способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента
Классы МПК: | G01R3/00 Способы и устройства для изготовления измерительных приборов |
Автор(ы): | Беспалов Е.С., Меньщиков И.Л. |
Патентообладатель(и): | Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2001-07-04 публикация патента:
10.01.2003 |
Использование: в устройствах с программируемой нелинейностью, дискриминаторе нелинейности или поверочных приборах. Технический результат заключается в том, что способ нечувствителен к изменению амплитуды входного гармонического сигнала и, как следствие, к одновременному дрейфу амплитуд гармонических составляющих на выходе нелинейного безынерционного элемента, а также способ не требует априорного знания угла отсечки. Способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента заключается в том, что на НБЭ подают непрерывное гармоническое колебание, проводят спектральный анализ сигнала на выходе НБЭ, по результатам которого получают значение КН параболической характеристики, используют режим НБЭ с отсечкой, сигнал на выходе НБЭ преобразуют в цифровую форму, осуществляют цифровой спектральный анализ импульсов выходного сигнала, делают выборку из пяти любых соседних гармонических составляющих спектра выходного сигнала, имея значения амплитуд и фаз этих гармонических составляющих, определяют порядковый номер в общей последовательности второй из пяти выбранных гармоник, по значениям амплитуд и фаз пяти выбранных соседних гармонических составляющих вычисляют КН параболической характеристики. 3 з. п.ф-лы, 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
1. Способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента, заключающийся в том, что на нелинейный безынерционный элемент подают непрерывный гармонический сигнал, проводят спектральный анализ сигнала на выходе нелинейного безынерционного элемента, по результатам которого вычисляют значение коэффициента нелинейности параболической характеристики, отличающийся тем, что используют режим работы нелинейного безынерционного элемента с отсечкой, сигнал на выходе нелинейного безынерционного элемента преобразуют в цифровую форму, осуществляют цифровой спектральный анализ импульсов выходного сигнала, делают выборку из пяти любых соседних гармонических составляющих спектра выходного сигнала, имея значения амплитуд и фаз этих гармонических составляющих, определяют порядковый номер в общей последовательности второй из пяти выбранных гармоник, по значениям амплитуд и фаз пяти выбранных соседних гармонических составляющих вычисляют коэффициент нелинейности параболической характеристики. 2. Способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента по п. 1, отличающийся тем, что вычисляют номер второй гармонической составляющей из пяти соседних в спектре выходного сигнала нелинейного безынерционного элемента как один из корней квадратного уравненияAn2+Bn+С= 0,
где А= 2[a(d2-се)+b(be-2cd)+с3)] ;
В= a[d(b+5d)-2с(с+2е)] +b[b(c+3е)-d(8c+е)] +с[2с(2с+е)-d2] ;
С= 2(а-c)[d(b+d)-с(с+e)] ;
n - порядковый номер второй из пяти гармоник;
а, b, с, d, е - оценки пяти соседних составляющих спектра тока, пропорциональные коэффициентам разложения,
а коэффициент нелинейности параболической характеристики вычисляют по формуле
![способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента, патент № 2196337](/images/patents/274/2196337/2196337-12t.gif)
3. Способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента по п. 1, отличающийся тем, что при известном значении угла отсечки, равном 90o, порядковый номер n второй из пяти гармоник и коэффициент нелинейности р параболической характеристики вычисляют соответственно по формулам
![способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента, патент № 2196337](/images/patents/274/2196337/2196337-13t.gif)
![способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента, патент № 2196337](/images/patents/274/2196337/2196337-14t.gif)
4. Способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида линейного безынерционного элемента по п. 1, отличающийся тем, что при известных порядковых номерах пяти любых соседних гармонических составляющих в спектре выходного сигнала нелинейного безынерционного элемента и при известном значении угла отсечки, равным 90o, коэффициент нелинейности р параболической характеристики вычисляют по формуле
![способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента, патент № 2196337](/images/patents/274/2196337/2196337-15t.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области радиотехники, позволяет определять значение коэффициента нелинейности (КН) характеристики нелинейного безынерционного элемента (НБЭ) при условии, что сама характеристика может быть аппроксимирована параболой вида у(х)=Sxp, где S - константа; р - коэффициент параболы, причем у(х)=0 при х![способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента, патент № 2196337](/images/patents/274/2196016/8804.gif)
![способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента, патент № 2196337](/images/patents/274/2196059/946.gif)
![способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента, патент № 2196337](/images/patents/274/2196059/946.gif)
![способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента, патент № 2196337](/images/patents/274/2196059/946.gif)
![способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента, патент № 2196337](/images/patents/274/2196337/2196337-2t.gif)
![способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента, патент № 2196337](/images/patents/274/2196025/8226.gif)
![способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента, патент № 2196337](/images/patents/274/2196040/8776.gif)
![способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента, патент № 2196337](/images/patents/274/2196004/969.gif)
![способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента, патент № 2196337](/images/patents/274/2196060/960.gif)
![способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента, патент № 2196337](/images/patents/274/2196004/969.gif)
![способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента, патент № 2196337](/images/patents/274/2196025/8226.gif)
- способ нечувствителен к изменению частоты входного гармонического сигнала;
- способ нечувствителен к изменению амплитуды входного гармонического сигнала и, как следствие, к одновременному изменению амплитуд гармонических составляющих на выходе НБЭ в одно и тоже число раз;
- способ может работать с любой выборкой из 5-и соседних гармоник;
- способ не требует наличия эталона;
- результаты моделирования на ПК показали, что при нелинейной характеристике исследуемого элемента вида у=Sxp при х>0 у=0 при х
![способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента, патент № 2196337](/images/patents/274/2196016/8804.gif)
An2+Bn+C=0,
где А=2[a(d2-се)+b(be-2cd)+с3)];
В=a[d(b+5d)-2с(с+2е)]+b[b(c+3е)-d(8c+е)]+с[2с(2с+е)-d2];
С=2(а-c)[d(b+d)-с(с+е)],
а, b, с, d, е - оценки пяти соседних составляющих спектра тока, пропорциональные коэффициентам разложения. Коэффициент нелинейности параболической характеристики вычисляют по формуле
![способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента, патент № 2196337](/images/patents/274/2196337/2196337-3t.gif)
Согласно п. 3 формулы изобретения при известном значении угла отсечки, равном 90o, порядковый номер n второй из пяти гармоник и коэффициент нелинейности р параболической характеристики вычисляют соответственно по формулам
![способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента, патент № 2196337](/images/patents/274/2196337/2196337-4t.gif)
![способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента, патент № 2196337](/images/patents/274/2196337/2196337-5t.gif)
Согласно п. 4 формулы изобретения при известных порядковых номерах пяти любых соседних гармонических составляющих в спектре выходного сигнала нелинейного безынерционного элемента и при известном значении угла отсечки, равном 90o, коэффициент нелинейности р параболической характеристики вычисляют по формуле
![способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента, патент № 2196337](/images/patents/274/2196337/2196337-6t.gif)
Таким образом, технический результат достигается за счет обеспечения в способе возможности применения специальной цифровой обработки сигнала на выходе НБЭ, что позволяет устранить недостатки его прототипа и аналогов. По существу, общим между изобретением и прототипом является подход к задаче определения КН характеристики НБЭ, при котором исследуемый элемент представляют в виде "черного ящика", на вход которого подают некоторый непрерывный тестовый сигнал, а на выходе получают сигнал с измененной формой, обусловленной нелинейным свойством элемента. Далее, все выводы о характере нелинейности строят на основе результатов спектрального анализа полученного выходного сигнала. Сущность изобретения поясняется графическим материалом, где на Фиг.1 изображена блок-схема устройства, с помощью которого реализуется способ определения КН характеристики параболического вида НБЭ, а на Фиг.2 - блок-схема программы моделирования процессов, происходящих в устройстве, выбора пяти соседних гармоник, определения номера второй по счету гармоники из пяти выбранных и определения КН. Способ состоит из следующей последовательности действий. Синусоидальное колебание с выхода генератора непрерывного гармонического сигнала 1 (Фиг.1) подают на вход НБЭ 2. Сигнал на выходе НБЭ подвергают аналого-цифровому преобразованию АЦП 3 и в цифровой форме подают на анализатор спектра 4. Из спектра выходного сигнала НБЭ делают выборку из пяти любых соседних гармонических составляющих и, имея значения амплитуд и фаз этих гармонических составляющих, определяют порядковый номер в общей последовательности второй из пяти выбранных гармоник. По значениям амплитуд и фаз пяти выбранных соседних гармонических составляющих вычисляют КН параболической характеристики НБЭ в блоке 5. Генератор непрерывного гармонического сигнала формирует сигнал вида x = x0+Xm
![способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента, патент № 2196337](/images/patents/274/2196152/215.gif)
![способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента, патент № 2196337](/images/patents/274/2196004/969.gif)
![способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента, патент № 2196337](/images/patents/274/2196004/969.gif)
![способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента, патент № 2196337](/images/patents/274/2196016/8804.gif)
![способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента, патент № 2196337](/images/patents/274/2196035/947.gif)
![способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента, патент № 2196337](/images/patents/274/2196100/920.gif)
![способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента, патент № 2196337](/images/patents/274/2196337/2196337-7t.gif)
где p1=p+1;
![способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента, патент № 2196337](/images/patents/274/2196100/920.gif)
An2+Bn+C=0, (2)
где А=2[a(d2-се)+b(be-2cd)+с3)];
В=a[d(b+5d)-2c(c+2е)]+b[b(c+3е)-d(8c+е)]+с[2с(2с+е)-d2];
С=2(а-c)[d(b+d)-с(с+е)]. Целый положительный корень уравнения (2), удовлетворяющий системе уравнений (1), используется при расчете коэффициента нелинейности р:
![способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента, патент № 2196337](/images/patents/274/2196337/2196337-8t.gif)
Здесь а, b, с, d, е - оценки пяти соседних составляющих спектра тока, пропорциональные коэффициентам разложения. Система уравнений (1) подтверждает возможность идентификации гармоник по результатам спектрального анализа выходного процесса НБЭ при гармоническом входном воздействии. Если x0=0, т.е. угол отсечки равен 90o, то из (1) следует:
![способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента, патент № 2196337](/images/patents/274/2196337/2196337-9t.gif)
![способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента, патент № 2196337](/images/patents/274/2196337/2196337-10t.gif)
т. е. идентификация номеров гармоник и оценка коэффициента параболы при угле отсечки
![способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента, патент № 2196337](/images/patents/274/2196100/920.gif)
![способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента, патент № 2196337](/images/patents/274/2196025/176.gif)
![способ определения коэффициента нелинейности характеристики параболического вида нелинейного безынерционного элемента, патент № 2196337](/images/patents/274/2196337/2196337-11t.gif)
Способ определения КН характеристики параболического вида НБЭ может быть осуществлен на практике с помощью современных микропроцессорных устройств. Например, если использовать микроконтроллер Philips серии 80С51 со встроенным 10-битным АЦП, то на нем могут быть реализованы части блок-схемы 1, 3, 4, 5 (см. Фиг.1). При этом возможны различные комбинации, когда каждый из блоков 1, 3, 4, 5 оформлен в виде самостоятельного прибора (например, генератор непрерывного гармонического сигнала) или интегрирован в общее устройство. Возможность реализации подтверждается программным продуктом для персонального компьютера, специально разработанным для проверки работоспособности способа и исследования его характеристик (см. Фиг.2). Программа моделирует реальные процессы, происходящие в устройстве, проводит необходимые вычисления и обрабатывает особые случаи, когда из-за недостаточного для расчетов количества гармоник в выборке может возникать необходимость перехода к другой группе из пяти соседних гармонических составляющих. Источники информации
1. Руководящие указания по применению варисторов в устройствах связи и СЦБ. Отв. за вып. В.С. Ляличев, редактор В.В. Кончаков. - М., "Транспорт", 1978. 2. С.Л. Эпштейн, А.П. Викулов, В.Н. Москвин. Справочник по измерительным приборам для радиодеталей. Ленинград, "Энергия", 1980. 3. Сверкунов Ю.Д. Идентификация и контроль качества нелинейных элементов радиоэлектронных схем (Спектральный метод). - М., "Энергия", 1975. 4. Бруевич А.Н., Евтянов С.И. Аппроксимация нелинейных характеристик и спектры при гармоническом воздействии. - М.: Сов. Радио, 1965. - 344 с.
Класс G01R3/00 Способы и устройства для изготовления измерительных приборов