Устройство для измерения и контроля нелинейности амплитудной характеристики квазилинейных систем Советский патент 1984 года по МПК G01R23/20 

Изобретение относится к технике измерений, может быть использовано в автоматизированных системах измерений и контроля трактов и их составных частей в системах передачи с частотньом разделением каналов.

Известно устройство для измерения и контроля нелинейности амплитудной характеристики квазилинейных систем, содержащее генератор измерительного сигнала, элемент йравнения, первый и второй квадратичные детекторы, первый и второй усилител с регулируемым коэффициентом передачи, линию задержки, регулируемую линию задержки, первый аналого-цифровой преобразователь, выполненный в виде двух ключей, интегратора, бл ка начальной установки интегратора, двух элементов сравнения, трех триггеров, генератора тактовых импульсов и элемента И, второй аналог цифровой преобразователь, выполненный в виде трех ключей, аналогового элемента памяти, интегратора, блка начальной установки интегратора, двух элементов сравнения, трех триггеров, генератора тактовых импульсо и элемента И, источник опорного напряжения, блок управления, первый и второй триггеры, первый и второй элменты И, блок пересчета, реверсивный счетчик, блок индикации и первую и вторую клеммы устройства

Однако данное устройство позволяет проводить измерения и контроль нелинейности амплитудной характеристики лишь сосредоточенных квазилиненых систем и систем, вход и выход которых можно непосредственно подклчить к соответствующим клеммам устройства, в частности, данное устройство позволяет проводить измерение и контроль трактов и систем передачи с частотным разделением каналов способом по шлейфу, но не пригодно для осуществления способа измерений и контроля по трассе.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства в виде получения возможности измерения и контроля нелинейности амплитудной характеристики квазилинейных систем с разнесенными в пространстве входом и выходом и повышения достоверности измерений и контроля путем учета нелинейно-инерционых свойств исследуемой квазилинейной системы.

Поставленная цель достигается тем, что устройство разделено на передакяций и приемный блоки, в передающем блоке генератор измерительного сигнала выполнен в виде генератора псевдослучайного сигнала с линейной частотной модуляцией и введены первый блок синхронизации, усилитель и аттенюатор, при этом

выход генератора измерительного сигнала объединен с входом блока синхронизации и с входом усилителя, содиненного последовательно с аттенюатором, выход которого подключен к входу исследуемой квазилинейной системы, а выход блока синхронизации подключен к управляющему входу генератора измерительного сигнала, в приемный блок введены вспомогательный генератор измерительного сигнала, выполненный в виде генератора всевдослучайного сигнала с линейной частотной модуляцией, и второй блок синхронизации, при этом выход вспомогательного генератора объединен с входом блока синхронизации, с входом первого квадратичного детектора и с одним из входов элемента сравнения, выход блока синхронизации подключен к управляющему входу вспомогательного генератора. Первый и второй блоки синхронизации выполнены в виде генератора опорных частот, элемента сравнения фаз и элемента обратной связи, при этом выход ге.нератора опорных часто подключен к одному из входов элемента сравнения фаз, другой вход которого соединен с входом блока синхронизации, выход элемента сравнени фаз соединен с входом элемента обратной связи, а выход элемента обратной связи подключен к- выходу блока синхронизации.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит в передающем блоке 1 генератор 2 измерительного сигнала, усилитель 3, аттенюатор 4 и первый блок 5 синхронизации, включающий в себя генератор 6 опорных частот, элемент 7 сравнения фаз и элемент 8 обратной связи, в приемно блоке 9 - вспомогательный генератор 10 измерительного сигнала, второй блок 11 синхронизации, включающий в себя генератор б опорных частот, элемент 7 сравнения фаз и элемент 8 обратной связи, линию 12 задержки, регулируемую линию 13 задержки, элемент 14 сравнения, первый и второй квадратичные детекторы 15 и 16 первый и второй усилители 17 и 18 с регулируемым коэффициентом передачи, первый и второй элементы И 19 и 20, первый и второй аналого-цифровы преобразователи 21 и 22, первый и второй триггеры 23 и 24, блок 25 управления, блок 26 пересчета, блок 27 опорного напряжения, реверсивный счетчик 28, блок 29 индикации, первую и вторую клеммы 30 и 31 устройства, между которыми включена исследуемая квазилинейная система 32.

