Устройство для измерения нелинейных искажений

 

Изобретение относится к измерительной технике„ Цель изобретения - уменьшение минимальной изиеряемой величины коэффициента гармоник Устройство для измерения нелинейных искажений содержит режекторный фильтр 1, коммутатор , детектор 5, аналоге цифровой пребразователь 6 и генератор 9. Введение перемножителя 2, избирательного фильтра 3, формирователя, периода 7 и блока 8 обработки и управления уменьшает минимальную измеряемую величину коэффициента гармоник за счет практически полного исключения из аддитивной составляющей погрешности , обусловленной шумами, и умень- , шенил составляющей, обусловленной собственными нелинейными искажениями тракта измерения. 1 з„пс ф-лы, 4 ил0 п 3

р Я М; .ф

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ-1ЕИ4 1Х

РЕСПУЬЛИН б з рц5 G 01 R 23/20

1 . - " 1 -1 г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И А ВТОРСИСМ СЕ ИДБТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТНЕННЬ!Й НОМИТЕТ

ДО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4409241/21 (22) 12.04.88 (46) 23.01.92. Бюл. И 3 (72) E.A. Ковальчук, Г.Л. Руденко и В.П. Товстюк (53) 621. 317. 757 (00о. 8) (56) Лвторское свидетельство СССР

8 1078351, кл. G 01 В. 23/20, 1984.

Измеритель нелинейных искажений

СКБ"13. Техническое описание и инстру!<ция по эксплуатаци ДПИ2.770.005ТО, (54) ьстРойстзо лая иликРкНия HEwHENHB!X K1CKAX(FHL1H (57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике. Цель изобретения - уменьшение минимальной измеряе2 мой величины коэффициента гармоник.

Устройство для измерения нелинейных искажений содержит режекторный фильтр

1, коммутатор 4, детектор 5, аналогоцифровой пребразователь 6 и генератор

9. Введение перемножителя ?, избирательного фильтра 3, формирователя периода 7 и блока 8 обработки и управления уменьшает минимальную измеряемую величину коэффициента гармоник за счет практически полного исключения из аддит аной составляющей погрешности, обусловленной шумами, и умень" шения составляющей, обусловленной coGcTBcHHb!MH нелинейными искажениями тракта измерения. 1 з.п. Ф-лы, 4 ил„

1707<;1

Изобретение относится к ралиоиэмерительной аппаратуре, в частностИ к устройствам для измерения малых нелинейных искажений °

Целью изобретения является уменьшение минимальной измеряемой величины.

ka Фиг. 1 представлена структур- 10 ная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - структурная схема блока обработки информации; на фиг, 3 и 4— варианты реализации схемы совпадения и накапливающего сумматора соответст- 15 венно.

Устройство для измерения нелинейных искажений содержит последовательно соединенные режекторный фильтр 1

?О перемножитель 2, вход которого соединен с входом устройства, избирательный фиг<ьтр 3, коммутатор 4, детектор

5 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 6, а также формирователь 7 периода, соединенный с блоком 8 обработки и управления, выход которого подключен к управляющему входу генеРатора 9, причем вход формирователя

7 периода подключен к входу устройства и второму входу комму- атора 4, а

30 его выход является первым входом блока 8 обработки и управления, второй вход которого является выходом АЦП-6, а. второй и третий выходы подключены

K управляющим входам режскторного фильтра 1 и коммутатора 4 соответст венно.

Блок 8 обработки и управления со, держит первый элемент И 10, первый вход которого является трстьим входом блока обработки и управления, второй вход является первын входом блока обработки и управления выход первого 4> элемента И 10 соединен с входом предварительной установки счетчика 15 гармоник и счетным входом счетчика 11, выход которого соединен с вторым входом первого блока 12 деления, а первый вход является четвертым входом блока обработки и управления, выход первого блока 12 деления является первым выходом блока обработки и управления и первым входом первого умножитепя 13, а второй вход первого умножителя 13 соединен с вь<холом счетчика 15 гармоник и яходом схемы 16

