Устройство для измерения нелинейных искажений Советский патент 1992 года по МПК G01R23/20 

С

Изобретение относится к измерительной технике„ Цель изобретения - уменьшение минимальной изиеряемой величины коэффициента гармоник Устройство для измерения нелинейных искажений содержит режекторный фильтр 1, коммутатор , детектор 5, аналоге цифровой пребразователь 6 и генератор 9. Введение перемножителя 2, избирательного фильтра 3, формирователя, периода 7 и блока 8 обработки и управления уменьшает минимальную измеряемую величину коэффициента гармоник за счет практически полного исключения из аддитивной составляющей погрешности, обусловленной шумами, и умень- , шенил составляющей, обусловленной собственными нелинейными искажениями тракта измерения. 1 з„пс ф-лы, 4 ил0 п 3

-J

о

ел а 4

0

Изобретение относится к рлдиоиз- мерительной аппаратуре, в частности к устройствам для измерения малых нелинейных искажений.с

Целью изобретения является уменьение минимальной измеряемой величины.

На фиг. 1 представлена структур- ю ая схема предлагаемого устройства; а фиг. 2 - структурная схема блока бработки информации; на фиг„ 3 и Ц - арианты реализации схемы совпадения накапливающего сумматора соответст- 15 енно.

Устройство для измерения нелинейных искажений содержит последовательно соединенные режекторный фильтр 1, перемножитель 2, вход которого соединен с входом устройства, избирательный фильтр 3, коммута-тор (, детектор 5 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 6, а также формирователь 7 25 периодаjсоединенный с -блоком 8 обработки и управления, выход которого подключен к управляющему входу генератора 9, причем вход формирователя 7 периода подключен к входу устройства и второму входу коммуатора 4, а его выход является первым входом блока 8 обработки и управления, второй вход которого является выходом АЦП.6, а.второй и третий выходы подключены к управляющим входам режскторного фильтра 1 и коммутатора k соответст- венно.

Блок 8 обработки и управления со- Q держит первый элемент И 10, первый вход которого является третьим входом блока обработки и управления, второй вход является первым входом блока обработки и управления, выход первого элемента И 10 соединен с входом предварительной установки счетчика 15 гармоник и счетным входом счетчика 11, . выход которрго соединен с вторым входом первого блока 12 деления, а пер- вый вход является четвертым входом блока обработки и управления, выход первого блока 12 деления является первым выходом блока обработки и управления и первым входом первого -умно- жителя 13, а второй вход первого умножителя 13 соединен с выходом счетчика 15 гармоник и РХОДОМ схемы 16 Совпадения, выход к. горой соединен с

30

Q

0

первым входом второго элемента И 17 и входом элемента НЕ 25, при этом выход первого умножителя 13 соединен с первым входом блока 1 4-вычитания, второй вход которого является пятым входом блока обработки и управления, а выход - вторым выходом блока обработки и управления, второй вход которого соединен со счетным входом счетчика 15 гармоник, информационными входами- первого 21 и второго 27 регистров,, первым входом третьего элемента И 26, S-входом RS-триггера 30, а также вторым входом второго элемента И 17, выход которого соединен с .входом занесения первого регистра 21 и входом первого одновибратора 18, выход которого соединен с входом занесения накапливающего сумматора 23 и входом второго одновибратора 19, выход которого .соединен с входом занесения блока 2k извлечения квадратного корня и входом третьего одновибратора 20, выход которого соединен с входом занесения третьего регистра 29, а выход последнего соединен с первым входом второго блока 28 деления, выход которого является четвертым выходом блока обработки и управления в то в-;емя, как третий выход его является выходом RS-триггера 30, выход первого регистра 21 соединен с первым и вторым входом второго умножителя 22, выход которого соединен с информационным входом накапливающего сумматора 23, а его выход соединен (.. информационным входом блока 2( извлечения квадратного корня, выход которого соединен с информационным входом третьего регистра.29, выход элемента НЕ 25 соединен с вторым входом третьего элемента И 26, выход которого соединен с входом занесения второго регистра 27, а выход последнего соединен с вторым входом блока 28 деления. При этом третий вход блока 8 предназначен для приема тактовых импульсов с генератора тактовых импульсов, четвертый вход - для приема численного значения (кода) частоты тактовых импульсов Этот код может быть установлен, например, с помощью переключателей, пятый вход блока 8 предназначен для приема чис- ленно о з. чения (кола) частоты пропускания избирательного фильтра - этот код может быть установлен аналогично коду на четвертом входе.

Устройство работает следующим образом.

