SU1396081A1

SU1396081A1 - Amplitude-phase analyzer of harmonics of periodic voltages

Info

Publication number: SU1396081A1
Application number: SU864075015A
Authority: SU
Inventors: Вячеслав Павлович Будейкин; Юрий Константинович Рыбин
Original assignee: Томский политехнический институт им.С.М.Кирова
Priority date: 1986-06-03
Filing date: 1986-06-03
Publication date: 1988-05-15

Abstract

Изобретение относитс к области создани анализаторов комплексного спектра периодических сигналов и может быть использовано при исследовании сигналов-откликов, например, в виброметрии. Амплитудно-фазовый анализатор содержит входной Ьлок 1, режекторный фильтр 2, аттенюатор 3, усилитель 4, синхронные детекторы 5 и 6, индикаторы 7 и 8, блок 9 формировани квадратурных опорных напр жений , компараторы 10 и 11 напр жений и генераторы 19 и 20 случайных напр жений. За счет введени двух блоков 12 функционального преобразовани удаетс уменьшить дисперсию гармонических компонентов пр моугольной весовой функции, котора используетс в устройстве, что повьшает быстродействие измерени . Снижение погрешности измерений позвол ет снизить интервал времени измерений или повысить быстродействие устройства. В описании приведен пример реализации блока 12 функционального преобразовани . 1 з.п, 4г--лы, 2 ил. с (ОThe invention relates to the field of creating analyzers of a complex spectrum of periodic signals and can be used in the study of signal-responses, for example, in vibrometry. The amplitude-phase analyzer contains an input block 1, a notch filter 2, an attenuator 3, an amplifier 4, synchronous detectors 5 and 6, indicators 7 and 8, a quadrature reference voltage shaping unit 9, comparators 10 and 11 voltages, and random generators 19 and 20 stress By introducing two functional conversion units 12, it is possible to reduce the dispersion of the harmonic components of the rectangular weight function that is used in the device, which improves the measurement performance. Reducing the measurement error makes it possible to reduce the measurement time interval or increase the speed of the device. The description provides an example of implementation of the functional conversion block 12. 1 z.p, 4g - ly, 2 ill. c (o

Description

.7.7

Изобретение оттгоснтс к измери- гелыюй технике, а именно к области создани анализаторов комплексного спектра периодических сигналов, селе- ктивных микровольтметров и измерителей нелинейных искажений,и может быть использовано при исследовании сигналов-откликов в виброметрии, акустике, геологоразведке полезных ископаемьк, физике твердого тела.,, биологии и т„д. Цель изобретени - повьшение быст- ;родействи . измерений путем введени в Канализатор двух блоков функционально- то преобразовани , при помощи которых удаетс уменьшить .дисперсию гармонических компонентов пр моугольной весовой функции, котора используетс в устройстве с Снилсение погрешности: измерений позвол ет снизить интервал вре- мени измерений или повысить быстродействие устройства при одинаковых с прототипом погрешност х измерений.The invention relates to measuring techniques, in particular, to the creation of analyzers of the complex spectrum of periodic signals, selective microvoltmeters and nonlinear distortion meters, and can be used in the study of signal responses in vibrometry, acoustics, geological prospecting, and solid state physics. ,, biology and t „d. The purpose of the invention is to increase the speed; measurements by introducing into the Channelizer two functional transformation units, with the help of which it is possible to reduce the dispersion of the harmonic components of the square weight function that is used in the device with the Unloading Error: the measurements can reduce the time interval of the measurements or increase the speed of the device with the same prototype measurement errors.

На фиг. 1 представлена структурна .схема анализатора; на фиг. 2 - схема его блока функционального преобразовани .FIG. 1 shows a structural analyzer circuit; in fig. 2 is a diagram of its functional transformation block.

