Устройство для измерения уровнягармонических составляющих электри-ческих сигналов

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

oi>822051 (6 t ) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 240779 (21) 2801223/1и-21 с присоединением заявки ¹â€” (51)М. Кл з

G 01 и 19/00

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет (53) УДК 621.317. .725(088.8) Опубликовано 1504,81.Бюллетень № 14

Дата опубликования описания 15.0481 (72) Авторы изобретения

М. И. Глухимчук, Н. В. Голубенко, В. И

В. A. Харченко и Е. A. Ковальч. (71) Заявитель (54) УСТРОЧСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ

ГАРМОНИЧЕСКИХ СОСТАВЛЯЮЩИХ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Известно устройство для анализа

:.спектра, содержащее тракт прямого ,преобразования частот спектральных составляющих входного сигнала на промежуточную частоту с последующей фильтрацией, пиковый детектор, цифро-. вой арифметический узел, включающий в себя аналого-цифровой преобразователь, запоминающий блок, арифметичес:кий блок, цифроаналоговый преобразователь, а также блок индикации.

В этом устройстве за счет предварительной калибровки прибора и записи амплитудно-частотной характеристи" ки тракта. преобразования с последующей коррекцией результата измерения повышается точность измерения амплитуд спектральных составляющих (1$, Изобретение относится к радиоиз= мерительной технике, а именно к технике измерения и исследования формы и спектра электрических сигналов, и может быть использовано при создании измерителей нелинейных искажений, анализаторов спектра и других аналогичных устройств, имеющих повьиаенные метрологические характеристики измерения амплитуд спектральных со- ставляющих.

Однако временная и температурная нестабильность коэффициентов преобразования блоков, температурная нестабильность амплитудно-частотной харак" теристики прибора требует проведения калибровочных операций перед каждым ответственным измерением. Необходимость использования калибровочных генераторов, метрологические характеристики которых определяют точность проведенных измерений, ограничивает применение этого устройства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является

15 устройство для измерения уровня гармонических составляющих электрическим сигналов, содержащее первый коммутатор, делитель напряжения, гетеродин, индикатор, блок автоматики, последо20 вательно соединенные первый широко;полосный усилитель, первый смеситель, :первый усилитель промежуточной частоты и первый амплитудный детектор, а также последовательно соединенные второй широкополосный усилитель, второй смеситель, второй усилитель про.межуточной частоты, третий смеситель и второй амплитудный детектор, вход которого подключен через делитель на30 пряжения к первому входу первого

822051 коммутатора, выход которого соединен со входом первого широкополосного усилителя, первый выход гетеродина под- . ключен ко вторым входам первого, второго и третьего смесителей, второй выход гетеродина соединен с пер.вым входом индикатора, второй вход первого коммутатора соединен со вхо,дом устройства. Кроме того, это устройство содержит пробник, генератор низкой частоты и выходной измеритель напряжения f2).

К недостаткам этого устройства относятся низкая устойчивость схемы и малая точность измерений амплитуд.

Это объясняется наличием петли регулирования и регулируемого элемента в

15 измерительном тракте системы.

Исходя из условий устойчивости, для устранения пульсаций коэффициента усиления тракта прямого преобразования вследствие действия на регулиру- .20 емый элемент напряжения с частотой коммутации фильтр низких частот в синхронном детекторе необходимо выполнять с очень большой постоянной времени, обуславливающей низкое быст- 25 родействие и значительно превышающей период коммутации. Время измерения устройства зависит от постоянной времени фильтра нижних частот и достигает значений нескольких секунд, что ограничивает применение данных структур.

Цель изобретения — повышение точности устройства.