В передающем блоке 1 выход генератора 2 измерительного сигнала через последовательно соединенные усилитель 3 и аттенюатор 4 подключен к выходу передающего блока. Управляющий вход генератора 2 измерительног сигнала подключен к выходу блока .5 с 1нхронизации, который состоит из последовательно соединенных генератора б опорных частот/ элемента 7 сравнения фаз и элемента 8 обратной связи, выход которого является выхо дом блока 5 синхронизации, при этом второй вход элемента 7 сравнения фа подключен к выходу генератора 2 измерительного генератора. В приемном блоке 9 к управляющему входу вспомогательного генератора 10 измери-, тельного сигнала подключен, блок 11 синхронизации, опорный вход которог подключен к выходу генератора 10. Кроме того, выход генератора 10 под ключен к первому входу элемента 14 сравнения непосредственно и к второ му входу через последовательно соединенные квадратичный детектор 15 д первый усилитель 17. Выход элемента 14 сравнения через последовательно соединенные элемент 19 И и регулируемую линию 13 задержки под,ключен к входам запуска аналоговоцифровых преобразователей 2 а 22, причем информационный вход первого аналого-цифрового преобразователя 2 подключен к выходу объекта измерекия непосредственно, а вход второго аналого-цифрового преобразователя 22 - через последовательно соединенные линию 12 задержки, второй квадратичный детектор 16 и второй усилитель 18. К опорным входам аналогоцифровых преобразователей 21 и 22 подключен блок 27 опорного напряжения, а их синхронизирующие входы под ключены к выходу блока 25 управления, второй выход которого через пер вый триггер 23 подключен к второму входу элемента 19 И, а через второй триггер 24 - к третьему входу элемента 19 И, при этом второй вход первого триггера 23 подключен к . третьему выходу блока 25 управления а второй вход второго триггера 24 через блок 26 пересчета подключен к выходу регулируемой линии 13 задержки. Первый выход первого аналогоцифрового преобразователя подключен к первому входу блока 25 управления второй вход которого через элемент 20 И подключен соответственно к вторым выходам аналого-цифровых преобразователей 21 и 22, причем третий выход первого аналого-цифрового преобразователя 21 подключен к первому входу реверсивного счетчика 28, к второму входу которого подключен вто рой выход второго аналого-цифрового преобразователя 22. При этом выход реверсивного счетчика 28 подключен к входу блока 29- индикации.: Устройство работает следующим образом. В передающем блоке 1 измерительный сигнал от генератора 2 через усилитель 3 и аттенюатор 4, предназначенные для установки заданного уровня сигнала, поступает на вход исследуемой квазилинейной системы 32. В приемном блоке 9 с выхода квазилинейной системы 32 сигнал подается непосредственно на второй вход первого аналого-цифрового преобразователя 21 и через последовательно включенные линию 12 задержки, второй квадратичный детектор 16 и второй усилитель 18 с регулируемым коэффициентом передачи - на второй вход второго аналогоцифрового преобразователя 22. В аналого-цифровом преобразователе 21 осуществляется преобразование мгновенных значений напряжения на выходе исследуемой квазилинейной системы 32 в числовой эквивалент. Этот числовой эквивалент в виде периодической последовательности импульсов высокой частоты подается на суммирующий вход реверсивного счетчика 28. В аналого-цифровом преобразователе 22 осуществляется преобразование напряжения, сформированного вторым квадратичным детектором 16, вторым усилителем 18 с регулируемым коэффи-г циентом передачи и линией 12 задержки из сигнала на выходе квазилиней1ной системы 32. Это напряжение устанавливается равным напряжению на выходе идеальной линейной системы. После преобразования в преобразователе 22 числовой эквивалент этого напряжения используется в качестве установки, с которюй сравнивается числовой эквивалент мгновенного значения напряжения на выходе квазилинейной системы 32, преобразованного блоком 21. Выходной сигнал преобразователя 22 в виде периодической последовательности импульсов высокой частоты подается на вычитающий вход реверсивного счетчика 28. Для запуска блоков 21 и 22 используется сигнал вспомогательного генератора 10, представляющий собой копию измерительного сигнала с линейной частотной модуляцией, йырабатываемого генератором 2 в передающем блоке 1 устройства. Когерентность сигналов с линейной частотной модуляцией, вырабатываемых генераторами 2 и 10, обеспечивается блоками 5 и 11 синхронизации, выполненными по типовой схеме. В известном методе обеспечения когерентности работы генераторов линейно-частотно модулированных сигналов, в смысле поддержания между ними постоянного фазового сдвига в течение времени измерений и контроля, полная фаза линейного частотно-модулирован ного сигнала меняется по закону % { U)(t|dt w4+-::: - t О- 2Т. где ty((-t;- мгновенное значение частоты; o - средняя частота; uJ.sZwf, - полная девиация часто Л . А Тр 1-.длительность линейночастотно-модулированного импульса. В момент времени , ,2.3... прирйщение фазы сигнала с линейной -частотной модуляцией относительноu o (второе слагаемое в выражении для полной фазы) принимает значения, кратные 211 , и совпадает с точность до 2 ITk , где К - целое число с фаз опорного гармонического колебания с частотой В идентичных блоках 5 и 11 синхронизации с помощью элемента 7 сра нения фаз производится сравнение фаз линейно-частотного модулированного сигнала и гармонического колебания, вырабатываемого высокостабильным генератором 6 опорных часто При наличии сдвига фаз сигнал ошибки через элемент 8 обратной связи вводится в генераторы 2 и 10 для коррекции их работы таким образом, чтобы уменьшить этот сдвиг фаз. Таким образом, поддерживается постоянное значение сдвига фаз (когерентность) сигналов, вырабатываемых генераторами 2 и 10. Для согласования соответствуняцих моментов времени в цикле работы устройства, в том числе для компенсации постоянной разности фаз линей но-частотно-модулированных сигналов вырабатываемых генераторами 2 и 10 измерительного сигнала совместно с блоками 5 и 11 синхронизации используется линия 12 задержки и регулируемая линия 13 задержки. Импульс запуска на первые входы аналого-цифровых преобразователей 21 и 22 вырабатывается элементом 14 сравнения при совпадении на его входе мгновенного значения напряжения линейночастотно-модулированного сигнала от вспомогательного генератора 10 и напряжения уровня анализа, формируемого из этого сигнала последовательной цепочкой: первый квадратичный детектор первый усилитель 17 с регу лируемым коэффициентомпередачи. Установка в исходное состояние, работа и последующий запуск после окончания цикла работы аналоговоцифровых преобразователей 21 и 22 обеспечиваются блоком 25 управления, триггерами 23 и 24, элементами И 19 и 20 и блоком 27 опорного напряжения. Количество циклов работы аналого-цифрового преобразователя задается блоком 26 пересчета и триггером 24. Более подробно работа упомянутых блоков и-элементов рассмот-; рена в основном изобретении. Результат в виде числового эквивалента, подсчитанный реверсивным счетчиком 28 за N циклов работы, представляет собой статистическую оценку отклонения амплитудной характеристики исследуемой квазилинейной системы от прямолинейности на заданном уровне анализа, т.е. статистическую оценку отклонения функции условного среднего значения Сусловного математического ожидания или регрессии) от прямолинейности. Этот результат выдается на блок 29 индикации, который может иметь шкалу с указанием номинального значения и допустимых границ отклонения амплиту)1ной характеристики в соответствии с нормой. Результаты измерения и контроля могут быть выданы также на внешние устройства счи- тывания для использования в качестве данных в автоматизированной системе контроля.Преимущества предлагаемого устроив ства перед известным заключаются в том, что введение вспомогательного генератора измерительного сигнала и блоков синхронизации позволяет проводить автоматизированное измерение и контроль нелинейности амплитудной характеристики квазилинейных систем с разнесенными в пространстве входом и выходом. Такими системами явдяются, например, групповые и линейные тракты систем передачи с частотным разделением каналов и однополосной амплитудной модуляции, составлякяцих основу магистральной сети Единой автоматизированной сети связи Советского Союза. При этом сохраняются достоинства прототипа высокая точность измерения, обусловленная цифровым способом обработки измерительных сигналов. Достоинством предлагаемого устройства является также применение широкополосного измерительного сигнала с линейной частотной модуляцией чем обеспечивается достижение повышения достоверности результатов-измерений и контроля. Если исследуемая квазилинейная система обладает совокупностью нелинейных и инерционных свойств, то измерительный сигнал

