Цифровой измеритель коэффициента нелинейных искажений Советский патент 1985 года по МПК G01R23/20 

« Изобретение относится к радиотехнике, в частности к цифровой измерительной технике, и может быть и пользовано для измерения коэффициен та нелинейных искажений. Известен измеритель коэффициента нелинейных искажений, который содер жит входной формирователь импульсов умножитель частоты, электронный клю преобразователь аналог - код, цифровые задатчики ортогональных функций, цифровые множительные блоки, реверсивные счетчики, реверсивные счетчики-сумматоры, элементы перено са, блок извлечения квадратного кор ня, цифровой логометр, блок управления, квадратор и реверсивньй счет чик постоянной составляющей Cl3Недостатком такого измерителя является невозможность его применения для измерения коэффициента нелинейных искажений при частотах исследуемого сигнала выше 20-50 Гц, поскольку измерение мгновенных значений сигнала и вьиисление коэффици ента нелинейных искажений выполняется за один период исследуемого сигнала Это объясняется тем,что высокоточный аналого-цифровой преобразователь имеет время преобразования одного мгновенного значения сигнала в код порядка 100 мкс, а за период нужно выполнить П таких преобразований и после каждого преобразования произвести вычислительные операции.. Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является цифровой измеритель коэффициента нелинейных искажений, который содержит входной аттенюатор, аналого-цифровой преобразователь, электронный ключ, блок управления, блок вычисления и цифро вой индикатор, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к входу электронного ключа, первый выход блока управления соединен со вторым входом электронного ключа, а второй выход - со входом блока вы числения, выход которого подключен к цифровому индикатору, схему переноса и переключатель 2. Однако известное устройство не позволяет определить за один период исследуемого сигнала ко эффициент нелинейных искажений и не обеспечивает достаточно высокой точности из-за отсутствия привязки начала 72 импульса исследуемого и вспомогательного сигналов. Цель изобретения - повьппение точ ности и быстродействия измерения. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель коэффициента нелинейньк искажений, содержащий аттенюатор, вход которого является входом устройства, аналого-цифровой преобразователь, электронный ключ, блок управления, блок вычисления и цифровой индикатор, выход аналого-цифрового преобоазователя подключен ко входу электронного ключа, первый выход блока управления соединен со вторым входом электронного ключа, а второй выход - со входом блока вь числения, выход которого подключен к цифровому индикатору, дополнительно введены источник постоянной составляющей, сумматор, блок фазовой автоподстройки частоты, счетчик-делитель, комбинационный |блок, запоминающий блок и кнопка , при этом выход аттенюатора соединен со входами сумматора и блока фазовой автоподстройки частоты, выход источника постоянной составляющей соединен со вторым входом сумматора, выход которого соединен со входами аналого-цифрового пре- образователя и блока управления, выход блока фазовой автоподстройки частоты подключен к счетчику-делите гю и к комбинационному блоку, выход счетчика-делителя подключен ко второму входу блока фазовой автоподстройки частоты и ко второму входу блока травления, второй выход счетчика-делителя подключен ко второму входу комбинационного блока, выход которого подключен ко второму входу аналого-цифрового преобразователя, при этом выход электронного ключа соединен со входом запоминающего блока, выход которого подключен к первому входу блока вычисления , второй вход которого соединен с блоком управления, а выход блока вычисления соединен со входом цифрового индикатора, кнопка,Пуск соединяет третий вход блока управления с общей шиной. На чертеже представлена функциональная схема устройства, Цифровой измеритель коэффициента нелинейных искажений содержит аттенюатор 1, вход которого является входом устройства, аналого-цифровой 3 преобразователь 2, электронный ключ 3, блок 4 управления, блок 5 вычисл ния и цифровой индикатор 6. Выход аналого-цифрового преобразователя 2 подключен ко входу электронного клю ча 3, первый выход блока 4 управления соединен со вторым входом электронного