Укаэанная цель достигается тем, ° что в устройство для измерения уровня гармонических составляющих электрических сигналов, содержащее делитель напряжения, гетеродин, индикатор, блок автоматики, последовательно соединенные первый коммутатор, первый 40 широкополосный усилитель, первый смеситель, первый усилитель промежуточной частоты и первый амплитудный детектор, а также последовательно соединенные второй широкополосный 45 усилитель, второй смеситель, второй усилитель промежуточной частоты, третий смеситель и второй амплитудный . детектор, вход которого подключен через делитель напряжения к первому входу первого коммутатора, первый выход гетеродина подключен ко вторым входам первого, второго и третьего смесителей, второй выход гетеродина соединен с первым входом индикатора, второй вход первого коммутатора соединен со входом устройства, введены второй коммутатор, первый и второй блоки определения амплитуд последовательно соединенные блок запоминания амплитуд и блок умножения, блок де- 60 ления амплитуд, выход блока умножения подключен ко второму входу индикатора, выход первого амплитудного

1детектора соединен через первый блок определения амплитуд со входом блока 65

t запоминания амплитуд и с первым входом блока деления амплитуд, выход которого подключен ко второму входу блока умножения, выход второго амплитудного детектора подключен через второй блок определения амплитуд ко второму входу блока деления амплитуд, вход устройства соединен с первым входом второго коммутатора, выход которого подключен ко входу второго широкополосного усилителя.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Схема устройства содержит первый коммутатор 1, первый широкополосный усилитель 2, первый смеситель 3, первый усилитель 4 промежуточной частоты, первый амплитудный детектор 5, второй коммутатор 6, второй широкополосный усилитель 7, второй смеситель 8, второй усилитель 9 промежуточной частоты, третий смеситель

10, делитель 11 напряжения, второй амплитудный детектор 12, первый блок

13 определения амплитуд, блок 14 запоминания амплитуд, блок 15 умножения, блок 16 деления амплитуд, второй блок 17 определения амплитуд, индикатор 18, гетеродин 19 и блок 20 автоматики.

Первый и второй блоки определения амплитуд, блок заполнения амплитуд, блок деления амплитуд и блок умножения составляет вычислительный узел устройства. Блок 20 автоматики соединен управляющими входами с вычислительным узлом устройства и с первым и вторым коммутаторами.

Устройство работает следующим образом.

- Работа происходит в два такта. В первый такт работы устройства первый и второй коммутаторы 1 и 6 находятся в положении а. Исследуемый сигнал поступает в.измерительный тракт прямого преобразования, в котором осуществляется гетеродинное преобразование на промежуточную частоту uuä спект.ральных составляющих исследуемого сигнала п = c — r где uu — частота спектральной составс ляющей исследуемого сигнала;

4ю,-- частота настройки гетеродина 19.

Значение амплитуды спектральной составляющей исследуемого сигнала у, выделенной в первом усилителе 4

1 промежуточной частоты, преобразуется в постоянное напряжение первым амплитудным детектором 5, измерительного тракта прямого преобразования и поступает в вычислительный узел устройства.

B первом блоке 13 определения амплитуд определяется значение ампли туды, выделенной спектральной состав822051

Устройство для измерения уровня гармонических составляющих электрических сигналов, содержащее делитель напряжения, гетеродин, индикатор, блок автоматики, последовательно соединенные первый коммутатор, первый широкополосный усилитель, первый смеситель, первый- усилитель промежуточной частоты и первый амплитудный детектор, а также последовательно соединенные второй широкополосный усилитель, второй смеситель, второй усилитель промежуточной час" таты, третий смеситель и второй амплитудный детектор, вход которого под" ключен через делитель напряжения к первому входу первого коммутатора, первый выход гетеродина подключен ко вторым входам первого, второго и третьего смесителей, второй выход гетеродина соединен с первым входом индикатора, второй вход первого коммутатора соединен со входом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства,в него введены второй коммутатор, первый и второй блоки определения амплитуд, последовательно соdD ляющей, и ее значение запоминается в блоке 14 запоминания амплитуд.

Во второй такт работы устройства первый и второй коммутаторы 1 и 6 находятся в положении б. Исследуемый сигнал через коммутатор .6 поступает в тестовый канал прямого преоб5 разования.