Амплитудно-фазовый анализатор гармоник периодических напр жений содержит последовательно соединенные вход- ной блок 1, режекторный фильтр 2, аттенюатор 3, усилитель 4, первьш 5 н второй 6 синхронные детекторы, выходы которых соединены соответственно с входами первого 7 и второго 8 инди- каторов, блок 9 формировани квадратурных опорных напр жений, квад1)атур- ные выходы которого через первый 10 и второй 11 компараторы напр жений подключены к опорным входам первого 5 и второго 6 синхронных детекторов соответственно , а также два блока 12 функционального преобразовани (фиг. 2), каждый из которых содержит m модул торов 13, га компараторов 14 напр жений, га суммирующих усилителей 15, а также по одному сумматору 16, формирователю 17 модул и источнику 18 опорного напр жени , причем первые входь m компараторов 14 объеди- нены и через формирователи 17 модул подключены к соответствующим вьпгодам блока 9 формировани квадратурных опорных напр жений, первые входы гаThe amplitude-phase analyzer of periodic voltage harmonics contains a series-connected input unit 1, a notch filter 2, an attenuator 3, an amplifier 4, the first 5 n and the second 6 synchronous detectors, the outputs of which are connected respectively to the inputs of the first 7 and second 8 indicators, quadrature reference voltage generating unit 9, quad1) whose outputs through the first 10 and second 11 voltage comparators are connected to the reference inputs of the first 5 and second 6 synchronous detectors, respectively, as well as two function blocks 12 conversion (Fig. 2), each of which contains m modulators 13, ha of voltage comparators 14, ha of summing amplifiers 15, and also one adder 16, a module former 17 and a reference voltage source 18, with the first input of m comparators 14 are combined and, through the shapers, 17 modules are connected to the corresponding stages of the quadrature reference voltage generation unit 9, the first inputs are

суммирующих усилителей 15 объединены и подключены к выходам соответствующих источников 18 опорного напр жени , выходы первого 19 и второго 20 генераторов случайных напр жений подс; 0 5 0 the summing amplifiers 15 are combined and connected to the outputs of the respective sources 18 of the reference voltage, the outputs of the first 19 and second 20 random voltage generator su; 0 5 0

5 0 5 0 д 5 0 5 0 d

5five

ключены к вторым входам суммирующих усилителей 15 блоков 12 соответственно , выходы которых подключены к соответствующим вторым входам m компараторов 14, выходы последних соединены с управл емыми входами соответствующих модул торов 13, сигнальные входы которых объединены и подключены к выходу усилител 4, а выходы - через маторы 16 - к сигнальным входам соответственно первого 5 и второго 6 синхронных детекторов.connected to the second inputs of the summing amplifiers 15 blocks 12, respectively, the outputs of which are connected to the corresponding second inputs m of the comparators 14, the outputs of the latter are connected to the controlled inputs of the corresponding modulators 13, the signal inputs of which are combined and connected to the output of the amplifier 4, and the outputs through the mators 16 - to the signal inputs of the first 5 and second 6 synchronous detectors, respectively.

Модул торы могут быть выполнены на .аналогичных ключах, а формирователь модул - на двух операционных усилител х и четырех диодах.Modulators can be made on identical keys, and a module driver can be made on two operational amplifiers and four diodes.

Анализатор работает следующим образом .The analyzer works as follows.

