Устройство для измерения многомерных передаточных функций вольтерра нелинейных систем

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МНОГОМЕРНЫХ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ФУНКЦИЙ ВОЛЬТЕРРА НЕЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ, содержащее генераторы гармонических колебаний и последовательно соединенные умножитель, интегратор и вольтмер, отличающееся тем, что, с целью повышения точносСЕСОШЗШз ЙАШГД8. ..5 п Si & ficjra t ти, в него введены сумматор, безынерционный нелинейный элемент, полосовой перестраиваемый фильтр и два переключателя, при этом выход каждого генератора -через сумматор соединен с входом безынерционного нелинейного элемента и с первъм входным зажимом устройства, второй входной зажим которого подключен к первому входу первого переключателя , второй вход последнего соединен с выходом безынерционного нелинейного элемента и с входом полосового перестраиваемого фильтра, а первого преключателя под .ключен к входу sшoмянyтoгo умножителя , опорный вход которого соединен с выходом второго переключателя , входами соединенного с. квадратурным и синфазньм выходами полосового перестраиваемого фильтра.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУВЛИК

y(5g G 01 R 27/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и ОткРытий (21) 3364874/18-21 (22) 16.12.81 (46) 15.04.83. Бюл. 9 14 (72) Б.И.Ивлев, С.Ю.Матвеев и В.Р.Снурницын (71) Новосибирский электротехничес.кий институт (53) 621.317.757(088.8) (56) 1. Радиотехника, 1980, 9 2, с. 36-.39.

2. Авторское свидетельство СССР

9 586403, кл. G 01 R 29/02, 1974 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

МНОГОМЕРНЫХ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ФУНКЦИЙ

ВОЛЬТЕРРА НЕЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ, содержащее генераторы гармонических колебаний и последовательно соединенные умножитель, интегратор и вольтмер, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точнос„„SU„„1012157 A ти, в него введены сумматор, безынерционный нелинейный элемент, полосовой перестраиваемый фильтр и два переключателя, нри этом вьвсод каждого генератора через сумматор соединен с входом безынерционного нелинейного элемента и с первым входным зажимом устройства, второй входной зажим которого подключен к первому входу первого переключателя, второй вход последнего соединен с выходом безынерционного нелинейного элемента и с входом полосового перестраиваемого фильтра, а выход первого преключателя под.ключен к входу упомянутого умножителя, опорный вход которого еое- 3 динен с выходом второго переключателя, входами соединенного с. квадратурньм и синфазным выходами полосового перестраиваемого фильтра.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения многомерных передаточных функций (МПФ) Вольтерра многополюсников и нелинеййых цепей.

Известно устройство для измерения

МПФ, содержащее последовательно включенные генератор испытательных сигналов, аттенюатор, исследуемую нелинейную систему и когерентный измеритель, второй вход которого соединен с дополнительным выходом генератора.испытательных сигналов L1).

Недостатком этого устройства является незначительная погрешность 15 измерений из-эа нестабильности фазовых соотношений генераторов испытательного сигнала.

Наиболее близким техническим решением является устройство для из- g() ,мерения МПФ Вольтерра нелИнЕйн%х четырехполюсников, содержащее блоки синфаэной и квадратурной составляющйх, соединенных входами с выходом

1 исследуемого четырехнолюсника, каждый иэ которых состоит из последовательно соединенных умножителя, интегратора и вольтметра, вторые входы умножителей этих блоков подключены к выходам двухфазного генератора кратных частот, последователь- но включенные генератор гармонических колебаний и умножитель частоты, вход которого соединен с выходом двухфазного генератора кратных час" тот, а. выход умножителя частоты подключен ко-входу исследуемого четырехполюсника (2 ).

Это устройство характеризуется недостаточной точностью измерения характеристик нелинейных систем, обусловленной погрешностями измерения двухмерной передаточной функции Н (щ,up ) второго порядка при наличии в исследуемом четырехполюснике МПФ более высоких порядков, 45 чем второй и невозможность измерения МПФ нечетных порядков.

Целью изобретения является повышение точности измерений NIIC нелинейных систем.

Цель достигается тем, что в устройство для измерения многомерных передаточных функций Вольтерра нелинейных систем, содержащее генераторы гармонических колебаний и последовательно соединенные умножитель, интегратор, вольтметр, введены сумматор, безынерционный нелинейный .элемент, полосовой перестраиваемый фильтр и два переключателя, при этом 66 выход каждого генератора через сумматор ""оединен с.входом безынерционного нелинейного элемента и с первым входным зажимом устройства, второй входной зажим которого подклю- g5 чен к первому входу первого переклю чателя, второй вход последнего соединен с выходом безынерционного нелинейного элемента.и с входом полосового перестраиваемого фильтра, а выход первого переключателя подключен к входу упомянутого умножителя. отдельный вход которого соединен с выходом второго переключателя, azoдами соединенного с квадратурным и синфазным выходами полосового перестраиваемого фильтра.

На чертеже представлена структурная схема устройства .