Выделенный сигнал промежуточной частоты с выхода второго усилителя промежуточной частоты 9 поступает на вход третьего смесителя 10, в котором осуществляется обратное преобразование. Значение частоты а .на выходе третьего смесителя 10 совпадает с частотой исследуемой спектральной составляющей (так как av = uu + 15

+ ã+ г = " с ) .

Полученный сигнал, значение амплитуды которого у, определяется вторым амплитудным детектором 12, через делитель 11 напряжения и первый коммутатор 1 поступает на вхоц измерительного тракта прямого преобразования. Значение амплитуды спектральной

ic составляющей исследуемого сигнал у„ выделенной в первом усилителе 4 промежуточной частоты, преобразуется в постоянное напряжение первым амплитудным детектором 5 измерительного тракта прямого преобразования.

Сигналы с выходов первого и второго амплитудных детекторов 5 и 12 поступают на выходы первого и второго блоков 13 и 17 определения амплитуд соответственно, с выходов которых поступают на первый и второй входы блока 16 деления амплитуд, на выходе которого формируется корректирующий множитель ! к ш yi

Значение амплитуды гармонической 40 составляющей исследуемого сигнала, измеренное в первый такт работы устройства и хранящееся в блоке 14 запоминания амплитуд, умножается в бло» .ке 15 умножения на корректирующий множитель, поступающий на первый вход блока 15 умножения.

Скорректированный результат, равный

-у к,у = y, Хь ()) 50 инд м -, ч у используется для индикации.

Блок 20 автоматики осуществляет синхронизацию и управление работой вычислительного узла устройства и первого и второго коммутаторов 1 и 6. 55

В случае использования режима автоматического сканирования работа устройства происходит аналогичным образом в два такта.

В первый такт работы в измерительном канале прямого преобразования первым амплитудным детектором 5 измеряются амплитуды спектральных составляющих и запоминаются в блоке

14 запоминания амплитуд. 65

Аналогичным образом вычисляются корректирующие множители для каждой иэ спектральных составляющих в блоке

16 деления амплитуд, во второй такт работы, которые используются для коррекции результата измерения в первый такт работы.

Для современных серийно выпускаемых измерителей гармонических составляющих сигналов, а также анализаторов спектра последовательного дейст.вия погрешность измерения амплитуд спектральных составляющих достигает

20%-40% (2 дБ — 4 дБ).

На основании анализа погрешности устройства выясняется, что результирующая погрешность измерения определяется лишь значениями мультипликативной составляющей погрешностей делителя 11 напряжения и второго амплитудного детектора 12.

С учетом характерных значений по" грешностей для второго амплитудного детектора (2a) и делителя напряжения (1-2%) очевидно, что суммарная погрешность измерения амплитуд спект. ральных составляющих снижается до значений (1-2%).

Кроме того, получение высокой точности измерения амплитуд достигается эа два такта измерительного процесса, т.е. за один период коммутации, что значительно увеличивает быстродействие устройства по сравне" нию с известным, в котором время измерения намного превышает период коммутации.

Формула изобретения г

022051

Составитель М. Пластинин

Редактор И. Недолуженко ТехредН.Бабинец Корректор Г. Назарова

Заказ 1840/68 Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и.открытий

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

Филиал П"tn "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

1 единенные блок запоминания амплитуд и блок умножения, блок деления амплитуд, выход блока умножения подключен ко второму входу индикатора, выход первого амплитудного детектора соединен через первый блок определения амплитуд со входом блока запоминания амплитуд и с первым входом блока деления амплитуд, выход кото. рого подключен ко второму входу блока умножения, выход второго амплитудного детектора подключен через второй ,блок определения амплитуд ко второму входу блока деления амплитуд, вход устройства соединен с первым входом второго коммутатора, выход которого подключен ко входу второго широкополосного усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Японии В 53-30020, кл. 11003, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР

9 259264, кл. G 01 R 19/26, 07.06.68 (прототип).