с линейной частотной модуляцией при сравнительной простоте синхронизации работы передающей и приемной частей устройства лучше отражает также особенности передачи реальных рабочих

сигналов и тем самым повышает достоверность амплитудной характеристики как характеристики преобразования исследуемой квазилинейной систеьф1.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ НЕЛИНЕЙНОСТИ АМПЛИТУДНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ КВАЗИЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ по авт. св. 974298, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения достЬверности результатов измерения и контроля, оно разделено на передающий и приемный блоки, в передающем блоке генератор измерительного сигнала выполнен в виде генератора псевдослучайного сигнёша с линейной частотной модуляцией и введены первый блок синхронизации, усилитель и аттенюатор, при этом выход генератора измерительного сиг нала объединен с входом блока синхронизации и с входом усилителя, соединенного последовательно с аттенюатором, выход которого подключен к клемме для подключения исследуемой квазилинейной системы, а выход блока синхронизации подключен к управляющему входу генератора измерительного сигнала, в приемный блок введены вспомогательный генератор измерительного сигнала, выполненный в виде генератора всевдослучайного сигнала с линейной частотной модуляцией, и второй блок синхронизации, при этом выход вспомогательного генератора измерительного сигнала объединен с входом блока синхронизации, с входом первого квгщратичного детектора и с одним из входов элемента сравнения, выход блока синхронизации подключен § к управляющему входу вспомогательного генератора измерительного сигнала . 2. Устройство по п. 1, о т л и ч а юще ес я тем, что .первый и второй блоки синхронизации выполне§ ны в виде генератора опорных частот, элемента сравнения фаз и элемента :ж обратной связи, при этом выход генератора опорных частот подключен к одному из входов элемента сравнения фаз, другой вход которого соединен с входом блока синхронизации, выР1 ход элемента сравне,ния фаз через элемент обратной связи подключен к -vl выходу блока синхронизации. О)