Анализатор комплексного спектра периодических напряжений Советский патент 1985 года по МПК G01R23/00 

Фиъ.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследовании нелинейности различных электрических цепей.

Цель изобретения - повьшение точ- 5 ности анализатора и расширение его ункциональных возможностей.

На фиг.1 представлена структурная схема анализатора комплексного спектра периодических напряженийj на иг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Анализатор содержит входной блок 1, усилитель 2, цифроаналоговый преобразователь 3, последовательно сое- 15 иненные синхронный детектор 4 и иникатор 5, формирователь 6 опорного напряжения, формирователь 7 адресов, программируемый постоянный запоминакщий блок 8.20

Первым входом анализатора является вход входного блока 1, соединенного последовательно с усилителем 2. :

Первый выход формирователя 6 опорного напряжения соединен с первым 25 входом синхронного детектора 4, сигнальные вход и выход цифроаналогового преобразователя 3 подключены, соответственно к выходу усилителя 2 и к второму входу синхронного детек- 30 тора 4, а управляющие входы цифроаналогового преобразователя 3 соединены с кодовыми выходами программируемого постоянного запоминагацего блока 8, адресные входы которого под- 35 ключены к кодовым выходам формироваTej|,H,7 адресов, а вход последнего с,о |ЦИнен с вторым выходом формирователя с опорного напряжения.

Анализатор работает следукицим об- 40 разом-.

Исследуемый сигнал U(t) через блок 1, усилитель 2 и цифроаналоговый преобразователь 3 поступает на второй вход синхронного детектора 4. 45 Опорное напряжение , (t) с частотой первой гармоники W исследуемого периодического напряжения поступает на вход формирователя 6 опорного н пряжения, который вьфабатьшает пря- 50 моугольное опорное напряжение с частотой исследуемой спектральной Составляющей и регулируемой относительно входного опорного сигнала фазой, служащее для управления синхронным 55 детектором 4. Формирователь опорного напряжения вырабатывает также синхронизированные высокочастотные тактовые импульсы, которые через его второй выход подаются на вход формирователя 7 адресов. Под действием тактовых импульсов формирователь 7 адресов вырабатьшаёт п-разрядные коды, осуществляющие опрос матрицы блока 8. В соответствии с записанной программой блок 8 формирует напряжение в виде цифровых кодов, которое поступает на управляющие входы п-разрядного преобразователя 3. Под действием этих кодов осуществляется переключение ключей разрядов преобразователя 3 в соответствии с записанной в блок 8 программой. Преобразователь 3 в анализаторе комплексного спектра является не только линейным и высокоточным ,аттенюатором, но и служит для формирования весовой функции перемножения, которая позволяет .устранить влияние высоких нечетных гармоник и повысить точность измерений .

Выходное напряжение преобразователя 3 равно:

ивь. (а, 2Va,2,..., ) ,

где входное напряжение; а„ - коэффициенты двоичных р азрядов, принимающие значения либо 1, либо О, Если на один или несколько управлякяцих входов преобразователя 3 подавать напряжение прямоугольной формы с удвоенной частотой измеряемой спектральной компоненты 2 W и скважностью

(jf-2ot),

то совместно с синхронным детектором 4 получим весовую функцию, показанную на фиг. 25. На фиг. 2oi приведена эпюра, иллюстрирующая моменты замкнутого состояния ключей t, преобразователя 3. Для двухполупериодного синхронного детектора спектральный состав такой весовой функции выглядит следунмцим образом:

.y(t)rA S cos ko(3in k Wt, Т ,3,r

где A a 2 +a2 2 - + ,... ,.

Отсюда очевидно, что для устранения влияния какой-либо гармоники k достаточно вьшолнить условие

cos .

Например, требуется устранить .: влияние третьей, часто наиболее значитальной, гармоники исследуемого сигнала, тогда

о6 |- 30.

При этом преобразователь 3 выполняет функщ1ю аттенюатора. Так, для двенадцатиразрядного цифроаналогово го преобразователя обеспечивается любой коэффициент передачи от 1 до 1:2048 и достигается высокая точность, линейность и стабильность коэффициента передачи.

Формируя более сложный сигнал ком мутации ключей преобразователя 3 . (фиг.2 в, г, д) с помощью блока 8, можно сформировать требуемую весовую функцию. Так, на фиг.2 ,в, г показаны законы коммутации ключей преобразователя 3 для формирования весовых функхщй, которые нечувствительны к третьей, пятой и третьей, пятой, седьмой, девятой (3,5 и 3,5,7,9) гармоникам исследуемого сигнала соответственно. Как видно из фиг.2 е, преобразователь 3 и блок 8 позволяют апроксимировать синусоидальную весо:вую функцию, добиваясь требуемой точности анализатора (данная весоёая функция,, например, нечувствительна к гармоникам).

Далее процесс измерений спектрвльньк составляющих сигнала происходит следующим оОразоы, Устанавливается частота выходного сигнала формирователя 6 опорного напряжения, рванная частоте исследуемой спектральной составляющей. Регулировкой фазы устанавливается нулевой фазовый сдвиг между входным опорным напряжением (t) и выходным напряжением формирователя 6 опорного напряжения. Снимается показание на индикаторе 5. Затем устанавливается фазовый сдвиг в формирователе 6 опорного напряжения, равный 90, и опять снимается показание на индикаторе 5.

Таким образом, осуществляется измерение двух квадратурных составляющих исследуемой гармоники, по которым определяют ее амплитуду и фазу относительно первой гармоники по известным формулам:

А fuf+uT ; Ф агс tg ,

где и и и, - измеренные значения

квадратурных составляющих.

Формирователь 6 опорного напряжения может быть В11В10лнен, например, в виде кольца фазовой автоподстройки частоты с делителями частоты в цепи обратной связи и регулируемой фазой.

Таким образом, пpeдлaгae a lй анализатор комплексного спектра периодических напряжений обладает повышенной точностью измерений за счет устранения влияния нечетных гармоник входного сигнала. Кроме того, он позволяет исследовать сигналы различно формы за счет возможности формирования широкого набора весош а: функций, занесенш 1х в программируемое постоянное запонинаищее устройство.

7

w

nJ

mJ П П

J II vl

Mjr

s

r

L

ЧУ

чУ

ufft

-3SS

АНАЛИЗАТОР КОМПЛЕКСНОГО СПЕКТРА ПЕРИОДИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ, содержащий входной блок, выход которого соединен с входом усилителя, а вход - с входной шиной, синхронный детектор, выход которого соединен с входом индикатора, и формирователь опорного напряжения, первый выход которого соединен с первым входом синхронного детектора, а вход - с шиной опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможност1ей, в него введены цифроаналоговый преобразователь, программируемый постоянный запоминаклций блок и формирователь адресов, причем сигнальные вход и выход цифроаналогового преобразователя подключены соответственно к выходу усилителя и к второму входу синхронного детектора, а управляющие входы цифроаналогового преобразователя соединены Z с кодовыми выходами программируемого постоянного запоминающего блока, адресные входы которого подключены к кодовым выходам формирователя адресов, вход которого соединен с вторым, выходом формирователя опорного напряжения . U{t) / Од а 8

Фиг. 2