Совпадения, выход к. горой соединен с первым входом второго элемента И 17

У и входом элемента НЕ 25, при этом выход первого умножителя 13 соединен с первым входом блока 14 вычитания, второй вход которого является пятым, входом блока обработки и управления, И выход - вторым выходом блока обработки и управления,.второй вход которого соединен со счетным входом счетчика 15 гармоник, информационными входами первого 21 и второго 27 регистров,. первым входом третьего элемента И 26, S-входом RS-триггера 30, а такх<е вторым входом второго элемента И 17, выход которого соединен с ,входом занесения первого регистра 21 и входом первого одновибратора 18, выход которого соединен с входом занесения накапливающего сумматора 23 и входом второго одновибратора 19, выход которого .соединен с входом занесения блока 24 извлечения квадратного корня и входом третьего одновибратора 20, выход которого соединен с входом занесения третьего регистра

29, а выход последнего соединен с первым входом второго блока 28 деления, выход которого является четвер" тым выходом блока обработки и управ" ления в то с;емя,как третий выход его является выходом РЯ-триггера 30, выход первого регистра 21 соединен с первым и вторым входом второго умножитсля 22, выход которого соединен с информационным входом накапливающего сумматора 23, а его выход соединен <: информационным входом блока 24 извлечения квадратного корня, выход которого соединен с информационным входом третьего регистра,?9, выход элемента НЕ 25 соединен с вторь.м входом трстьего элемента И 26, выход которого соединен с входом занесения второго регистра 27, а выход последнего соединен с вторым входом блока 28 деления. При этом третий вход блока 8 предназначен для прйема тактовых импульсов с генератора тактовых импульсов, четвертый входpslR приема численного значения (кода) частоть< тактовых импульсов, Этот код может быть уста«овлсн, например, с помощью переключателей, пятый вход блока 8 предназначен для приема числе<-но< о з. ue »» (<.ода) час оть< пропу с <<л I < 1ë I", ço . <р<.1 ел ь н .> < o ", .г< ьт ра этот код, может быть установлен аналогично коду на четв ртом входе.

1707564

Устройство работает следующим образом, l-й такт. С третьего выхода блока

8 управления и обработки на коммутатор 4 поступает сигнал, подключающий к входу детектора 5 сигнал, поступающий на вход устройства.При этом постоянное напряжение на выходе детектора 5 пропорционально входному

U> напряжению устройства. Это напряЬу жение поступает в АЦП Ь, выходной код которого подается. на второй вход блока 8.

Одновременно входной сигнал посту- 15 пает на формирователь 7 периода, длительность импульса выходного напряжения которого, подаваемого на первый вход блока 8, равна или пропорциональна периоду входного напрлжения. 20

В течение времени, необходимого для установления выходного напряжения детектора 5, и времени преобразования

АЦП б блок 8 производит определение численного значения периода входного

25 сигнала То, вычисление численного значения частоты входного сигнала — вычисление неооходимой час1 о т

-о тоты настройки генератора 9 30 (2) В этом такте на управллющий вход коммутатора 4 с блока 8 поступает сигнал, подключающий к входу детектора 5 вход избирательного Фильтра 3, поэтому сигнал с частотой fv и урсанем, пропорциональным уровню 2-й гармоники входного сигнала, преобразуется детектором 5 в постоянное напряжение U, а ЛЦП Ь - в код, записываемый в памлть блока 8.

Затем описанная операция повторяется при подаче с блока 8 на генератор 9 кодов частот fг, с ° ° °

Как видно из выражения (2), составляющие входного напряжения с частотами ЗГ,, 4f„... преобразуются в постоянное напрлжение и код. Таким образом, в конце такта в память блока 8 занесены численные значения, соответствующие U<> U > 4.о °

3-й такт.. Блок 8 производит вычисление искомой величины коэффициента гармоник входного сигнала К„ по формуле а (3)

fry nfî fu ° где л = 2,3,...;

f - частота пропускания избираЧ тельного фильтра. 35

В конце первого такта производятся запись кода входного напряжения .

U<< B памл ь блока 8, подача кодов

f u f соответственно на режекторО rg ный фильтр 1 и генератор 9, при этом .10 первый из них настраивается íà подавление первой гармоники, а второй выдает сигнал с частоты f«= 2й - f„.

2-й такт. Режекторный фильтр 1 подавляет первую гармонику входного сиг-5

l нала, а его высшие гармоники аГ поступают на первый вход перемножителя !

