Амплитудно-фазовый анализатор гармоник периодических напряжений Советский патент 1988 года по МПК G01R23/16 

.7

Изобретение оттгоснтся к измери- гелыюй технике, а именно к области создания анализаторов комплексного спектра периодических сигналов, селе- ктивных микровольтметров и измерителей нелинейных искажений,и может быть использовано при исследовании сигналов-откликов в виброметрии, акустике, геологоразведке полезных ископаемьк, физике твердого тела.,, биологии и т„д. Цель изобретения - повьшение быст- ;родействия. измерений путем введения в Канализатор двух блоков функционально- то преобразования, при помощи которых удается уменьшить .дисперсию гармонических компонентов прямоугольной весовой функции, которая используется в устройстве с Снилсение погрешности: измерений позволяет снизить интервал вре- мени измерений или повысить быстродействие устройства при одинаковых с прототипом погрешностях измерений.

На фиг. 1 представлена структурная .схема анализатора; на фиг. 2 - схема его блока функционального преобразования.

Амплитудно-фазовый анализатор гармоник периодических напряжений содержит последовательно соединенные вход- ной блок 1, режекторный фильтр 2, аттенюатор 3, усилитель 4, первьш 5 н второй 6 синхронные детекторы, выходы которых соединены соответственно с входами первого 7 и второго 8 инди- каторов, блок 9 формирования квадратурных опорных напряжений, квад1)атур- ные выходы которого через первый 10 и второй 11 компараторы напряжений подключены к опорным входам первого 5 и второго 6 синхронных детекторов соответственно, а также два блока 12 функционального преобразования (фиг. 2), каждый из которых содержит m модуляторов 13, га компараторов 14 напряжений, га суммирующих усилителей 15, а также по одному сумматору 16, формирователю 17 модуля и источнику 18 опорного напряжения, причем первые входь m компараторов 14 объеди- нены и через формирователи 17 модуля подключены к соответствующим вьпгодам блока 9 формирования квадратурных опорных напряжений, первые входы га

суммирующих усилителей 15 объединены и подключены к выходам соответствующих источников 18 опорного напряжения, выходы первого 19 и второго 20 генераторов случайных напряжений подс;0 5 0

5 05 0 д

5

ключены к вторым входам суммирующих усилителей 15 блоков 12 соответственно, выходы которых подключены к соответствующим вторым входам m компараторов 14, выходы последних соединены с управляемыми входами соответствующих модуляторов 13, сигнальные входы которых объединены и подключены к выходу усилителя 4, а выходы - через маторы 16 - к сигнальным входам соответственно первого 5 и второго 6 синхронных детекторов.

Модуляторы могут быть выполнены на .аналогичных ключах, а формирователь модуля - на двух операционных усилителях и четырех диодах.

Анализатор работает следующим образом.

Исследуемое входное переменное напряжение через входной блок 1, режекторный фильтр 2, аттенюатор 3 и уси.литель 4 поступает на входы модуляторов 13 двух блоков 12. Для упрощения изложения работу анализатора в дальнейшем будем рассматривать относительно измерения только одной квадратурной составляющей исследуемой гармоники, например по каналу блоков 12, 5 и 7, так как работа устройства при измерении второй квадратурной составляющей (по каналу блоков 12, б и В) аналогична. После модз. ля1щи в блоках 13 и суммирования с определенными весами в сумматоре 16 входной: сигнал поступает на вход синхронного детектора 5„ Входное опорное напряжение с частотой первой гармоники входного исследуемого сигнала поступает на вход блока 9 формирования квадратурных опорных напряжений, представляющего собой умножитель частоты, который формирует два квадратурных переменных опорных напряжения с умноженной точно в п раз частотой входного опорного сигнала, синхронизированных с последним, В частном и наиболее важном для практики случае, когда требуется получить гармонические ортогональные весовые функции, выходные напряжения формироватепя 9 должны быть синусои,дальной формы Генератор 19 (20) случайного напряжения формирует случайное напряжение с равномерным законом распределения. Тогда при задании определенных коэффициентов суммирования и усиления суммирующих усилителей 15 и сумматора 16 будет получена усредненная весовая функ1щя

преобразования синусоидальной формы, дисперсия гармонических коэффициентов которой существенно уменьшена по сравнению с весовой функцией анализатора-прототипа.

Известным является факт, что чем больше время измерения, тем меньше погрешность измерения, и наоборот.

Получить допустимое значение погрешности можно по-разному. В анализаторе-прототипе, например, для получения погрешности +3% необходим интервал времени измерения длительностью не менее 100 Tf , где Т - период измеряемой гармоники, а в предлагаемом анализаторе уже при m 2 данная погрешность достигается за интервал времени длительностью , так как благодаря введению дополнительных блоков в предлагаемом устройстве удается сократить время измерения.

Формула изoбpeтeнияJ25

1. Амплитудно-фазовый анализатор гармоник периодических напряжений, содержащий последовательно соединенные входной блок, режекторный фильтр, аттенюатор, усилитель, а также первый и второй синхронные детекторы, выходы которых соединены- соответственно с входами первого и второго индикаторов, блок формирования квадратурных опорных напряжений, квадратурные выходы кото рого через первый и второй компараторы напряжений подключены к опорнымi входам первого и второго синхронных детекторов соответственно, и два генератора случайных напряжений, отличающийся тем, что, с целью повьщ1ения быстродействия, в него введены два блока функционального пре

10

15

20

25

, 30

35

40

образования, входы которых объединены и подк лючены к выходу усилителя, а выходы подключены соответственно к сигнальным входам первого и второго синхронных детекторов, при этом второй и третий входы первого блока функционального преобразования подключены соответственно к выходу первого генератора случайных напряжений и первому выходу формирователя квадратурных опорных напряжений, а второй и третий входы второго блока функционального преобразования соединены соответственно с выходом второго генератора случайных напряжений и вторым выходом формирователя квадратурных опорных напряжений.

2. Анализатор по п. 1, отличающийся тем, что блок функционального преобразования содержит формирователь модуля, вход которого является третьим входом блока, источник опорного напряжения, сумматор, m модуляторов, m компараторов и m суммирующих усилителей , первые входы которых объединены и подключены к выходу источника опорного напряжения, а объединенные вторые входы соединены с вторым входом блока функционального преобразования, при этом первые входы модуляторов объединены и соединены с первым входом блока функционального преобразования, их вторые входы подключены к выходам соответствующих компараторов,,а выходы - к входам сумматора, выход которого является выходом блока функционального преобразования, первые входы компараторов объединены и соединены с выходом формирователя модуля, а их вторые входы подключены к выходам соответствующих усилителей.

Фие.2

Изобретение относится к области создания анализаторов комплексного спектра периодических сигналов и может быть использовано при исследовании сигналов-откликов, например, в виброметрии. Амплитудно-фазовый анализатор содержит входной Ьлок 1, режекторный фильтр 2, аттенюатор 3, усилитель 4, синхронные детекторы 5 и 6, индикаторы 7 и 8, блок 9 формирования квадратурных опорных напряжений, компараторы 10 и 11 напряжений и генераторы 19 и 20 случайных напряжений. За счет введения двух блоков 12 функционального преобразования удается уменьшить дисперсию гармонических компонентов прямоугольной весовой функции, которая используется в устройстве, что повьшает быстродействие измерения. Снижение погрешности измерений позволяет снизить интервал времени измерений или повысить быстродействие устройства. В описании приведен пример реализации блока 12 функционального преобразования. 1 з.п, 4г--лы, 2 ил. с (О