Устройство для измерения многомерных передаточных функций вольтерра нелинейных систем Советский патент 1983 года по МПК G01R27/28 

Ю

СП ч1 Изобретение относится к измери-тельной технике и может быть использовано для измерения многомерных передаточных функций (МПФ)Воль терра многополюсников и нелинейных цепей. Известно устройство для измерен МПФ, содержащее последовательно вк ченные генератор испытательных сиг налов, аттенюатор, исследуемую не линейную систему и когерентный изм ритель, второй вход которого соединен с дополнительным выхолом генератора испытательных сигналов С1 Недостатком этого устройства яв ляется незначительная погрешность измерений из-за нестабильности фазовых соотношений генераторов испытательного сигнала. Наиболее близким техническим ре шением является устройство для из|Мерения МПФ Вольтерра нелинбйн Ьс четырехполюсников, содержащее блок синфазной и квадратурной составляю щих, соединенных входами с эыходом исследуемого четырехполюсника, каждый из которых состоит из последова тельно соединенных умножители, интегратора и вольтметра, вторые входы умножителей этих блоков подключены к выходам двухфазного генератора кратных частот, последовательно включенные генератор гармонических колебаний и умножитель частоты вход которого соединен с выходом двухфазного генератора кратных частот,а. выход умножител:я частоты подключен ко-входу исследуемого четырехполюсника 2. Это устройство характеризуется недостаточной точностью измерения характеристик нелинейных систем, обусловленной погрешностями измерения двухмерной передаточной функции Н iw,(JO-i) второго порядка при наличии в исследуемом четырехполюснике МПФ более высоких порядков, чем второй и невозможность измерения МПФ нечетных порядков. Целью изобретения является повышение точности измерений МПФ нелинейных систем, ЦеЛЬ достигаешься тем, что в устройство для измерения многомерных передаточных функций Вольтерра нели нейных систем, содержащее генераторы гармонических колебаний и последовательно соединенные умножитель, интегратор, вольтметр, введены сумматор, безынерционный нелинейный .элемент, полосовой перестраиваемый фильтр и два переключателя, при это выход каждого генератора через сумматор соединен с.входом безынерцион ного нелинейного элемента и с первым входным зажимом устройства, вто рой входной зажим которого подключен к первому входу первого переклю чателя, второй вход последнего соединен с выходом безынерционного нелинейного элемента.и с входом полосового перестраиваемого фильтра, а выход первого переключателя подключен к входу упомянутого умножителя, отдельный вход которого соединен с выходом второго переключателя, входами соединенного с квадратурным и синфазным выходами полосовогй перестраиваемого фильтра. На.чертеже представлена структурная схема устройства. Устройство содержит N генераторов 1 гармонических колебаний, .матор 2, исследуемую нелинейную систему 3, безынерционный нелинейный элемент 4, полосовой перестраиваемый фильтр 5, умножитель б, интегратор 7, вольтметр 8 и переключатель 9 и 10. Сумматор выполнен э виде широкополосных трансформаторов типа длинной пинии 11. и балластных сопротивлений 12. Безынерционный нелинейный элемент 4 выполнен по схеме резистин ного усилителя, работающего с отсечкой коллекторного тока и содержащего разделительные емкости 13, резисторы 14 и транзистор 15. Полосовой перестраиваемый фильтр 5 .реализован по схеме с двойным преобразованием частоты, содержащей интегральные усилители - преобразовав тели высокой частоты 175УВ4 - 16, генератор 17 гармонических колебаний, LC-фильтр 18, трехдецибельный направленный ответаитель 19 и балластные сопротивления 20. Входные зажимы устройства 21 и 22. Устройство работает следующим образом. . От каждого из N генераторов 1 гармонических колебаний на входы сумматора 2 подается напряжение с амплитудой , частотой ш и начальной фазой . Суммарное колебание подается на вход нелинейной системы 3 и безынерционного нелинейного элемента 4. Комплексная амплитуда колебания комбинационной частоты iM- ( +b, + . , ,+Ъ( выходе нелинейной системы определяется выражением (1) : и,чч.. ,U,.) V. („) ,„ -- Нр,1.5 Р1 Рг--. , ,fi , 1) где Р-.libJ, 1--1 ,, га4,+ Ь,| ,.iaii+(tJ, р-(1Ьд II и Л-п 2-0.1и,| .. W , и,..., и,,/-и, 11 ц ,. (Ьм1 1N (...) - МПФ ВольТерра поряд Р ка P+2S; а- ,а ,...