Устройство содержит N генератсров 1 гармонических колебаний, с--..матор 2, исследуемую нелинейную систему 3, безынерционный нелинейный элемент 4, полосовой перестраиваемый фильтр 5, умножитель б, интегратор 7, вольтметр 8 и переключатель 9 и 10. Сумматор выполнен в виде широкополосных трансформаторов типа длинной линии 11.и балластных сопротивлений 12. Безынерционный нелинейный элемент 4 выполнен по схеме резистивного усилителя, работающего с отсечкой коллекторного тока и содержащего разделительные емкости„

13, резисторы 14 и транзистор 15.

Полосовой перестраиваемый фильтр

5 .реализован по схеме с двойны преобразованием частоты, содержащей интегральные усилители - преобразователи высокой частоты 175УВ4 - 16, генератор 17 гармонических колебаний, LC-фильтр 18, трехдецибельный направленный ответвитель 19 и балластные сопротивления 20. Входные зажимы устройства 21 и 22.

Устройство работает следующим образом.

От каждого иэ N генераторов 1 гармонических колебаний на входы сумматора 2 подается напряжение с амплитудой U частотой у; и начальной фазой V„; Суммарное колебание подается на вход нелинейной системы

3 и безынерционного нелинейного элемента 4. Комплексная амплитуда колебания комбинационной частоты ак4= Ь4и4 +b2u2+% е. +ЬНЮИ на вы оде нелинейной системы определяется выражением (1): ц-р) И- х 1 i 4 li U1<> " 014 ) И ((1Р Щ

° ((} 1>„ - 9+9.в Р1 Рк) < о1 1, )

М где Р=.2 t Ь; j

, (() () 1а;,+ ь, 1 га; Ä+(g )

1 И1 Ф2)" 1М 11 1

Ю а н 1. (Ьм I

1м

1012157 где Н (...) — МПФ Вольтерра порядка p+2S;. а.,а;,...а. — i-e разбиение величины S íà N целых (4 12. Ф 1 неотрицательных слагаемых;

К D- - действительные чисе 1 ла, 6+ - ) зэк-1 Цф 1 1 S!, Комплексная амплитуда колебания данной комбинационной частоты (6@+ на выходе безынерционного нелинейного элемента 4 равна

0 4,b,.-) u>3=cd.b„,b„...,ü„äå Я%., где С Ъ,(, Ь,..., bg 3 — определяются видом амплитудной характеристики безынерционного нелинейного элемента 4.

Выходное колебание от безынерционного нелинейного элемента 4 подается на вход полосового перестраиваемого фильтра 5, настроенного на данную комбинационную частоту.

На синфазном выходе фильтра комплексная амплитуда сигнала равна () о ЕЬ„,Ьт " (эн)Е4„ i + (п а на квадратурном выходе

0 =c Ь (, ... Ь "- " """ф(® 9O

% о " - м ! где С Ь1,Ь - b„)=K()Cg,Ü," „

КОИ ) - модуль коэффициента передачи фильтра на частотеОик4,, (Ш ) — фаза коэффициента передачи фильтра на часк4 тоте щ.

Перед измерениями необходимо исключить фазовый сдвиг Ч (Щ<4) - Лля этого переключатель 9 переводится в положение 1, а переключатель 10— в положение О. После чего производят точную настройку фильтра на

Фк .

Напряжение на выходе интегратора 7 в этом случае равно

Ь„ K e 5b<, Sq,..., Ь< )c gg„,y<,.", Ьн 3 cosa (вк где К вЂ” .результирукший коэффициент передачи умножителя и интегратора.

Настройкой фильтра- обеспечивается максимум напряжения Uy что соответствует получению Мф () = О °

При этом, ц,=с Ь,,ья, ) Ь„3к", где К =<< СЬ4 ь--,Ь 3. для измерения синфазной состав-..

:ляющей выходного сигнала переклю10,чатель 9 ставится в положение 2.

Амплитуда напряжения на выходе, интегратора 7..1 Я5ОН>)3 + q p;(g«gÄ>Ä,,ц„

1э .: о ь=о + = Ъ„ " е М.э(."Ф

О

Для измерения квадратурной составлянхцей выходного сигнала пере20, ключатель 10 ставится в положение

90,, амплитуда напряжения на выходе интегратора 7 при прежних .условиях равна

25 Со (я-р0 cled < %, Мц)О,...,цщ)

90 % О з а1

Ь.з (--) К

В каждом из последних двух вЫ ов(н-Р) раЙений содермихсяц

Я

5=-О " (й» 4 неизвестных МПФ. для их определения проводится (} измерений величин U . .и 0 при различных значениях U<. о Затем, решая полученные .системы уравнений относительно Q неизвестных Ке Н + э(...)(и (} неизвестных I „ Н + ;(...), .определяются искомые передаточные функции. Анало40 гичные измерения проводятся по остальньм комбинационные частотам.

Наличие произвольных фазовых сдвигов между колебаниями генераторов гармонических колебаний не ока45 зывает влияния на результаты измере.ния, поскольку опорное колебание данной КЧ формируется из входного сигнала нелинейной системы, а фазовый сдвиг, вносимый полосовым перестраиваемык фильтром, компенсируется его настройкой на данную КЧ.

Погрешность измерений определя ется только погрешностью измерительной аппаратуры и не требует учета

55 погрешностей измерений МПФ высших порядков.

1012157

Составитель Л.Муранов

Техред К.Мыцьо

Редактор М.Товтин

Корректор Л, Бокшан

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 2753/55 Тираж 708 Подписное

ВНИИПИ Росударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5