [(i + 1)]. F> FA [i]. F> 0, we put the point FA [i] in the array F A [j] (see Figure 5, the dash-dotted line) and increase the value of j by 1, otherwise we enter this point in the array F A [k] (see 5, dashed line) and increase the value of k by 1.

14.3. Увеличиваем значение i на 1.14.3. Increase i by 1.

14.4. Если i<N-1, переходим к пункту 14.2.14.4. If i <N-1, go to step 14.2.

15. Вычисляем для массивов FА, FА параметр возрастания - I.15. We calculate for arrays F A, F A the parameter of increase is I.

16. Устанавливаем индекс массива i=0.16. Set the index of the array i = 0.

17. Вычисляем разницу значений амплитуд как dA=FA[i+1]- FА[i]17. We calculate the difference in the values of the amplitudes as dA = F A [i + 1] - F A [i]

18. Если dA>0, то для точки FА[i+1] устанавливаем признак возрастания I=1. Если i=0, то эту же операцию производим с точкой FA[0], причем признак I для этой точки определяем как I для точки с индексом 1.18. If dA> 0, then for the point F A [i + 1] we establish the sign of increasing I = 1. If i = 0, then the same operation is performed with the point F A [0], and the sign I for this point is defined as I for the point with index 1.

19. Увеличиваем значение индекса массива на 1. Если i<N, переходим к пункту 18.19. Increase the value of the array index by 1. If i <N, go to step 18.

20. Повторяем пункты алгоритма 16-19 для массива FА.20. Repeat paragraphs of algorithm 16-19 for an array F A.

21. Устанавливаем индекс массива i=0. Значение признака предыдущей точки UAprev устанавливаем равным 0. Значение границы сортировки Bord=0.21. Set the index of the array i = 0. The value of the attribute of the previous point U Aprev is set to 0. The value of the sort boundary Bord = 0.

22. Устанавливаем t равным Bord, ΔА равным максимально возможному значению амплитуды А.22. Set t equal to Bord, ΔА equal to the maximum possible value of amplitude A.

23. Сравниваем точку FА[i] с точкой FА[t] по амплитуде. Вычисляем разницу значений и, если она меньше ΔА, то ΔА присваиваем ее значение, а также рассчитываем среднее значение амплитуды23. Compare the point F A [i] with the point F A [t] in amplitude. We calculate the difference in values and, if it is less than ΔА, then ΔА we assign its value, and also calculate the average value of the amplitude

mA=(FA[i]. A+FA[t].A)/2mA = (F A [i]. A + F A [t] .A) / 2

24. Увеличиваем t на единицу.24. Increase t by one.

25. Если для точки FA,[t] IA=IAprev, переходим к пункту 24. Иначе, записываем в массив FAsort[i].A значение амплитуды mA - FAsort[i].A=mА, рассчитываем среднее значение частоты25. If for the point FA , [t] I A = I Aprev , go to step 24. Otherwise, we write the value of the amplitude mA into the array FA sort [i] .A, FA - sort [i] .A = mA, calculate the average value frequency

mF==(FA[i].F+FA[t].F)/2mF == (F A [i] .F + F A [t] .F) / 2

и так же записываем значение в массив FAsort[i].F=mF. Увеличиваем i на единицу и переходим к пункту 27.and also write the value to the array FA sort [i] .F = mF. Increase i by one and go to step 27.

26. Если для точки массива FA''[i] IA≠IAprev, присваиваем значение границы сортировки Bord=i. Если i=N, переходим к пункту 28, иначе повторяем действия с пункта 23.26. If for an array point FA '' [i] I A ≠ I Aprev, we assign the value of the sort boundary Bord = i. If i = N, go to step 28; otherwise, repeat the steps from step 23.

27. Если не выбран режим относительных измерений, то отображаем полученную зависимость FAsort[i] (см. Фиг.5, сплошная линяя) на индикаторном устройстве.27. If the relative measurement mode is not selected, then we display the obtained dependence FA sort [i] (see Figure 5, solid line) on the indicator device.

