Генератор периодических сигналов с малым уровнем нелинейных искажений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Генератор периодических сигналов с малым уровнем нелинейных искажений

ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Функциональное назначение - генерация периодических сигналов с малым уровнем нелинейных искажений.

Область применения библиотеки виртуального генератора - интеллектуальные системы измерения, управления, контроля и диагностики.

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА

Включают персональный компьютер типа Celeron-1700 и выше с 128 МБ (и выше) оперативной памяти.

СПЕЦИАЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ

Определяются конкретной предметной областью применения и оговариваются в техническом задании.

УСЛОВИЯ ПЕРЕДАЧИ ДОКУМЕНТАЦИИ

Техническая документация передается заказчику на договорной основе с заявителем.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ

Различные виртуальные (компьютерные) приборы (ВП) находят широкое применение не только для решения учебных и научно-исследовательских задач. В настоящее время отчетливо наблюдается рост интереса к ВП как средствам промышленных систем.

Качество подобных систем во многом зависит от качества источников сигналов, используемых как эталоны при настройке, калибровке и поверке измерительных каналов. Одним из основных требований к источникам образцовых сигналов является требование малости уровня нелинейных искажений (порядка десятых долей %) в максимально широком частотном диапазоне (от долей Гц вплоть до частоты, равной половине частоты дискретизации).

В среде графического программирования LabVIEW имеются виртуальные инструменты - генераторы периодических сигналов. На их основе можно создавать ВП, пригодные для моделирования.

Однако, чтобы использовать их в качестве источников образцовых сигналов промышленных систем, необходимо решить проблему, связанную с ростом нелинейных искажений вследствие изменений фазировки отсчетов при вариации частоты сигнала. Визуально данный эффект проявляется на некоторых частотах в виде срезания верхушек сигнала. По форме - это аналогично ограничению амплитуды сигнала выходными каскадами усилителя, входящими в насыщение на высоких частотах при большом уровне выходной мощности.

Для уменьшения уровня нелинейных искажений генераторов периодических сигналов предлагается использовать систему автоматического регулирования формы сигнала.

Данное предложение отличается от известных решений [1], основанных на спектральных оценках уровня нелинейных искажений с помощью коэффициента гармоник тем, что, во-первых, форма сигнала измеряется непосредственно с помощью специального инструмента - идентификационного тестера (IdP-tester), описанного, например, в заявке [2] или публикациях [3,4].

Во-вторых, для перевода имени генерируемого сигнала в числовой эквивалент, равный эталонному значению его формы, применяется внутренняя база данных (БД) (рис.1).

Эта БД формируется по результатам предварительных измерений формы тех сигналов, которые предполагается использовать в генераторе. В-третьих, сравнение измеренного значения идентификационного показателя формы выходного сигнала генератора и эталонного идентификационного показателя, поступающего с выхода БД, осуществляется с помощью идентификационного компаратора, состоящего из вычитающего и порогового устройств. Выход компаратора подключается ко входу управления генератора сигналов. Наличие БД, которая по заданному типу сигнала определяет необходимое эталонное значение идентификационного параметра IdP0 и задает погрешность сравнения для компаратора, позволяет классифицировать заявляемый генератор как интеллектуальное средство измерения.

Рис. 1. Структурная схема генератора периодических сигналов с управляемой формой сигнала

В соответствие со структурной схемой (рис.1) был разработан виртуальный прибор (рис.2), с помощью которого проведены сравнительные исследования характеристик двух генераторов - без и с коррекцией нелинейных искажений.

Данный ВП содержит стандартный генератор LabVIEW (Signal Generator by Duration), предлагаемый генератор (GenCorr.vi) с коррекцией нелинейных искажений, два IdP-тестера NF-типа, предназначенные для измерения формы выходных сигналов этих генераторов. Указанные инструменты помещены в общий цикл типа While-Loop, с помощью которого формируется частотная характеристика (ЧХ) генераторов. В идеальном случае ЧХ должна представлять собой прямую линию, идущую параллельно оси абсцисс (частот) в диапазоне от 0 до частоты, равной половине частоты дискретизации.

Таблица 1.

Рис.2. Виртуальный прибор для сравнительной оценки уровня нелинейных искажений генераторов периодических сигналов без и с коррекцией формы

На дисплее панели управления (рис.2) показана ЧХ генератора без коррекции нелинейных искажений. При этом отчетливо видны вариации ЧХ в виде бросков показаний IdP-тестера. Эти вариации измеряются и сравниваются с показаниями ЧХ генератора с коррекцией в виде отношения среднеквадратических погрешностей (индикатор Numeric) и в виде отношения максимальных погрешностей (индикатор Numeric-2). Если указанные отношения превышают 1, то можно считать коррекцию эффективной. Результаты измерения эффективности коррекции представлены в табл. 1.

Из данных таблицы 1 следует, что по всей совокупности форм сигналов, погрешности откорректированного генератора от 5 до 100 раз меньше, чем у прототипа. Это подтверждается и визуально видом ЧХ (рис. 3) откорректированного генератора. При одинаковом масштабе по оси амплитуд, на данной ЧХ броски измеренных значений формы практически отсутствуют.

Рис. 3. Форма частотной характеристики откорректированного генератора

Таким образом, поскольку эффективность предлагаемого способа коррекции нелинейных искажений достаточно высока, его можно рекомендовать к применению, по крайней мере, в модельных генераторах периодических сигналов среды LabVIEW.

В библиотеку заявляемых инструментов входят виртуальные подприборы, перечисленные в табл. 2.

Таблица 2.

Рис. 4. Программный код NF-тестера, измеряющего форму сигналов

Рис. 5. Программный код (NF-correct.vi ) БД и компаратора системы автоматического регулирования формы сигналов генератора

Рис. 4. Программный код (GenCorr.vi ) генератора периодических сигналов с коррекцией нелинейных искажений

ЛИТЕРАТУРА

виртуальный генератор сигнал искажение

1. Измерения в электронике // Справочник. Под ред. В.А.Кузнецова. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 511 с.

2. Кликушин Ю.Н. Библиотека виртуальных инструментов анализа и синтеза формы сигналов. - Свидетельство об отраслевой регистрации, №50200601945, Министерство образования и науки РФ, ОФАП, М.: 2006.

3. Кликушин Ю.Н. Классификационные шкалы для распределений вероятности. - Интернет-статья, М.: Журнал Радиоэлектроники, ИРЭ РАН, № 11 (ноябрь), 2000 г.

4. Кликушин Ю.Н., Кошеков К.Т. Исследование эволюции бинарных смесей сигналов. - Вестник КазНУ.- Казахский Национальный Университет им. Аль-Фараби, Серия математика, механика, информатика. - Алматы: №1(44), с.94-100, 2005.

Размещено на Allbest.ru