1-й такт. С третьего выхода блока 8 управления и обработки на коммута- с ор поступает сигнал, подключаюий к входу детектора 5 сигнал, поступающий на вход устройства„При этом постоянное напряжение на выходе детектора 5 пропорционально входному ю fe)( напряжению устройства. Это напряжения поступает в АЦП 6, выходной код которого подается на второй вход блока 8„.

Одновременно входной сигнал посту-15 пает на формирователь 7 периода, дли- тельность импульса выходного напряжения которого, подаваемого на первый вход блока 8, равна или пропорциональна периоду входного напряжения. 20 В течение времени, необходимого для установления выходного напряжения детектора 5, и времени преобразования ЛЦП б блок 8 производит определение численного значения периода входного сигнала Т0, вычисление численного значения частоты входного сигнала

t0 « , вычисление необходимойчас о,

тоты настройки генератора

25

fr2. nf0

- f

u

где п f

ся

2,3,...i

- частота пропускания избирательного фильтра. В конце первого такта производят- запись кода входного напряжения . в память блока 8, подача кодов frn соответственно на режектор вх

Ј0 Г2

ный фильтр 1 и генератор 9, при этом

первый из них настраивается на подавление первой гармоники, а второй выдает сигнал с частоты Јгг, Ј0 - fu2-й такт. Режекторный фильтр 1 подавляет первую гармонику входного сиг нала, а его высшие гармоники пЈб поступают на первый вход перемножителя

2, на второй вход которого поступает сигнал с частотой 2f0 - Јц. Так как избирательный фильтр 3 пропускает только сигнал с частотой fu, то из всех спектральных составляющих на выходе перемножителя 2 к второму входу коммутатора поступает только сигнал, пропорциональный уровню второй гармоники входного сигнала

как только для сигнала выполняется условие

(так с частотой 2Ј„

2to fr

(2)

В этом такте на управляющий вход коммутатора Ц с блока 8 поступает сигнал, подключающий к входу детектора 5 вход избирательного фильтра 3f поэтому сигнал с частотой fu и уровнем, пропорциональным уровню 2-й гармоники входного сигнала, преобразуется детектор ом 5 в постоянное напряжение и , а ЛЦП 6 - в код, записываемый в память блока 8„

Затем описанная операция повторя- етс й при подаче с блока 8 на генератор 9 кодов частот fpv

Как видно из выражения (2), составляющие входного напряжения с частотами 3f«, 4Ј

о

преобразуются в

постоянное напряжение и код. Таким образом, в конце такта о память блока 8 занесены численные значения, соответствующие иг, Uj, 114.0.

3-й такт. Блок 8 производит вычисление искомой величины коэффициента гармоник входного сигнала Кг по формуле

(3)

U

35

Ю

- 5

50

55

Блок 8 обработки и управления рг- ботает следующим образом.

На первый вход элемента И 10, являющийся третьим входом блока обработки и управления, поступает сигнал тактовой частоты Јт„ На второй вход элемента И 10, являющийся первым входом блока обработки и управления, поступает сигнал с выхода формирователя периода и открывает элемент И 10 на время, равное периоду входного сигнала устройства Т0 . За время Т0 с выхода элемента И 10 на счетный вход счетчика 11 поступает ст импульсов тактовой частоты fr, численное значение которых поступает с выхода счетчика 11 на второй вход блока 12 деления. На второй вход последнего через четвертый вход блока обработки и управления поступает численное значение тактовой частоты fT. I .

Так как частота f0 входного сигнала в га раз меньше тактовой частоты

fT, то в результате

выполнения

f-r

бло

ком 12 деления операции -- на его

ш

выходе Формируется численное значение

т.е„ f

Значение f постувыхода последнего сумма

+ U) поступает на вход блока 2k извлече(0

иия

fr

I t 1 -of ju m -- -o

пает на первый выход блока 8 обработки и управления и на первый вход умно-с жителя 13.

Передним фронтом сигнала, поступившего на второй элемент И 10, в счетчик 15 гармоник заносится предварительное значение, равное единице, т.еЮ блока 28 деления, на второй вход кото- код 00000001, При поступлении этого рого (Б.ХОД делителя) поступает с вы- кода срабатывает схема 16 совпадения и через элемент НЕ 25 открывает элемент И 26. С выхода АЦП 6 через DTO-V рой вход блока 8 обработки и управле- 15 ния на информационные входы регистквадратного корня и заносится

i

в него выходным сигналом одновибра- тора 19. Значение(0 + и) выходным сигналом одновибратора 20 заносится в регистр 29, с выхода которого поступает на первый вход (вход делимого)