28. Рассчитываем и отображаем неравномерность - α в диапазоне частот от fmin до fmax, задаваемых пользователем. α=201g (Amax/Amin), где Аmax и Amin - максимальное и минимальное значения в массиве FAsort[i], лежащего между частотами fmin и fmax.28. We calculate and display the non-uniformity - α in the frequency range from f min to f max specified by the user. α = 201g (A max / A min ), where A max and A min are the maximum and minimum values in the array FA sort [i] lying between the frequencies f min and f max .

29. Вычисляем максимальное значение амплитуды А* в массиве FAsort[i].29. Calculate the maximum value of the amplitude A * in the array FA sort [i].

30. Нормируем массив FAsort[i] по максимальной амплитуде FA*sort[i].A=20lg(FAsort[i].A/А*). Если выбран режим относительных измерений, то отображаем полученную зависимость

Figure 00000009
на индикаторном устройстве.30. We normalize the array FA sort [i] according to the maximum amplitude FA * sort [i] .A = 20lg (FA sort [i] .A / A * ). If the relative measurement mode is selected, then we display the obtained dependence
Figure 00000009
on the indicator device.

31. Определяем нижнюю -fн и верхнюю -fв частоту на заданном пользователем уровне L [дБ], для этого в массиве

Figure 00000009
находим ближайшие к L значения амплитуды
Figure 00000010
. Определяем, какое из найденных значений массива больше по частоте, записываем частоту для этого индекса в переменную
Figure 00000011
, меньшее значение по частоте записываем в переменную fн.31. We determine the lower -f n and the upper -f to the frequency at the user-specified level L [dB], for this in the array
Figure 00000009
we find the amplitude values closest to L
Figure 00000010
. We determine which of the found values of the array is larger in frequency, write the frequency for this index into a variable
Figure 00000011
, a lower value in frequency is written into the variable f n .

32. Рассчитываем полосу частот на заданном уровне fв-fн и центральную частоту на заданном уровне Fц=(fв-fн)/2.32. We calculate the frequency band at a given level f in -f n and the center frequency at a given level F c = (f in -f n ) / 2.

33. Отображаем найденные значения параметров АЧХ: α, fв-fн, fв, fн, fц.33. We display the found values of the frequency response parameters: α, f in -f n , f in , f n , f c .

34. Если для анализа необходимо изменение диапазона частот для анализа, то переходим к пункту 2 алгоритма, иначе переходим к пункту 3.34. If analysis requires changing the frequency range for analysis, then go to step 2 of the algorithm, otherwise go to step 3.

Пункты алгоритма 13-26 реализуют компенсацию динамических погрешностей измерений за счет того, что измерение АЧХ разделено на две части, одно из которых происходит при возрастании частоты, а другое при убывании.Paragraphs of algorithm 13-26 implement the compensation of dynamic measurement errors due to the fact that the frequency response measurement is divided into two parts, one of which occurs with increasing frequency, and the other with decreasing frequency.

Наибольший эффект от использования предложенного изобретения может быть достигнут в измерительных комплексах, содержащих быстродействующий микроконтроллер/сигнальный процессор. Расширение функциональных возможностей достигнуто за счет усложнения алгоритма цифровой обработки и введения схемы генерации тестового сигнала для измерения АЧХ.The greatest effect of using the proposed invention can be achieved in measuring complexes containing a high-speed microcontroller / signal processor. The expansion of functionality was achieved by complicating the digital processing algorithm and introducing a test signal generation circuit for measuring the frequency response.

Предложенный цифровой измеритель АЧХ может измерять:The proposed digital frequency response meter can measure:

- АЧХ устройства.- Frequency response of the device.

- АЧХ линии или канала связи, при этом необходимо 2 измерителя на каждом конце линии или канала связи.- Frequency response of a communication line or channel, while 2 meters are needed at each end of the communication line or channel.

