SU815669A1 - Амплитудно-фазовый анализатор гар-МОНиК - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к электроиз мерительной и аналого-цифровой вычислительной технике и предназначено дл  нахождени  линейчатых амплитудного « фазового спектров периодического ана логового входного сигнала, т.е. дл  получени  его спектрального состава Известен анализатор, содержащий перестраиваемый синусно-косинусный ге нератор, два множительных устройства два интегратора и преобразователь координат. Достоинствами этого устройства  вл ютс  высокое быстродействие и возможность получени  не только амплитудного, но и фазового спектра l . Однако схема устройства получаетс сложной и дорогой перестраиваемый.си нусно-косинусный генератор  вл етс  высококачественным, с малыми нелиней ными искажени ли, множительные устройства , кроме высокой точности, обладают высоким быстродействием. В итоге получаетс  устройство, содержащее около дес ти достаточно сложных и точных блоков. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  амплитудно-фазовый анализатор гармо ник, содержащий генератор синуснокосинусного напр жени  и первый и второй аналоговые ключи, вход первого аналогового ключа подключен к первому входу устройства, первый выход которого через второй аналоговый к.пюч соединен с первым выходом генератора синусно-косинусного напр жени . Кроме того, амплитудно-фазовый анализатор гармоник содержит преобразователь координат, состо щий из шести нелинейных вычислительных блоков Е2. Недостатком этого устройства  вл етс  его сложность, обусловленна  наличием преобразовател  координат, состо щего из шести нелинейных вычислительных блоков, Из теории надежности известно, что чем устройство сложнее, тем оно менее надежно. Цель изобретени  - повышение надежности устройства. указанна  цель достигаетс  тем, что -в амплитудно-фазовый анализатор гармоник, .содержащий генератор синусно-косинусного напр жени  и первый и второй аналоговые ключи, вход первого аналогового ключа подключен к первому входу устройства, первый выход которого через второй аналоговый ключ соединен с первым выходом генератора синусно-косинусного напр жени , введ ны компаратор, конденсатор,.операционный усилитель, блок цифровой уп равл емой проводимости, блок цифро- вого управл емого сопротивлени , третий, четвертый и п тый аналоговые ключи, выход первого аналогового клю ча через блок цифрового управл емого сопротивлени  подключен к первому входу, генератора синусно-косинусного напр жени , второй вход которого соединен со вторым входом устройства и с первым входом блока цифровой управ л емой проводимости, второй вход которого через третий аналоговый ключ подключен к третьему входу устройства , выход блока цифровой управл емой проводимости соединен со входом операционного усилител , выход которого через параллельно соединенные четвер тый аналоговый ключ и конденсатор подключен к выходу блока цифровой управл емой проводимости и - через п тый аналоговый ключ - ко второму выходу устройства, второй выход генератора синусно-косинусного напр жени  соединен со входом компаратора . Устройство определ ет амплитуду фазу -f,. дл  К-гармоник входного в соответствии с выраже сигнала ни ми n arctg + «ок (, J(t)cosH( t)dt Л ™ J V{t)sin(K t)dt о при Vait О при Vcik. О Т - период входного сигнала, К - номер гармоники (К 1, 2, 3) m - масштабный коэффициент ( В/рад). Устройством осуществл етс  переход от а, Ь|, к CK., k Кроме того, дл  получени  на выходе устройства амплитуды к -ой гармоники, а не величины 31 с. , практическое использование которой затруднено, иссследуемый входной сигнал V(t) поступает не через посто нный резистор на первход генератора синусно-косинуснапр жени , а через малоразр дный блок цифрового управл емого сопротивлени . . На фиг. 1 представлена функцио .нальна  схема устройства; на фиг, 2 функциональна  схема генератора синусно-косинусного напр жени ; на фиг. 3 - функциональна  схема преобразовател  координат на основе развертывающих систем. Амплитудно-фазовый анализатор гармоник содержит генератор 1 синусно-косинусного напр жени ,компаратор 2,опе рационный усилитель 3,блок 4 цифрового управл емого сопротивлени , блок 5 цифровой управл емой проводимости , конденсатор 6, первый, второй, третий, четвертый и п тый аналоговые ключи 7-11. Амплитудно-фазовый анализатор гар МОНИК работает следующим образом. Весь линейчатый амплитудно-фазовый спектр вычисл етс  за врем  цикла . Цикл состоит из выполн емых последовательно во времени подциклов, в каждом из которых вычисл ютс  амплитуда и фаза очередной гармоники. Все подциклы имеют один и тот же алгоритм функционировани , измен ютс  лишь коды, управл ющие блоками цифровой управл емой проводимости и цифрового управл емого сопротивлени . Рассмотрим работу генератора 1 синусно-косинусного напр жени  при действии на него произвольного напр жени  V(t) (фиг.2). в исходном состо нии на интеграторах генератора 1 синусно-косинусного напр жени  установлены нулевые начальные услови . При t О замыкаютс  ключи 12, 13 и 14. Тогда работа схемы в операторной форме описываетс  выражением .,(И--.,.лХ.а,а,Х(М . Откуда V(P) (P) р./,,,. . Дл  выходного напр жени  второго интегратора справедливо V-(P) (Р) . После перехода в t-область и преобразований получим tt У. (t)(t)tJV4t)COSO tdt+Sitl((t)5l«iaytdlt (5j V (t)(co5iutjvft)5intartdt-sinoytjl/(t)cosuyt(|tj Сб , ,,а,аз где оу а Если ключи 12, 13 и 14 замкнуты на врем  Т, а коэффициенты передачи определ ютс  выражени ми 27Г .1 а а J- а - 1 ; а -, то в момент размыкани  ключей выходные напр жени  интеграторов Л,(Т) I JV(t)cos(k Н t)dt Va, т.е. эти напр жени  равны коэффицинтам разложени  в р д Фурье в форе Vc,, , Vfi . Это свойство генератора синуснокосинусного Напр жени  и используетс  при работе амплитудно-фазового анализатора гармоник (фиг. 1). С целью обеспечени  возможности управлени  коэффициентами а и а входные резисторы интеграторов генератора синусно-косинусного напр жени  заменены на цифровые управл емые проводимости , при этом переход к анализу каждой очередной гармоники сопровождаетс  увеличением управл ющего кода N на величину NQ (код, обратно пропорциональный периоду входного сигнала). Дл  управлени , коэффициентом передачи а используетс  цифровое .управл емое сопротивление. Анализу первой гармоники соответствует код, равный единице младшего разр да . Увеличение номера анализируемой гармоники соответствует увеличению на единицу кода Nj.