2, на второй вход которого поступает сигнал с частотой 2fz - Йц. Так как избирательный фильтр 3 пропускает только сигнал с частотой fu, то из всех спектральных составляющих на выходе перемножителя 2 к второму входу коммутатора 4 поступает только

55 сигнал, пропорциональный уровню второй гармоники входного сигнала (так как только для сигнала с частотой 2f еыполняетсл условие

Так как частота fo входного curm раз меньше тактовой частоты в результате выполнения блоf деления операции — на егс

Ш формируется численное значение нала в то

wow 12 выходе

Блок 8 обработки и управленил р;ботает следующим образом, На первый вход элемента И 10, явллющийсл третьим входом блока обработки и управления, поступает сигнал тактовой частоты fT. На второй вход элемента И 10, являющийся первым входом блока обработки и управления, поступает сигнал с выхода формирователя периода и открывает элемент И 10 на время, равное периоду входного сигнала устройства Т . За время Т, с выхода элемента И 10 на счетный вход счетчика ll поступает в импульсов тактовой частоты fT, численное значение которых поступает с выхода счетчика 11 На второй вход блока 12 деления. На второй вход последнего через четвертый вход блока обработки и управления поступает численное значение тактовой частоты f .

1707564

fr о т ° е о Зн" 4ение f посту пает на первый выход блока 8 обработки и управления и на первый вход умно- жителя 13.

Передним фронтом сигнала, поступившего на второй элемент И 10, в счет-чик 15 гармоник заносится предварительное значение, равное единице, т.е 10 код 00000001 . При поступлении этогокода срабатывает схема 16 совпадения и через элемент НЕ 25 открывает элемент И 26. С выхода АЦП 6 через вто- рой вход блока 8 обработки и управле- 15 кия на информационные входы регистров 21 и 27 поступает численное значение сигнала U „, на счетный вход счетчика 15 гармоник, второй вход элемента И 17, первый вход элемента 20

И 26 и S-вход RS-триггера 30 поступает сигнал готовности данных АЦП 6.

Этим сигналом данные АЦП 6 (U<<) заносятся в регистр 27, счетчик 15 гармомоник наращивается до состояния

00000010, схема 1б совпадения закрывает элемент И 26 и открывает элемент И 17, а RS-триггер 30 переходит в еди ичное состояние, подключал через третий выход 6»ока 8 обработкИ и упраьления к выхолу коммутатора . 4 его второй вход. На выходе умножи-. теля 13 формируется численное значение 2fo из которого с помощью блока

14 вычитания вычитается поданное на 35

его второй вход численное значение частоты пропускания избирательного фильтра 3, т.е. выполняетсл операция и = 2Г„ — f q Численное значение fq< через второй выход блока 8 40 обработки и управления поступает на управляющий вход генератора 9.

Затем на второй вход блока 8 обработки и управления от АЦП 6 поступает численное значение 0, сигнал готовности данных АЦП 6 поступает на .одновибратор 18, проходит через открытый элемент И 17 и заносит значение U< в регистр 21, с выхода которого оно поступает на первый и второй входы умножителя 22, где возводится и в квадрат (U<) .

Одновибратор 10 через время, необходимое для выпо»нения операции с возвер, ыия в п -,о=.,т. Формирует .1M пульс, который поступает на ход одновибратора 19 и заносит значение в накапливающий сумматор 23. выхода последнего сумма (p + 4<) и поступает на вход блока 24 извлечения квадратного корня и заносится ! в него выходным сигналом одновибратора 19. Значение(0 + П ) выходным оигналом одновибратора 20 заносится в регистр 29, с выхода которого поступает на первый вход (вход делимого) блока 28 деления, на второй вход которого (вход делителя) поступает с выхода регистра 27 значение U>„ . Таким образом, с выхода блока 28 деления через четвертый выход блока 8 обработки и управления на выход устройства

z О+ Uz поступает- частное Затем с вы1 ьк хода АЦП 6 поступают значения U, 0, 11, ° ... 1(„, а блок 8 обработки и управления осуществляет описанные операции и на своем выходе формирует значения со"ласно выражению (3).