- Параметры АЧХ: нижнюю -fн и верхнюю -fв частоту на заданном уровне, полосу частот на заданном уровне fв-fн, центральную частоту на заданном уровне fц=(fв-fн)/2, неравномерность АЧХ в заданной полосе частот - α.- Frequency response parameters: lower -f n and upper -f to frequency at a given level, frequency band at a given level f to -f n , center frequency at a given level f c = (f to -f n ) / 2, frequency response unevenness given frequency band - α.

- Глубину AM - пиковое значение в заданной полосе частот.- Depth AM - peak value in a given frequency band.

- Девиацию частоты - пиковое значение в заданной полосе частот.- Frequency deviation - peak value in a given frequency band.

- Глубину AM - среднеквадратическое значение в заданной полосе частот.- Depth AM - RMS value in a given frequency band.

- Девиацию частоты - среднеквадратическое значение в заданной полосе частот.- Frequency deviation - RMS value in a given frequency band.

- Частоту несущей (центральную частоту).- Carrier frequency (center frequency).

- Частоту модулирующего сигнала AM и (или) ЧМ.- The frequency of the modulating signal AM and (or) FM.

- Коэффициент нелинейных искажений модулирующего сигнала AM и (или) ЧМ.- The coefficient of nonlinear distortion of the modulating signal AM and (or) FM.

Использование в цифровом измерителе АЧХ недорогой цифровой схемотехнической базы приводит к снижению стоимости и повышению надежности устройства.The use of an inexpensive digital circuitry base in a frequency response meter reduces the cost and improves the reliability of the device.

Claims (1)

Цифровой измеритель амплитудно-частотных характеристик, содержащий индикатор, микроконтроллер, преобразователь аналог-код, выход которого соединен с первым входом микроконтроллера, первый выход микроконтроллера соединен с индикатором, отличающийся тем, что в него введен преобразователь код-аналог, устройство ввода и устройство сопряжения, первый вход которого является входом измерителя, а первый выход является выходом измерителя, второй выход устройства сопряжения соединен с первым входом преобразователя аналог-код, второй вход которого соединен со вторым выходом микроконтроллера, второй вход которого соединен с устройством ввода, третий выход микроконтроллера соединен с третьим входом устройства сопряжения, четвертый выход микроконтроллера соединен со входом преобразователя код-аналог, выход которого соединен со вторым входом устройства сопряжения. A digital amplitude-frequency characteristics meter containing an indicator, a microcontroller, an analog-to-code converter, the output of which is connected to the first input of the microcontroller, the first output of the microcontroller is connected to an indicator, characterized in that a code-to-analog converter, an input device and a pairing device are inserted into it, whose first input is the input of the meter, and the first output is the output of the meter, the second output of the interface device is connected to the first input of the analog-code converter, the second input is cerned is connected to the second output of the microcontroller, a second input coupled to the input device, the third output of the microcontroller is connected to the third input of the coupling device, the fourth output of the microcontroller is connected to the input of the code-to-analog converter whose output is connected to the second input coupling device.
RU2012124396/28A 2012-06-13 2012-06-13 Digital meter of amplitude frequency response RU2520956C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012124396/28A RU2520956C2 (en) 2012-06-13 2012-06-13 Digital meter of amplitude frequency response

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012124396/28A RU2520956C2 (en) 2012-06-13 2012-06-13 Digital meter of amplitude frequency response

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012124396A RU2012124396A (en) 2013-12-20
RU2520956C2 true RU2520956C2 (en) 2014-06-27

Family

ID=49784527

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012124396/28A RU2520956C2 (en) 2012-06-13 2012-06-13 Digital meter of amplitude frequency response

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2520956C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2577078C2 (en) * 2015-01-26 2016-03-10 Гарри Романович Аванесян Digital meter for amplitude-frequency characteristics (versions) and special-purpose time interval former

