Анализатор спектра

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

367390

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт, свидетельства №

Заявлено 29.I I I.1971 (№ 1639963/18-10) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 23.1.1973. Бюллетень ¹ 8

Дата опубликования описания 8Х.1973

М. Кл. G 01r 23, 16

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 621.317.757(088.8) Автор изобретения

Ю. С. Дмитриев

Куйбышевский политехнический институт им. В. В. Куйбышева

Заявитель

АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА

Изобретение может быть применено в электро- и радиоизмерительной технике для анализа спектра несинусоидальных периодических колебаний тока или напряжения, т, е. для определения амплитуд и фаз гармонических составляющих спектра.

Известны амплитудные анализаторы спектра, в которых используется принцип качания частоты опорного напряжения и измеряется проекция измеряемого сигнала, представляющего собой некоторую сумму векторов, на ось, совпадающую с вектором опорного напряжения.

Однако пр» помощи таких анализаторов спектра невозможно измерять фазовые сдвиги гармонических составляющих спектра. Кроме того, эти устройства не позволяют проводить измерения с погрешностью, меньшей 10с1о, так в них в качестве выходных приборов применены электроннолучевые трубки.

Цель изобретения — повышение точности определения амплитуд и фаз пяти гармонических составляющих спектра несинусоидального электрического колебания, Это достигается с помощью десятиканального вектормерного устройства, выходы которого соединены с входами матричного преобразователя, осуществляющего решение системы десяти линейных уравнений с постоянными коэффициентами.

На чертеже показана блок-схема предлагаемого анализатора спектра.

Источник 1 опорного напряжения соединен с входами выпрямительного устройства 2 и усилителей-ограничителей 8 — 8, выполненных по балансной схеме. Другие входы усилителей связаны с соответствующими выходами выпрямительного устройства. Между выходами усилителей включены пять первичных обмоток

1О тяти стандартных импульсных трансформаторов 9 — 18. Выходные обмотки импульсных трансформаторов имеют заземленную средигорно точку, а каждый крайний вывод каждой из пяти выходных обмоток соединен с пере15 счетным входом одного из десяти симметричных триггеров 14 — 28. Один из выходов каждого триггера соединен с управляющим входом одного из десяти ключей 24 — 88, а рабочие входы всех десяти ключей — с источником 84 изме20 ряемого напряжения. Выходы всех ключей присоединены к соответствующим входам матричного устройства 85, осуществляющего решение системы нз десяти линейных уравнений с гостоянными коэффициентами. Пять син25 фазных выходов матричного устройства подключены к соответствующим неподвижным контактам переключателя 86, а пять квадратурных выходов — к контактам другого пере1<лючателя 8/. Подвижный контакт каждого

30 из двух переключателей соединяется с входом

367390 одного из двух измерительных механизмов

d8, 89. ! 1р11нцип действия предлагаемого анализатора спектра следующий.

Анализатор снабжен десятью широкодиапазоппыми импульсными фазосдвигающими устройствами (ИФСУ), работой которых управляет опорное напряжение (в качестве источника опорного напряжения использован обычный звуковой г нератор). Опорное напряжение задает частоту основной гармоники измеряемого спектра и от него отсчитываются фазовые сдвиги всех измеряемых гармонических составляющих спектра. На выходах импульсных фазосдвигающих устройств имеются десять различных импульсных напряжений, управляющих работой десяти ключей, поэтому прн подаче на входы всех десяти ключей измеряемого напряжения на выходах этих ключеп появляются различные напряжения, зависящие от измеряемого и управляющего напряжений, Ьлияние управляющих напряжений на постоянные составляющие выходных напряжений ключей может быть учтено заранее (управляющие напряжения пе зависят от измеряемого напряжения). Вследствие этого, применяя матричный преобразователь, собранньш на постоянных резисторах, проводимости которых определяются заранее, можно преобразовать выходные напряжения ключей таким ооразом, чтобы токи па выходах матричного преобразователя были пропорциональны ортогональным проекциям пяти гармонических составляющих спектра измеряемого несинусоидального напряжения.

Работа импульсных фазосдвигающих устройств основана на сравнении переменного синусоидального напряжения с постоянным. Переменное синусоидальное напряжение подается на один вход балансного усилителя, на другой его вход поступает постоянное напряжение. На выходе усилителя оказывается импульсное напряжение. Длительность импульса зависит от отношения постоянного напряжения к амплитуде переменного. Эта зависимость описывается выражением m

С, Q = — 2 arccos

С1пг

Для управ.lения синхронными детекторами (в данном случае ключами) необходимо иметь для каждой измеряемой составляющей спектра песинусоидального исследуемого напряжения или тока два импульсных напряжения, импульсы которых смещены один относительно другого на четверть периода данной гармоники. Для получения пяти пар импульсных напряжений со сдвигами, соответствующими четверти периода первой, второй, третьей, четвертой и пятой гармоник достаточно использовать шесть усилителей-ограничителей. На все шесть усилителей подаются одно и то же переменное синусоидальное напряжение и различные постоянные напряжения, причем на один из этих усилителей (на усилитель-огра5

65 ничитель 5) поступает нулевое постоянное напряжение.

