Устройство для измерения квадратурной составляющей гармонического сигнала

 

Союз Советски к

Социалистические

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ои 789816 (61) Дополнительное х авт. свил-ву .(22) Заявлено 22.01.79 (2 l ) 2715994/18 21

Ъ (51 ) М. Кл.

601 R, 19/06 с присоединением заявки J%

Государственный комнтет (23) Приоритет до делам нзобретеннй и открытнй

Опубликовано 23. 12.80. Бюллетень Ж 47

Дата опубликования описания 25.12.80 (53) УДK 621.317..7 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. М. Поджарый и А. М. Брискин

Специальное конструкторско-технологическое бюро

Физико-механического института АН Украинской CCP (7!) Заявитель (S4) УСТРОЙСТВО ИЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КВАЙРАТУРНОЙ

СОСТАВЛЯЮШЕЙ ГАРМОНИЧЕСКОГО СИГНАЛА т(+ ост - Л ) ост - ост

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при построении высокочувствительных измерительных систем с преобразованием гармонических сигналов, например низкопороговых фаэометров, фаэочувствительных детекторов, вольтметров низкочастотного и инфранизкочастотного диапазонов.

Известно устройство для измерения квадратурной составляющей гармонического сигнала, содержащее фаэоповоротный блок, установленный в цепи измеряемого сигнала, блок умножения сдвинутого по фазе на 90 измеряемого сигнала

15 с опорным сигналом той же частоты; а также блок выделения постоянной составляющей и фильтр сигнала удвоенной частоты, подключенные к выходу блока умножения (11.

Недостаток известного устройства связан с нйэким быстродействием.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройст2 во для измерения квадратурной составляющей гармонического сигнала, содержащее квадратурные фазовращатели измеряемого и опорного сигналов, два блока умножения выходы которых соединены со входами блока вычитания, и измерительный при бор «Г2 .

Недостаток указанного устройства заключается в том, что остаточные напряже-°,s . н ния блоков умножения цост. " oc обуславливают аддитивную погрешность измеоения которая существенно ограничивает его пороговую чувствительность.

Мель изобретения — повышение -чувствительности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения квадратурной составляющей гармонического сигнала, содержащее квадратурные фазовра(1(51П(Яt+1U)3+ ост " )с )о 511(Чс59

iQ.%+a ост i

30 где )(- коэффициент передачи устройства до синхронного выпрямителя 10

»

"() — единичная положительная функция Хевисайда»

5 р5111Щ-знаковая функция с частотой коммутации 9..

Синхронный выпрямитель 10 производит умножение выходного напряжения блока 5 вычитания íà sg») Мн At

Поскольку(5gИ 5 ) и A+) =1, то выходное напряжение выпрямителя 10 определяется выражанием

"1о= 1 " ООc 5 11 Чс+ а sqnМп et,.

U, =0 5(п51пЯ, функцией гдс Я. - частота коммутации.

В один полупериод коммутации (ему соответствует замыкание первых входов блоков коммутации на их выходы) изме ряемый входной сигнал Uc=Ос 5.)и(m4 +Vc) поступает через блок 6 коммутации на первый вход блока 3 умножения и через фазовращатель 1 и блок 9 коммутации— на второй вход блока 4 умножения, а опоРный сигнал U о = 0о 1 и Wt постУост 9 пает через блок 8 коммутации на первый вход блока 4 умножения и через фазьвращатель 2 и блок 7 коммутации — на второй вход блока 3 умножения. В другой отфильтровывается фильтром 11, 4 51h (2h-1)»с ост 4С с г с:

3 78981 щатели измеряемого и опорного сигналов, два блока умножения, выходы которых соединены со входами блока:. вычитания ф измерительный прибор, введены генератор коммутирующего напряжения, четыре бло5 ка коммутации, синхронный выпрямитель и фильтр нижних частот, причем выход генератора коммутирующего напряжения подключен к управляющим входам блоков коммутации и синхронного выпрямителя

° 16 сигнальные входы первого и второго бл<ъков коммутации соединены со входами квадратурных фаэовращателей, сигнальные входы третьего и четвертого блоков коммутации подключены к выходам квадра15 турных фазовращателей, входы одного из блоков умножения соединены с выходами первого и третьего блоков коммутации, входы другого блока умножения" подключены к выходам второго и четвертого блоков коммутации, сигнальный вход синхронного выпрямителя соединен с выходом блока вычитания, а Bblxoll через фильтр нижних частот — со входом измерительного прибора.

