Способ измерения коэффициента нелинейных искажений

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

<11779897 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 17 ° 02 ° 78 (21)2592100/18-21 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 151180. Бюллетень Hо 42

Дата опубликования описания 181180 (51)М К,л 3

G 01 R 23/20

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (5Ç) НЮ 621. З17. 7З (088. 8) М.Я.Минц, В.Н.Чинков, A.A.×oðëàí и В.E.Ïåòðoâ (72) Авторы изобретения. (71) Заявитель (5-. ) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ

15 (1) t

Изобретение относится к области ,электро- и радиоизмерений.

Известен способ измерения коэффициента нелинейных искажений, основанный на подавлении напряжения основной частоты (1j . При таком способе с помощью эаграждающего фильтра в исследуемом сигнале подавляют напряже-. ние первой гармоники и измеряют действующие значения исследуемого напря- 10 жения и высших гармоник (без первой гармоники). Тогда коэффициент нелинейных искажений определяют из выражения где y. — действующее значение высших гармоник исследуемого сигнала; (— действующее значение иссле- 29 дуемого сигнала.

К недостаткам данного способа относится невысокая точность (несколько процентов) 1 недостаточный нижний предел измерения и ограничен- 25 ный частотный диапазон в сторону нижних частот.

Известен также способ измерения коэффициента нелинейных искажений, основанный на измерении действующе- 30

ro значения первой и высших гармоник (2). В этом случае коэффициент искажений определяют согласно формуле к =, — (2) (, где у — действующее значение первой гармоники.

Однако при дискретной реализации приходится иметь дело с разностью больших чисел. Известно, что в этом случае для обеспечения высокой точности вычислений необходимо сохранять определенное количество разрядов числовых значений Y и Y< . Это приводит к значительным трудностям в схемной реализации способа. А любые возможные сбои в информационных разрядах чисел и (приводят к увеличению погрешности.

Целью предлагаемого способа является повышение точности и упрощение аппаратурной реализации.

Цель достигается тем, что в способе измерения коэффициента нелинейных искажений, основанном на измерении коэффициентов Фурье основной гармоники, формируют два синусоидальных сигнала произвольной амплитуды, находящихся в квадратуре и

779897 следуемого сигнала Г(с) относительно первой гармоники.

Первая гармоника может быть либо выделена иэ исследуемого сигнала, либо сформирована или непосредственно А з1" (<+") или как сумма двух гармонических сигналов

Ссов tet,,и ЬзЛ)1 iet находящихся в квадратуре. Выделение первой гармоники из исследуемого сигнала связано с использованием фильтров, что приводит к недостаткам известных способов. Этих недостатков можно избежать, если предварительно измерить параметры первой гармоники (либо А и, либо В и С), и по

15 этим параметрам сформировать образцовую первую гармонику. Для измерения указанных параметров наиболее целесообразно использовать цифровые методы, обеспечивающие значительное

Щ повышение точности и расширение ,частотного диапазона в область нижних частот.

Предлагаемый способ также целесообразно реализовать в цифровой форр» ме, при которой соотношения (4) и (5) имеют вид

D = > Е g (t„-)-А и (а „+ч)), ((,)

;:1

1 ))г 2

30 )) - )„>(%(t;)-ссооюС;-Bsin)))tÄ), ()) где с=Аз1ь )1,В=AcosУ- квадратурные составляющие З» амплитуды первой гармоники.

Раскрывая скобки в .выражении (4), получим

Так как т — I (1Мь=У, о

Таким образом, при определении параметров первой гармоники и вели чины ч участвуют одни и те же велич и н ы g (4 ) ), S1 ü (tlI 6" + Ч)) Б 1(1 ю Ь j > с Оз tB Ь ), что, естественно, является благоприятным фактором при реализации способа.

Можно указать еще один вариант що предлагаемого способа. Состоит он в следующем. Если вначале задаться приближенно величинами 8 и С, например, я, и С„, и относительно гармонического сигнала с такими паюаметрами определить приближенное имеющих частоту исследуемого сигнала, измеряют приближенное зйачение, дисперсии исследуемого сигнала отнОсительно суммы этих сигналов и постоянную составляющую исследуемого сигнала, вводят в приближенное зна чение дисперсии поправку, равную сумме квадратов постоянной составляющей и разности между каждым иэ измеренных коэффициентов Фурье и .с амплитудой соответствующего синусоидального сигнала и по полученному значению дисперсии вычисляют коэффициент нелинейных искажений.

Возможны различные варианты предлагаемого способа.Рассмотрим дисперсию исследуемого сигнала f(t) относительно первой гармоники т

D - ) (с(с)-As(о (вс ч)) Bt, (t)

То где f (t) - исследуемый периодичес-" кий сигнал, период кото рого Т;

A )л Ч - амплитуда и фаза первой гармоники сигнала f(t), причем А= 2У1.