Благодаря заземлению средних точек выходных обмоток всех пяти импульсных трансформаторов, на крайних выводах этих обмоток образуются взаимно инвертированные импульсные напряжения. 11ри подключении крайних выводов вторичных обмоток импульсных трансформаторов к пересчетным входам симметричных триггеров, которые срабатывают от положительных перепадов напряжения, на выходах каждой пары триггеров, подсоединенных к одному трансформатору, появляются импульсные напряжения, сдвинутые одно относительно другого на определенный интерьал времени. У первой пары триггеров (14, 1 ) — Tîò интервал равен четверти периода первой гармоники, у второй нары (l, 20) — четверти

i:рнода второй гармоники, у третьей пары (!u, 21) — четверти периода третьей гармони-!!и и т. д.

Если с помощью выходных напряжений триггеров управлять ключами, на входы которых подается измеряемое несинусоидальное напряжение, то, преобразуя постоянные составляющие выходных напряжений ключей в матричном устройстве, собранном на постоянных резисторах, можно получить токи, пропорциональные ортогональным составляющим пяти гармоник измеряемого напряжения.

Рассмотрим измеряемое напряжение на входах ключей как сумму гармонических составляющих, каждую гармонику — как сумму синусной и косинусной составляющих, причем ограничимся только пятью гармониками. Таким образом, входное напряжение можно представить как сумму из десяти гармонических колеоаний (пять синусоид и пять косинусоп..). !постоянные составляющие на выходах к,по 1ей зависят от амплитуд всех десяти слагаемых входного сигнала, причем коэффициент влияния амплитуды каждой слагаемой входного напряжения на постоянную составляющую выходного напряжения данного ключа является независимым от величины амплитуды этой составляющей входного сигнала.

1 казанные коэффициенты влияния зависят только от управляющих напряжений ключей и поэтому неизменны при любых измеряемых напряжениях.

Записывая уравнения для постоянных составляющих выходных напряжений всех десяти ключей, получим систему из десяти уравнений, которую можно записать в виде матрицы коэффициентов влияния, причем все эти коэффИЦИЕН 1 Ы ЯВЛЯIО ГСЯ ПОСТОЯННЫМИ.

Определив матрицу, обратную по отношению к полученной, узнаем с какими весовыми коэф!р1шиептами нужно суммировать выходные напряжения ключей, чтобы постоян11ая составляющая суммарного сигнала была пропорциона",üiià той или иной слагаемой измеряе:!ого напряжения. Моделируя коэффициен16I о ратной матрицы проводимостями, полу,III;i что выходные токи матричного преобра3673S0! 9

10! зователя пропорциональны ортогональным проекциям гармонических составляющих спектра измеряемого напряжения. Эти токи измеряются с по лощью обычных магнитоэлектрических измерительных механизмов.

Предмет изобретения

Анализатор спектра, содержащий опорный генератор и измерительную часть, состоящую из управляющего устройства и управляемых ключей, выходы которых через матричное устройство, переключатели соединены с измерительными механизмами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения амплитуд и фаз пяти гармонических составляющих спектра несинусоидального электрического колебания, к генератору опорного напряжения подключены входы шести усилителей-ограничителей и выход выпрямительного блока управляющего устройства анализатора, а к каждому из шести выходов выпрямительного блока подключен вход одного из усилителей-ограничителей, причем между выходами усилителей включены первичные обмотки пяти импульсных трансформаторов таким образом. что первичные обмотки четырех трансформаторов включены между выходом усилителя, один из входов которого соединен с общим выводом выпрямптельного устройства, и выходами четырех усилителей, входы которых соединены с теми четырьмя выводами выпрями10 тельного устройства, на которых создается положительное постоянное напряжение, а первичная обмотка пятого трансформатора включена между выходами тех усилителей, входы которых соединены с выводами выпрямитель15 ного устройства, имеющими равные по величине и разные по знаку постоянные напряжения, при этом каждый из десяти выводов пяти вторичных обмоток, средние точки которых заземлены, подключен к пересчетному входу од20 ного из десяти симметричных триггеров, а выход каждого триггера соединен с управляющим входом одного из десяти ключей.