На чертеже представлена1 фуккциональ- 5 ная схема предлагаемого уст )ойства для измерения квадратурной составляющей гармон ического сигнала.

Устройство содержит два идентичных квадратуры ых фаэовращателя — измеряемого сигнала 1 и опорного сигнала 2, два идентичных блока 3 и 4 умножения> блок 5 вычитания) четыре идентичных блока 6-9 коммутации, двухполупериодный ключевой синхронный выпрямитель

10, фильтр 11 нижних частот, измерительный прибор 12 и генератор 13 коммутирующего напряжения.

Устройство работает следующим обра зом.

49

Генератор 13 вырабатывает прямоугольное управляющее напряжение, описываемое

6 ф полупериод коммутации (ему соответствует замыкание вторых входов блоков коммутации на их выходы) измеряемый сиг нал Uc постуает через блок 8 коммутации на первый вход блока 4 умножения и через фаэовращатель 1 и блок 7 коммутации — на второй вход блока 3 умножения, а опорный сигнал 0а поступает через блок 6 коммутации на первый вход блока 3 умножения и через фазовращатель

2 и блок 9 коммутации — на второй вход блока 4 умножения. В результате на выхоле блока 5 вычитания образуется напряжение, определяемое соотношением

0 = k, 0 UоМИ (Ю +Чс) co5uut VoUc5"1i t-"

CO»(et+Oh))) (Ь)СЫ)«(()с()сС)Си СОВ(иб»

+(1С) UcUo5111(øt+×ñ1ñ05ø )Ü(51è(ßt Ф7с)))+ OC>= K((U

Постоянная составляющая этого напряжения KUo c 5.111 Ч)с, пропорциональная квадратурной составляющей входного сигнала Uc S< Vc при постоянном значении амплитуды опорного сигнала измеряется прибором 12, а пеРЕМЕННаЯ СОСтаВЛЯЮЩаЯ а остSgq Ч 11 5И,, определяется гармоническим рядом

7898

Выбор достаточно высокой частоты коммутации й. >> а позволяет значительно снизить влияние погрешности

boo - . Так, при достаточно малой постоянной времени простейшего одноэвенного Р.С -фильтра 11, например в 10 раэ меньшей периода измеряемого сигнала 6+ =01 21

9 " 1о (Ю аддитивная погрешность от

10 переменной составляющей выходного напряжения выпрямителя 10. U1o, определяемая практически основной гармоникой ряда, равна

ОСТ ОСТ Й, QT ОСТ 1 (О . P $.Qfg

2 аст 1Р

Погрешность от остаточных напряжений блоков 3 и 4 ук ножения в этом случае снижается в 50 E+ раэ.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет значительно уменьшить порог чувствительности при измерении квадратурной составляющей гармоническо- gg

ro низкочастотного сигнала.

Формула изобретения

Устройство для измерения квадратурной составляющей гармонического сигнала,з содержащее квадратурные фазовращатели измеряемого и опорного сигналов, два блока умножения, выходы которых соедиl6 6 иены со входами блока вычитания, измерительный прибор, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения чувствительности,в него введены генератор коммутирующего напряжения, четыре блока коммутации, синхронный выпрямитель и фильтр нижних частот, причем выход генератора коммутирующего напряжения подключен к управляющим входам бльков коммутации и синхронного выпрямителя, сигнальные входы первого и второго блоков коммутации соединены со входами квадратурных фазовращателей, сигнальные входы третьего и четвертого блоков коммутации подключены к выходам квадратурных фазоврашателей, входы одного иэ блоков умножения соединены с выходами первого и третьего блоков коммутации, входы другого блока умножения подключены к выходам второго и четвертого блоков коммутации, сигнальный вход синхронного выпрямителя соединен с выходом блока вычитания, а выход через фильтр нижних частот — со входом измерительного прибора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Йехтяренко П. И. Синхронное детектирование в измерительной технике и автоматике. Техника", К., 1965, с.86.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке N 2159912, (j01 R 19/06, 1975.

789816

Составитель Л..Морозов редактор H. николайчук Техред H.Ea6ypxa Корректор Г. Решетник

Заказ 9028/41 Тираж 1019 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, r.Óæãîðîä, ул. Проектная, 4