Таким образом, за счет практически полного исключения из аддитивной составляющей погрешности, обусловленной шумами (полоса пропускания сужается до " 10 Гц), и уменьшения составляющей, обусловленной собственными нелинейными искажениями тракта измерения, предлаг.немое устройство позволяет в несколько раз уменьшить минимальную.измеряемую величину коэффициента гармоник. Кроме того, резко снижены требования к режекторному фильтру, так как от него требуетсл лишь предварительное уменьшение уров» первой гармоники 30 дБ. формула изобретения

1. Устройство для измерения нелинейных искажений, содержащее последовательно соединенные коммутатор, детектор и аналого-цифровой преобразователь, а также генератор и режекторный фильтр, вход которого соединен с входом устройства и с первым входом коммутатора, о т л и ч а ю " щ е е с я тем, что, с целью уменьшения минимальной измеряемой величины, в него введены формирователь периода, блок обработки и управления, избирательный фильтр и перемножитель, первый вхгд которого подKJ зчен к вы-. ходу реже.. вЂ,щного ; »ьтоа, этого к выходу ген .,:- ора, а в хсд через избирательный фильтр — к второму вхсду коммутатора, причем вход формиро1707564

10 вателя периода подключен к входу устройства, а его выход соединен с первым входом блока обработки и управления, второй вход которого соединен о выходом аналого-цифрового преобразователя, а первый, второй и третий выходы подключены к управляющим входам режекторного фильтра, генератора и коммутатора соответственно, третий, 10 четвертый и пятый входы блока обработки и управления соединены соответственно с третьим, четвертым и вторым входами устройства, четвертый выход блока обработки и управления соеди- 15 нен с выходом устройства.

2. Устройство .по и.,1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок обработки и управления выполнен в виде первого элемента Ц, первь.й вход кото- 20 рого соединен с третьим входом блока обработки и управления, второй вход— с первым входом блока обработки и управления а выход — с входом предУ

25 установки счетчика гармоник и с первым входом блока обработки и управления, выход первого элемента И соединен со счетнь!и входом счетчика, выход которого соединен с вторым входом первого блока деления, а первый вход30 с четвертым входом блока обработки и управления, выход первого блока деления соединен с первым выходом блока обработки и управления и первым входом первого умножителя, а второй 35 вход первого умножителя соединен с выходом счетчика гармоник и входом блока совпадения, выход которого с первым хо о BTopo о зле° мента И и входом элемента НЕ, при 40 этом выход первого умножителя соединен с первым входом блока вычитания, второй вход которого соеП нен с nR тым входом блока обработки и упр, вления, а выход блока вычитания сосдинен с вторым выходом блока обработки и управления, второй вход которого соединен со счетным входом счетчик"à гармоник, информационными входами первого и второго регистров, первым входом третьего элемента И, S-входом

RS-триггера, а также вторым входо л второго элемента И, выход которого соединен с входом занесения первого регИстра и входом первого одновибратора, выход которого соединен с входом занесения накапливающего сумматора и входом второго одновибратора, выход которого соединен со сч"тным,входом блока извлечения квадратного корня и входо л третьего одновибратора, выход которого соединен с входом занесения третьего рсгистра, а выход третьего регистра - с первым входом блока деления„ выход которого соединен с четвертым выходом блока обрабогки и управлени, третий выход которого соединен с выходом RD-триггера, выход псового регистра соединен с п :.рзым и ".,торым входами второго умнсжителя, выход которого соединен с информагионным входом накапливающего сумматора, вы-. ход нак=.пливающего сумматора — с информационным входом блока Рзвлече" ния квадратного корня, выход которого соединен с информационным входом третьего регистра, выход элемента HE соединен с вторым входом третьего элемента >!, выход которого соединен со счетным входом второго регистра, а выход второго регистра - с вторым входом блока деления.

1701564

° 28х

Составитель А. Дворников

TexÐe4 А.Кравчук Корректор Л.Пилипенко

Редактор И. Горная

Заказ 265 Тираж .Подписное

ВНИ11п 1 Гс=, :, ==",ственного комитета по изобретениям и открытиям при Г1Ж, ii".Р

113,"35. Москва, Ж-35, 1 ау ская HvG., д. ч/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101 1