Таким образом, в первом такте каждого из подциклов, при замыкании на врем  ключей генератора, вычисл ютс  величины Уд и УВК Во втором такте подцикла входной сигнал отключаетс  от генератора, вхема переходит в режим преобразовани  координат (фиг.З) построенного на основе развертывающих систем. В отмечаемый компаратором kc момент времени, когда выходное напр жение второго интегратора равно нулю, напр жение с выхода первого интегратора равно амплитуде, а с выхода дополнительного интегратора пропорционально фазе исследуемой гармоники, т.е. реализуютс  уравнени  1-1, 1-2.

Блок цифровой управл емой проводимости во входной цепи дополнительного интегратора введен дл  того, чтобы отношение. оставалось посто нным .Таким образом, амплитудно-фазовый анализатор гармоник существенно проще и, следовательно, надежнее известного . Из его схемы целиком исклю чаетс  сложный вычислительный блок преобразователь координат, введенный в схему блок цифрового управл емго сопротивлени  проще любого делительного устройства, которые необходимо вводить по входу V(t) в известном устройстве дл  того, чтобы получить с выхода величину Ск. , а не JCn..

Амплитудно-фазовый анализатор гармоник также имеет значительные преимущества перед устройствс1ми подобного типа, от которых он отличаетс  простотой, так как в схемотехнике фильтрации просто реализуетс  лишь нахождение амплитудного спектра, а определители фазового спектра достаточно сложны, быстродействием, так как врем  переходных процессов в полосовом фильтре тем больше, чем полоса пропускани  фильтра, более простой схемой при анализе низкочастотных сигналов, так как низко-: частотные фильтры громоздки, а гете .родинное преобразование частоты дл  ухода в полосу более высоких частот сложно. По сравнению с анализаторами с непосредственной реализацией уравнений 1 и 2 амплитудно-фазовый анализатор гармоник существенно прение,

так как в нем отсутствуют прецизионные быстродействующие множительные устройства и отдельный блок гфеобразовани  координат.

Амплитудно-фазовый анализатор гармоник может найти применение в составе различного рода информационноизмерительных комплексов и систем, в качестве автономного устройства дл  спектрального анализа различного вида механических и акустических колебаний, преобразованных предварительно в напр жение, при аппаратурном, определении нелинейных искажений передаточных характеристик систем автоматического управлени  и в большом количестве других использований.

Claims (2)

1.Авторское свидетельство СССР 174805, кл. G 01 R 23/16, 1965.

0

2.Корн.Г. А. Моделирование случайных процессов на аналоговых и аналого-цифровых машинах. М., Мир, 1968, с.233-235 (прототип).

12

{

I

iWzjW

I

)

u,-.

Фиг.З L jiu.{i,)