Исследуемое входное переменное напр жение через входной блок 1, режекторный фильтр 2, аттенюатор 3 и уси.литель 4 поступает на входы модул торов 13 двух блоков 12. Дл упрощени изложени работу анализатора в дальнейшем будем рассматривать относительно измерени только одной квадратурной составл ющей исследуемой гармоники, например по каналу блоков 12, 5 и 7, так как работа устройства при измерении второй квадратурной составл ющей (по каналу блоков 12, б и В) аналогична. После модз. л 1щи в блоках 13 и суммировани с определенными весами в сумматоре 16 входной: сигнал поступает на вход синхронного детектора 5„ Входное опорное напр жение с частотой первой гармоники входного исследуемого сигнала поступает на вход блока 9 формировани квадратурных опорных напр жений, представл ющего собой умножитель частоты, который формирует два квадратурных переменных опорных напр жени с умноженной точно в п раз частотой входного опорного сигнала, синхронизированных с последним, В частном и наиболее важном дл практики случае, когда требуетс получить гармонические ортогональные весовые функции, выходные напр жени формироватеп 9 должны быть синусои,дальной формы Генератор 19 (20) случайного напр жени формирует случайное напр жение с равномерным законом распределени . Тогда при задании определенных коэффициентов суммировани и усилени суммирующих усилителей 15 и сумматора 16 будет получена усредненна весова функ1щ The input variable voltage under study is through the input unit 1, notch filter 2, attenuator 3 and amplifier 4 is fed to the inputs of the modulators 13 of two blocks 12. To simplify the presentation, we will consider the analyzer's work in the future to measure only one quadrature component of the harmonic under study, for example, the channel of blocks 12, 5 and 7, since the operation of the device when measuring the second quadrature component (through the channel of blocks 12, b and C) is similar. After modz. l 1 in blocks 13 and summation with certain weights in the adder 16 input: the signal is fed to the input of the synchronous detector 5 "The input reference voltage with the frequency of the first harmonic of the input signal under study is fed to the input of the quadrature reference voltage shaping unit 9, representing a frequency multiplier which forms two quadrature reference voltage variables with exactly the frequency of the input reference signal multiplied exactly n times synchronized with the latter, in the particular and most important practice case when harmonic orthogonal weighting functions are required, the output voltages of the formative 9 must be sine, of a distal form. The random voltage generator 19 (20) forms a random voltage with a uniform distribution law. Then, when specifying certain summation and gain factors of summing amplifiers 15 and adder 16, an average weighting function will be obtained

преобразовани синусоидальной формы, дисперси гармонических коэффициентов которой существенно уменьшена по сравнению с весовой функцией анализатора-прототипа .sinusoidal transformations, the dispersion of the harmonic coefficients of which is significantly reduced compared with the weight function of the prototype analyzer.

Известным вл етс факт, что чем больше врем измерени , тем меньше погрешность измерени , и наоборот.It is a known fact that the longer the measurement time, the smaller the measurement error, and vice versa.

Получить допустимое значение погрешности можно по-разному. В анализаторе-прототипе , например, дл получени погрешности +3% необходим интервал времени измерени длительностью не менее 100 Tf , где Т - период измер емой гармоники, а в предлагаемом анализаторе уже при m 2 данна погрешность достигаетс за интервал времени длительностью , так как благодар введению дополнительных блоков в предлагаемом устройстве удаетс сократить врем измерени .To obtain the permissible value of the error can be different. In the prototype analyzer, for example, to obtain an error of + 3%, a measurement time interval of at least 100 Tf is required, where T is the period of the measured harmonic, and in the proposed analyzer already at m 2 this error is reached in a time interval of duration, because The introduction of additional units in the proposed device reduces the measurement time.

Claims

1. Amplitude-phase analyzer of periodic voltage harmonics, containing serially connected input unit, notch filter, attenuator, amplifier, as well as first and second synchronous detectors, whose outputs are connected to the inputs of the first and second indicators, respectively, quadrature reference voltage generation unit The quadrature outputs of which are connected via the first and second voltage comparators to the reference inputs of the first and second synchronous detectors, respectively, and two random generators eny, characterized in that, in order povsch1eni speed, two pre functional unit introduced therein

ten

15

20

25

, thirty

35

40

formation, the inputs of which are combined and connected to the output of the amplifier, and the outputs are connected respectively to the signal inputs of the first and second synchronous detectors, while the second and third inputs of the first functional conversion unit are connected respectively to the output of the first random voltage generator and the first output of the quadrature reference generator voltages, and the second and third inputs of the second functional conversion unit are connected respectively to the output of the second random voltage generator and orym quadrature output of the reference voltage.

2. The analyzer according to claim 1, characterized in that the functional conversion unit comprises a module driver, whose input is the third input of the module, a reference voltage source, an adder, m modulators, m comparators and m summing amplifiers, the first inputs of which are combined and connected to the output of the reference voltage source, and the combined second inputs are connected to the second input of the functional conversion unit, while the first inputs of the modulators are combined and connected to the first input of the functional conversion unit and their second inputs connected to the outputs of respective comparators ,, and outputs - to the inputs of an adder whose output is an output of the conversion function, the first inputs of the comparators are combined and connected to the output of the modulator, and their second inputs connected to the outputs of the respective amplifiers.

Fie.2