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3873909A (en) * 1967-08-21 1975-03-25 Varian Associates Gyromagnetic apparatus employing computer means for correcting its operating parameters
JPS5291473A (en) * 1976-01-27 1977-08-01 Takeda Riken Ind Co Ltd Frequency characteristic measuring device
US5420516A (en) * 1991-09-20 1995-05-30 Audio Precision, Inc. Method and apparatus for fast response and distortion measurement
DE19530812A1 (en) * 1995-08-22 1996-01-18 Oliver Bartels Radio measuring receiver or spectrum analyser with image frequency suppression
RU2248000C2 (en) * 2003-05-05 2005-03-10 Поздняков Владислав Александрович Digital modulation meter
US20080097712A1 (en) * 2002-02-08 2008-04-24 Peter George Bruce Test Equipment and Portable Test Device
RU2424534C1 (en) * 2010-04-05 2011-07-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет" Digital modulation metre

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3873909A (en) * 1967-08-21 1975-03-25 Varian Associates Gyromagnetic apparatus employing computer means for correcting its operating parameters
JPS5291473A (en) * 1976-01-27 1977-08-01 Takeda Riken Ind Co Ltd Frequency characteristic measuring device
US5420516A (en) * 1991-09-20 1995-05-30 Audio Precision, Inc. Method and apparatus for fast response and distortion measurement
DE19530812A1 (en) * 1995-08-22 1996-01-18 Oliver Bartels Radio measuring receiver or spectrum analyser with image frequency suppression
US20080097712A1 (en) * 2002-02-08 2008-04-24 Peter George Bruce Test Equipment and Portable Test Device
RU2248000C2 (en) * 2003-05-05 2005-03-10 Поздняков Владислав Александрович Digital modulation meter
RU2424534C1 (en) * 2010-04-05 2011-07-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет" Digital modulation metre

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Поздняков В. А. Развитие методов определения параметров радиосигнала по массиву мгновенных значений // Автореферат диссертации, Владимир, 2004 (фиг. 2). *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2577078C2 (en) * 2015-01-26 2016-03-10 Гарри Романович Аванесян Digital meter for amplitude-frequency characteristics (versions) and special-purpose time interval former

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012124396A (en) 2013-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hidalgo et al. A simple adjustable window algorithm to improve FFT measurements
US20110093225A1 (en) Method of making frequency domain measurements on a time domain instrument
CN111585927B (en) Frequency modulation demodulation system and signal processing method
US8026728B2 (en) Spectrum analyzers with dynamic range indicator and methods of use
CN102868402A (en) Test method for testing main performance indices of analog-to-digital converter (ADC)
CN104483619B (en) A kind of frequency characteristics measurement system based on virtual instrument
CN107576890A (en) A kind of time domain distance-finding method and device
CN105676261A (en) System and method for measuring beam flow intensity of particle accelerator
US20160226558A1 (en) De-Embedding Cable Effect for Waveform Monitoring for Arbitrary Waveform and Function Generator
RU2520956C2 (en) Digital meter of amplitude frequency response
US11885839B2 (en) Method and system for making time domain measurements of periodic radio frequency (RF) signal using measurement instrument operating in frequency domain
RU2424534C1 (en) Digital modulation metre
AboBakr et al. Toward portable bio-impedance devices
JP2013544369A (en) System frequency response test using continuous sweep frequency
RU2734902C1 (en) Method of measuring input and mutual resistance of antennas in frequency band
Parvis et al. A precompliance EMC test-set based on a sampling oscilloscope
CN201382975Y (en) Phase noise tester
RU2248000C2 (en) Digital modulation meter
Miyazaki et al. Lock-in amplifier impedance meter using a low-cost microcontroller
Waivio High frequency sampling oscilloscopes used for vector network analysis: Synthetic vector network analyzer
CN206114773U (en) High performance spectral analyser
CN212540518U (en) Alternating current ground potential gradient voltage signal measuring device
CN110070886A (en) Noise characteristic analysis method and noise characteristic analysis system
RU2765836C2 (en) Method for measuring resonant frequency and q-factor
CN110672927B (en) Voltage fitting method based on target

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170614