Устройство для измерения амплитудных значений переменных электрических сигналов Советский патент 1985 года по МПК G01R19/04 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при разработке устройс предназначенных для измерения ампли тудных значений переменных электрических сигналов. Целью изобретения является повышение точности путем исключения аддитивной составляющей погрешности На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 графики зависимостей, поясняющие работу устройства. Устройство содержит входной резистор 1,генератор 2 напряжения опор ной частоты, резистор 3, управляемый колебательньй контур 4, усилитель 5, индуктивноств 6, варикапы и 8 колебательного контура 4, ключ вой элемент 9, дроссель 10, управляемый источник 11 постоянного ток индикатор (вольтметр) 12, вьтрямитель 13, источник 14 опорного напряжения усилителя 15, индикатор 16 настройки колебательного ко тура 4, суммирующий резистор 17. На фиг. t изображены граничные напряжения 18 (UO и 19 (U) варикапов 7 и 8, при которых в колебател ном контуре 4 возникает или исчезаёт резонанс, вольт- емкостная характеристика 20 варикапов 7 и В, координатная ось 21 емкости варика пов 7 и 8, координатная ось 22 обратных напряжений на варикапах 7 и резонансная кривая 23 колебательного контура 4, входные напряжения 24 и 25, смещаемые напряжением управляемого источника 11 постоянног тока. Вход устройства через входной резистор 1 и суммирующий резистор 17 соединен с управляющим входом колебательного контура 4. Выход колебательного контура 4 соединен с входом усилителя 5, выход усилителя 5 - с входом индикатора 16 настройки колебательного ко тура 4. Генератор 2 опорной частоты через резистор 3 соединен с входом колебательного контура 4. Управляемый источник 11 постоянного тока через дроссель 10 подсоединен к су11ширук)щему резистору 17. Индикатор 12 подключен параллель но источнику 11. Работа устройства осуществляется в три этапа. На первом этапе производится непосредственное измерение входного сигнала, в результате чего по показаниям индикатора 12 определяют два значения напряжения. На втором этапе в отсутствии входного сигнала производится калибровка с целью определения порога чувствительности устройства. На третьем этапе численно определяется неизвестная амплитуда входного сигнала по результатам измерения на первых двух этапах. Принцип работы предлагаемого устройства на первом этапе заключается в фиксации моментов появления и исчезновения резонанса, возникающего в колебательном контуре, образованном из индуктивности 6 и двух варикапов 7 и 8, под воздействием напряжения смещения и исследуемого сигнала, которые изменяют емкость варикапов 7 и 8 и, следовательно, резонансную частоту контура. Изменение величины напряжения смещения осуществляется при помощи управляемого источника 11 постоянного тока, а значение величины этого напряжения измеряется индикатором 12 (вольтметром постоянного тока). Чувствительность устройства определяется выбором граничных значений напряжений 18 (U ) и 19 и (U) на варикапах 7 и 8 (фиг. 2), при которых в кснтуре возникает резонанс в точке максимальной крутизны вольт-емкостной характеристики 20. Этой точке будет соответствовать максимум напряжения на резонансной кривой 23, снимаемого с дополнительного вывода индуктивности 6 резонансного контура 4, фиксируемого индикатором 16. Разность показаний вольтметра, фиксируемого в момент возникновения и исчезновения резонанса в контуре, служит мерой размаха амплитуды измеряемого сигнала. Устранение систематической погрешности измерения, вызванной разницей граничных значений напряжений 18 И 19, обеспечивается предварительной калибровкой, которая проводится на втором этапе при отсутствии измеряемого сигнала при помощи изменения напряжения смещения в сторону граничных значений напряжения 18 и 19, что позволяет измерять эти значения при помощи вольтметра 12 и учитывать их при

обработке результатов на третьем этапе измерения. Калибровка проводится при замкнутых контактах ключевого элемента 9.

Рассмотрим процесс измерения амплитуды входного сигнала более подробно. При отсутствии измеряемого сигнала на входной шине 6 устанавливают ключевой злемейт 9 в положение, при котором управляе1 1й источник 11 через дроссель 10 соединяется с общей шиной (положение контактов ключевого Элемента 9 в этом случае на фиг. 1 не показано). Увеличивая напряжение источники 11, добиваются возникновения резонанса в контуре, что приводит к резкому увеличению амплитуды напряжения на дополнительном выводе индуктивности 6, которая после детектирования выпрямителей 13 превысит величину опорного напряжения источника 14 и будет зафиксирована индикатором 16. Показание вольтметра 12 в этот момент прииимается равньм U. Дальнейшее увеличение напряжения смещения приведет к исчезновению , резонанса в контуре и индикатор 16 установится в первоначальное положение. Вольтметр 12 в этот момент фиксирует значение напряжения равное и . После этого напряжения смещения уменьщают до нуля, контакты ключевого элемента 9 размыкают (положение контактов ключевого элемента 9 в этом случае показаны на фиг. 1), а иа вводную шину подают измеряемый сигнал вида

U UmS-ifiQt Uo (1) где Urti амплитуда измеряемого

переменного напряжения; L/e - постоянная составляющая измеряемого напряжения

Jt - частота измеряемого напряжения;

t время,

1603214

Увеличивая при помощи управляемого источника 11 напряжение смещения, добиваются возникновения резонанса в контуре 4 и при этом S фиксируют показание вольтметра 12, равное U} . Так как -возникновение резонанса в контуре определяется граничным значением напряжения и (18), то справедливо следующее равенство

и (2)

При дальнейшем увеличении напряжения смещения резонанс в контуре и, следовательно,, сигнал на выходе усилителя 15 будет сохраняться до тех

пор, пока сумМ арное напряжение, сос тоящее из напряжения смещения и входного сигнала, не превысит граничного значения напряжения U ( 19) . Вольтметр 12 в момент исчезновения

резонанса в контуре фиксирует значение напряжения, равное Jц Для этого случая справедливр равенство

u (3)

Знак минус перед искомой амплитудой показывает, что в формуле (3) исполы зуется обратная полуволна амплитуды измеряемого сигнала. Из формул (2) и (3) можно, найти величину амплитуды измеряемого сигнала и величину его постоянной составляющей

u -(u-uVu2-u,)

(4)

1

Uo j(u -u-U -JJ2) (5)

из формулы (4) следует, что-результат измерения амплитуды сигнала не зависит от величины его постоянной

составляющей,, иначе, наличие постоянной составляющей не сказывается на точности измерения амплитуды сигнала .

Так как результат измерения формируется как разность двух измерений исключается аддитивная составляющая погрешности устройства.

1

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ПЕРЕМЕННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, содержащее управляеьатй колебательный контур, , цепь питания которого через резистор подключена к выходу генератора напря жения опорной частоты, усилитель, вход которого соединен с выходом , управляемого колебательного контура, управляемый источник постоянного тока, входной резистор, один из выводов которого соединен с входом устройства, и индикатор, отличающееся тем,что, с целью пбвьшения точности, путем исключения аддитивной составляющей погрешнее- - ти, в него введены индикатор настройки колеба;тельного контура, суммирукмций резистор, дроссель и ключевой элемент, причем второй вывод входного резистора через суммирующий резистор соединен с входом управления колебательного контура, соединенным с одним из выводов управляемого источника постоянного тока, второй вывод которого через дроссель соединен с точкой соединения входного и суммирукнцего резисторов, соединенной с входом ключевого элемен(Л та, выход которого соединен с.общей шиной устройства, индикатор подклк чен параллельно управляемому источнику постоянного тока, а вход индякатсфа настройки колебательного контура соединен с выходом усилите- у ля.

Фиг. 2