хода регистра 27 значение U... „ Таким

,рА

образом, с выхода блока 28 деления через четвертый выход блока 8 обработки и управления на выход устройства

О

и

ров 21 и 27 поступает численное значение сигнала U6X, на счетный вход счетчика 15 гармоник, второй вход элемента И 17, первый вход элемента И 26 и S-вход RS-триггера 30 поступает сигнал готовности данных ЛЦП 6. Этим сигналом данные ЛЦП 6 (Uex) заносятся в регистр 27, счетчик 15 гармо моник наращивается до состояния 00900010, схема 16 совпадения закрывает элемент И 26 и открывает элемент И 17, а RS-триггер 30 переходит в единичное состояние, подключая через третий выход блока 8 обработки и управления к виходу коммутатора его второй вход о На выходе умножителя 13 формируется численное значение 2ffl, из которого с помощью блока I t вычитания вычитается поданное на- его -второй вход численное значение частоты пропускания избирательного фильтра 3, т.е„ выполняется операция Јг/г 2f0 - fy. Численное знэче

ние fr/ji через второй выход блока 8 обработки и управления поступает на управляющий вход генератора 9.

Затем на второй вход блока 8 обработки и управления от АЦП 6 поступает численное значение U, сигнал готовности данных АЦП 6 поступает на .одновибратор 18, проходит через открытый элемент И 17 и заносит эначение Vf в регистр 21 , с выхода которого оно поступает на первый и второй входы умножителя 22, где возводится в квадрат (U2).

Одновибратор 18 через время, необходимое для выполнения операции розвед.иия в квадрат, формирует импульс, который поступает на ход одновибратора 19 и заносит значение U в накапливающий сумматор 23о С

у170756 1 8

выхода последнего сумма

поступает на вход блока

иия

блока 28 деления, на второй вход кото- рого (Б.ХОД делителя) поступает с вы-

квадратного корня и заносится

i

в него выходным сигналом одновибра- тора 19. Значение(0 + и) выходным сигналом одновибратора 20 заносится в регистр 29, с выхода которого поступает на первый вход (вход делимого)

блока 28 деления, на второй вход кото- рого (Б.ХОД делителя) поступает с вы-

хода регистра 27 значение U... „ Таким

,рА

образом, с выхода блока 28 деления через четвертый выход блока 8 обработки и управления на выход устройства

блока 28 деления, на второй вход кото- рого (Б.ХОД делителя) поступает с вы- 5

поступает- частное

О

0

5

0

5

45

0

50

5

и

- „ Затем с вы- вх

- DA

хода АЦП 6 поступают значения U, U l h, а блок 8 обработки и управления осуществляет описанные операции и на своем выходе формирует значения согласно выражению (3).

Таким образом, за счет практически полного исключения из аддитивной составляющей погрешности, обусловленной шумами (полоса пропускания сужается до Гц), и уменьшения составляющей, обусловленной собственными нелинейными искажениями тракта измерения, предлагаемое устройство позволяет в несколько раз уменьшить минимальную, измеряемую величину коэффициента гармоник,, Кроме того, резко снижены требования к режекторному фильтру, так как от него требуется лишь предварительное уменьшение уровся первой гармоники дБ.

Формула изобретения

5

0 0 5 0

5

второй вход которого соединен с пятым входом блока обработки и управления, а выход блока вычитания соединен с вторым выходом блока обработки и управления, второй вход которого соединен со счетным входом счетчика гармоник, информационными входами первого и второго регистров, первым входом третьего элемента И, S-входом. RS-триггера, а также вторым входом второго элемента И, выход которого соединен с оходом занесения первого регистра и входом первого одновиб- ратора, выход которого соединен с входом занесения накапливающего сумматора и входом второго одновибрато- ра, выход которого соединен со счетным,входом блока извлечения квадратного корня и входом третьего одно- вибраторз, выход которого соединен с входом занесения третьего регистра, а выход третьего регистра - с первым входом блока деления, выход которого соединен с четвертым выходом блока обработки и упрослени третий выход которого соединен с выходом PvS-триггера, выход псового регистра соединен с первым и дтсрнм входами второго умножителя, ыход которого соединен с информационным входом накапливающего сумматора, вы-. ход накапливающего сумматора - с информационным входом блока .золече- ния квадратного корня, выход которо- го соединен с информационным входом третьего регистра, выход элемента НЕ соединен с вторым входом третьего элемента И, выход которого соединен со счетным входом второго регистра, а выход второго регистра - с вторым входом блока деления„

r... TJT

i9$Јoa

V M|WrW. A1 % l t . .

Мнф. дх.

Фи&З

ФагМ