ключа 3, а второй выход со входом блока 5 вычисления, выход которого подключен к цифровому инди катору 6о Кроме того, устройство содержит источник 7 постоянной составляющей, сумматор 8, блок 9 фазовой автоподстройки частоты, счетчик-делитель 10, комбинационный блок 11, запоминающий блок 12 и кнопку 13 Пуск. При этом выход аттенюатора 1 соединен со входами сумматора 8 и блока 9 фазовой автоподстройки частоты, выход источника 7 постоянной составляющей соединен со вторьм выходом сумматора 8, выход которого соединен со входами аналого-цифрового преобразователя 2 и блока 4 управления. Выход блока 9 фазовой автоподстройки частоты под ключен к счетчику-делителю 10 и к комбинационному блоку 11. Выход сче чикзКДелителя 10 подключен ко второму входу блока 9 фазовой автоподстройки частоты и ко второму входу блока 4 управления. Второй выход счетчика-делителя 10 подключен ко второму входу комбинационного блока 11, выход которого подключен ко второму входу аналого-цифрового пре образователя 2. При этом выход элек тронного ключа 3 соединен со входом ; запоминающего блока 12, выход которого подключен к первому входу блока 5 вычисления, второй вход которо го соединен с выходом блока 4 управ ления. Выход блока 5 вычисления сое динен со входом цифрового индикатора 6, кнопка соединяет тр .тий вход блока 4 управления с общей шиной. Устройство работает следующим образом. . Исследуемый сигнал поступает на вход .аттенюатора 1, с выхода которого он поступает на вход сумматора 8, на второй вход которого подается постоянная составляющая от источника Результирующий - :игнал с выхода сумма тора 8 поступает на информационный вход аналого-цифрового преобразовате ля 2, где происходит преобразова0574ние мгновенных значений исследуемого сигнала в пропорциональные им значения единичных кодов, которые через электронный ключ 3, работающий только в течение периода измерения, подаются на вход запоминающего блока 12. Единичные коды из запоминающего блока 12 поступают на вход блока 5 вычисления, где над ними производятся математические операции (возведение в квадрат, сложение, деление, извлечение квадратного корня), и результаты с выхода блока 5 вычисления подаются на вход цифрового индикатора 6. Управляющие сигналы, необходимые для нормального функционирования устройства, получаются следующим образом.. С выхода аттенюатора 1 исследуемый сигнал поступает на вход блока 9 фазовой автоподстройки частоты, который позволяет увеличить точность измерения устройства за счет обеспечения совпадения начала периода сигнала с моментом отсчета и через комбинационный блок 11 управляет работой аналого-цифрового преобразователя. На входы блока 9 фазовой автоподстройки частоты подаются исследуемый сигнал с выхода аттенюатора 1 и вспомогательный с выхода счетчика-дапитапя 10. В блоке 9 фазовой автоподстройкн . частоты вырабатываются управляющие импульсы, которые затем подаются на входы счетчика-делителя 10 и комбинационного блока 11. Второй выход счетчика-делителя 10 связан со вторым входом комбинационного блока 11, вьфабатывающего импульсы, соответствующие требуемым моментам отсчета за период исследуемого сигнала и подаваемые с выхода комбинационного блока 11 на управляющий вход анаого-цифрового преобразователя 2. Поскольку устройство позволяет производить измерение за один период сигнала, то для введения его в режим Измерение используются кнопка 13 Пуск и блок 4 управле ния. После нажатия кнопки 13 Пуск полного совпадения фаз измеряеого сигнала, поступающего с выхоа сумматора 8 на первый вход блоа 4 управления, и вспомогательного игнала, поступающего с первого выS1140057хода счетчика-делителя 10 на второй вход блока 4 управления, срабатыва ет блок 4 управления. Сигнал с его первого выхода подается на управляющий вход электронного ключа 3, от- 5 крывает его и разрешает прохоящение единичных кодов из аналого-цифрового преобразователя 2 в запоминающий гд блок 12. В момент окончания периода во исследуемого сигнала блок 4 управ- 10 ления вырабатываем импульс, закрывающий электронный ключ 3, а со второ- ям го выхода блока 4 управления подается сигнал на второй вход .блока 5 вычисления , разрешая его работу . Так как в основе работы устройства лежит принцип отсчёта мгновенных значений исследуемого сигнала от нулевого зфовня, а сигнал не имеет постоянной составлянщей, то для создания условий возможности отсчета вводится постоянная составлякщая от источника 7, которая вместе с исследуемым сигналом подается на сумматор 8. В соответствии с определением нелинейных искажений путем использования коэффициентов ряда Фурье период исследуемого сигнала делят на п частей и в моменты отсчетов производят измерение мгновенных значений сигнала Мгновенные значения сигнала используют для определения косинусоидальных G. и синусоидальных S,- составляющих амплитуд гармоник исследуемого сигнала в соответствии с выражениями; ,«5IV C03(Sit44) j G,() ; ....П.-; -% ( 5,-s: V,Sin(SH:f4) ;