а. - i-e разбиение вели -чины S на N целых неотрицательных сл гаемых; К, D - действительные чис ла, jpN-V . (,). (.N-1)1 S. Комплексная амплитуда колебания данной комбинационной частоты ui н выходе безынерционного нелинейного элемента 4 равна УДЪ1.Ь2,-.,Ь2,.... где Срз, Ь. f« f Ьм 3 - определяются видом амплитудной характеристики бе ынерционного нелинейного элемента 4 Выходное колебание от безынерционного нелинейного элемента 4 подается на вход полосового перестраи ваемого фильтра 5, настроенного на данную комбинационную частоту. На синфазном выходе фильтра комп лексная амплитуда сигнала равна 050 с b,,ba,.... b, 3 е ,J i ). а на квадра:турном выходе U5,c;cb.b,ь, гдеСС1Э1,Ьа,...,(и)еСЪ1,Ь1..-,Ьц1. KftWicj) модуль коэффициента передачи фильтра на частоте (ЙКА г Vp. ,) - фаза коэффициента пе. редачи фильтра на час тоте ШкдПеред измерениями необходимо исключить фазовый сдвиг V (WK) Для этого переключатель 9 переводится в положение 1, а переключатель 10 в положение 0. После чего производят точную настройку фильтра на Напряжение на выходе интегратора 7 в этом случае равно 0 KcCbi,b2,...,bN3cttoi,,.-.bv42C05(4 I .. - ... где К - результирующий коэффициент передачи умножителя и интег ратора. Настройкой фильтра обеспечивается максимум напряжения Ut что соответствует получению ф ) 0. При этом . UT-CLb-.,ba.,..., ЬнИС, где K l cLbi.bi....,bt,3. Для измерения синфазной составляющей выходного сигнала переключатель 9 ставится в положение 2. Амплнтуда напряжения на выходе, интегратора 7 J tO)l «.1 Р Силуи,...,и,) ;% 75 5:; )K Для измерения квадратурной составляющей выходного сигнала переключатель 10 ставится в положение 90;,, гилплитуда напряжения на выходе интегратора 7 при прежних условиях равна ,, tof(n . cg У,(%,и,а.....Цу) , %о , , В каждом из последних двух выражений содержитсяс) s у° - . «4-Ч Cc,4.N-4 неизвестных МПФ. Для их оп.ределения проводится Qизмерений величин и. и при различных значениях и. ° Затем,решая полученные .системы уравнений относительно Q неизвестных Rg Н 04.15 ( ) и Q неизвестных .а 5 ) определяются искомые передаточные функции. Аналогичные измерения проводятся по остальньм комбинационны частотам. Наличие произвольных фазовых сдвигов между колебаниями генераторов гармонических колебаний не оказывает влияния на результаты измерегния, поскольку опорное колебание данной КЧ формируется из входного сигнала нелинейной системы, а фазовый сдвиг, вносимый полосовым перестраиваемым фильтром, компенсируется его настройкой на данную КЧ. Погрешность измерений определяется только погрешностью измерительной аппаратуры и не требует учета погрешностей измерений МПФ высших порядков.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МНОГОМЕРНЫХ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ФУНКЦИЙ ВОЛЬТЕРРА НЕЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ, содержащее генераторы гармонических колебаний и последовательно соединенные умножитель, интегратор и вольтмер, отличающееся тем, что, с целью повышения точносСЕСОШЗШз ЙАШГД8. ..5 п Si & ficjra t ти, в него введены сумматор, безынерционный нелинейный элемент, полосовой перестраиваемый фильтр и два переключателя, при этом выход каждого генератора -через сумматор соединен с входом безынерционного нелинейного элемента и с первъм входным зажимом устройства, второй входной зажим которого подключен к первому входу первого переключателя, второй вход последнего соединен с выходом безынерционного нелинейного элемента и с входом полосового перестраиваемого фильтра, а первого преключателя под.ключен к входу sшoмянyтoгo умножителя, опорный вход которого соединен с выходом второго переключателя, входами соединенного с. квадратурным и синфазньм выходами полосового перестраиваемого фильтра.