Выражение (4) можно записать следующим образом т 2

D= I(I(t)-(.ñîâèt-))о(оо)с) dt, (t> о D= — JI (4)dt 2А - jk(t)S111((IJt q)dk+

Т т, + A — 5111 (Щ + Ч) () ф, . т т — ) 1(ЫМ(1(Ю1 (Ч)Ю =А = 1(2 У1, о л т

Т 1 1 (ttI ++?) = " 1 о что совпадает с выражением(3) т.е. э =ч2

Таким образом, коэффициент нелинейных искажений действительно может быть определен по дисперсии 0 исгде 1(1;) — мгновенные значения исследуемого сигнала в точках дискретизации t-) и — число точек дискретизации

81()4 1+ )), — дискретные значения

S1I1()(I4„,evS®(„ синусоидальных функций в точках дискретизации 4

Параметры первой гармоники определяются следующими выражениями:

779897

>) исследуемозначение дисперсии го сигнала

1 "г г

2 = -„7- ô(„)-СоСОВ 64 ВоВ1ИМЬ„.), (8) то оказывается, что такое значение дисперсии связано с приближенным соотношением

1 где ьВ=S-Ьо йС =С-<о

Это означает, что прибЛИженное значение дисперсии Ъ необходимо уточнить путем введения поправок, .обусловленных уточнением величин В и C. Такой вариант способа позволяет увеличить быстродействие измерений по сравнению с рассмотренными выше двумя вариантами, так как в нем нет необходимости предварительно точно измерять параметры первой гармоники.

Они могут быть либо измерены достаточно приближенно, либо эаданЕл.

Если в исследуемом сигнале есть постоянная составляющая g,,то дисперсию следует определять из выражения где ь Е = 1 — о, - приближенное значение посто. янной составляющей.

Преимущества предлагаемого способа в простоте аппаратурной реализации, в большей точности, обеспечиваемой меньшими возможностями сбоев. Вычисления проводятся с такой точностью, чтобы не загрублять точность входных данных. Здесь, однако, следует соблюдать меру, ибо погоня за очень высокой точностью вычислений приводит к черезмерному увеличению объема перерабатываемой информации без существенного повышения точности окончательного результата. Кроме того, это приводит к усложнению схемной реализации способа.

При цифровом варианте способа возрастают разрядности. счетных узЛов, а это увеличивает вероятность сбоев и погрешность измерений.

При вычислениях необходимо иметь в запасе один, максимум два разряда, которые в окончательном результате следует округлять.

Преимущества более наглядны на цифровом варианте способа. Пусть погрешность измерения мгновенных значений 6 E . Тогда необходимая разрядность числа („), а, следовательно, и разрядность десятичного счетчика, в который это число поступает:

» = с - -+ < „ а объем счетчика

5 .(0»> 1 =1 4 -

Ж

С такой же точностью следует вычислятЬ и величины В и С.

Что касается точности, с которой следует возводить в квадрат, и объема счетчика, в котором накапливаются квадраты, то она будет разной для противопоставляемого и предлагаемога способов. В предлагаемом способе, как следует из выражения (5), объем счетчика квадратов равен (go <> (gf )г а его разрядность e z = - 2Qq" j K».

В противопоставляемом способе, как следует из выражения (3), разрядность величин (и счетчика квад20 ратов) >лг "- 2и,1 . При не очень малых

К„ это не очень существенно, но для малых К„ мажет быть весьма существенным. Например, при K„=0,1Ъ это дает б лишних десятичных разря2 дов.

Суть предлагаемого способа поясняется структурной схемой устройства, приведенной ла чертеже. В состав устройства входят: измеритель 1 параметрон первой гармоники, формирователь 2 первой гармоники, измеритель дисперсии 3, блок вычисления 4.

Измерение коэффициента нелинейных искажений производится следующим образом. Вначале исследуемый сигнал f(e) поступает на измеритель 1, которым производится определение параметров первой гармоники

А и У или В и С. Полученные значения этих параметров вводятся

40 в формирователь первой гармоники.

Если реализуется соотношение (9), то параметры В о и С<, вводятся сразу в формирователь 2. После этого исследуемый сигнал и сформирован45 ная гармоника сигнала поступают в измеритель дисперсии 3. Измеренное значение дисперсии исследуемого сиг- нала относительно первой гармоники вводится s блок вычисления 4, в ко 0 тором пб дисперсии находят коэффициент искажений. формула изобретения

55 Способ измерения коэффициента нелинейных искажений, основанный на измерении коэффициентов Фурье основной гармоники, о т л и ч а ю щ и йс я тегл, что, с целью повышения точщ0 ности и расширения частотного диапазона в сторону низких частот, формируют два синусоидальных сигнала произвольной амплитуды, находящихся в квадратуре и имеющих частоту исследуемого сигнала, измеряют приближен-, 779897

ВНИИПИ Заказ 9316 /9 Тираж 1019 Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ное значение дисперсии исследуемого сигнала относительно суммы этих сиг налов и постоянную составляющую исследуемого сигнала, вводят в приближенное значение дисперсий поправку, равную сумме квадратов постоянной составляющей и разности между каждым из измеренных коэффициентов Фурье и амплитудой соответствующего синусоидального сигнала и по полученному значению дисперсии вычисляют коэффициент нелинейных искажений.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Кушнир Ф.В., Савенко В.Г. Электрорадиоизмерения, Л., 1975, с.339-401.

2.Авторское свидетельство СССР

Р 470759, кл. G 01 R 23/20, 1975.