nlr р

, ()cosn(v4)j 4||Zf(« -«n{K 4)j , 5j 21v. () ; V 5inm(fl4:4 л) , . . . ошибка восстановления пер- армоники исследуемого сигнала. лее в соответствии с выражениопределяют амплитуды гармоник исследуемого сигнала, которые используются для определения коэффициента нелинейных искажений, определяемого квадратньм корнем из отношения суммы квадратов амплитуд гармоник без первой к сумме квадратов амплитуд всех гармоник исследуемого сигнала. Техническое преимущество предлагаемого устройства по сравнению с прототипом, который выбран в качестве базового объекта, заключается в том,что за счет введения нового блока фазовой автоподстройки частоты как основы cиcтe вл синхронизации устройства исключается ошибка по частоте между измеряемым и вспомогательным сигналами, что вытекает из принципа работы системы фазовой автоподстройки частоты. Возникакщие же ошибки по ,фазе между этими сигналами не приводят к ошибкам в вычислительной части, поскольку алгоритм работы этой части устройства, реализующий операции дискретного гармонического анализа инвариантен к фазовым сдвигам опорного или исследуемого напряжений. Вычисление амплитуды п гармоники измеряемого сигнала производится в вычислительной части по следующему правилу: где N - число дискретных отсчето (на период); (Xi) - измеряемый сигнал Ц - фазовая ошибка опорного напряжения. Следовательно, коэффициент нели нейных искажений вычисляется по фо муле: ... ДП.,ЧЛ....А; 7 и не будет зависеть от фазовой ошибки системы синхронизации устройства. Предлагаемое устройство, позволяет с высокой точностью измерять коэффициент нелинейнЬк искажений сигналов, амплитуды которых сравнительно быстро изменяются во времени, поскольку каждое измерение производится на интервале одного периода измеряемого напряжения. При подключении предлагаемого устройства к управляющей ЭВМ можно серию измерений по любому, запрограммированному алгоритму.

ЩФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ КОЭФФИ-. ЦИЕНТА НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ, содержащий аттенюатор, вход которого является входом устройства, аналогоцифровой преобразователь, .электронный ключ, блок управления, блок вычисления и цифровой индикатор, шлход аналого-цифрового преобразо зателя подключен ко входу электронного KJno4a, первый выход блока управления соединен со вторым входом электронного ключа, а второй выход со входом блока вычисления, выход которого подключен к цифровому индикатору, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия измерения, в него введены источник постоянной составляющей, сумматор, блок фазовой автоподстройки частоты, счетчикделитель, комбинационный блок, запоминающий блок и кнопка Пуск, при этом выход аттенюатора соединен со входами сумматора и блока фазовой автоподстройки частоты, выход источника постоянной составляющей соединен со вторым входом сумматора, выход которого соединен со входами аналого-цифрового преобразователя и блока управления, выход блока фазовой автоподстройки частоты подключен к счетчику-делителю и к комбинационному блоку, выход счетчикаделитеЛя подключен ко второму входу блока фазовой автоподстройки часто&} ты и ко второму входу блока управления, второй выход счетчика-делиС теля подключен ко второму входу комбинационного блока, выход которого подключен ко второму входу аналогоцифрового преобразователя, при этом выход электронного ключа соединен со входом запоминающего блока, вы4 ход которого подключен к первому входу блока вычисления, второй вход которого соединен с блоком управлеСП ния, а выход блока вычисления соединен со входом цифрового индикатораi 1 кнопка Пуск соединяет третий вход блока управления с общей шиной.