Одноканальное устройство сравнения гармонических составляющих двух напряжений Советский патент 1979 года по МПК G05B1/01 G01R17/10 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для повышения точности сравнения амплитуд основных или высших гармоник двух переменных напряжений независимо от их фазовых соотношений.

Известны одноканальные устройства для сравнения амплитуд переменных напряжений (фазонечувствительные дифференциальные индикаторы), выполненные в виде одного измерительного канала с поочередным подключением к источникам сравниваемых напряженийГи,

В одноканальных устройствах усилитель напряжения выполняется избирательным, что позволяет настраиваться на требуемую гармонику сравниваемых напряжений. При неравенстве амплитуд сравниваемых гармоник избирательный усилитель усиливает модулированное по амплитуде напряжение, состоящее из коммутационных пакетов сравниваемых напряжений.

Эти устройства обладают достаточно высокой чувствительностью и широким динамическим диапазоном. В них усиливается не весь спектр модулированных колебаний, а только одна из боковых частот, на которую

настраивается избиральный усилитель. Амплитуда напряжения боковой частоты определяется разностью амплитуд сравниваемых напряжений, поэтому даже насыщение избирательного усилителя не вызывает потери чувствительности одноканального индикатора.

Недостатком такого индикатора является значительная зависимость результата сравнения от фазовых углов коммутируемых напряжений, так как боковые частоты в спектре пакетного напряжения возникают не только при амплитудной модуляции (разности амплитуд сравниваемых напряжений), но при фазовой модуляции (разности начальных фаз сравниваемых напряжений).

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является одноканальное устройство, содержащее периодический переключатель, входами подключенный к входным шинам, избирательный усилитель, 0 синхронный детектор, выходом подключенный к выходному прибору, и коммутационный генератор, подключенный к управляющим входам периодического переключателя и синхронного детектора 2. . , .3 Недостатком устройства являются ограниченный динамический диапазон, низкие чувствительность и точность из-за насыщения избирательного усилителя колебаниями несущей частоты, амплитуда которых при малой глубине модуляции (относительная разность амплитуд меньше 1%) в сотни раз превышает амплитуду колебаний боковых частот, пропорциональных разности сравниваемых амллитуд. Целью изобретения является расширение динамического диапазона, повышение чувствительности и точности сравнения амплитуд гармоник переменных напряжений независимо от их фазовых соотношений. Поставленная цель достигается тем, что в предложенное устройство для сравнени51 гармо нических составляющих двух, напряжений, содержащеепериодический переключатель, избирательный усилитель, синхронный детектор, вых.одной прибор, коммутационный генератор, введены фазочувствительный детектор,- сглаживающий и полосовой .фильтры, сумматор, инвертор-ограничитель, регулируемый делитель напряжения, выходом подключенный через инвертор-ограничитель ко входу полосового фильтра м первому входу сумматора и непосредственно к управляющему входу фазочувствительного детектора, выход которого подключен непосрбдственно ко входу синхронного детектора и через сглаживающий фильтр к упрагзляющему входу управляемого делителя напряжения. Выход пОслёдн&го подключен ко второму входу сумматора, выход которого подключен ко входу фазочувствительного детектора через избирательный усилитель. Вход полосового фильтра соединен с выходом периодического переключателя. На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, а на фиг. 2 - временные диаграммы поясняющие его работу. Устройство содержит периодический переключатель 1, соединенный с входными шинами устройства, полосовой фильтр 2, инвертор-ограничитель 3, регулируемый делитель напряжения 4, сумматор 5, избирательный усилитель б, фазовый детектор 7, сгла живающий фильтр 8, синхронный детектор 9, коммутационный генератор К) и выходной прибор 11. Сравниваемые напряжения U) и Uj подаются на входные клеммы переключателя 1. С его выхода пакеты напряжений U( и Uz, следующие с частотой коммутации, подаются на вход фильтра 2, настроенного на необходимую гармоническую составляющую. Пакеты выделенной фильтром гармонической составляющей (фиг. 2, а) одновременно воздействуют на один из входов сумматора 5 и на вход инвертора-ограничителя 3.Напряжение с выхода инвертОра-ограничителя 3 подается на управляющий вход детектора 7 и навход делителя напряжения 4,автоматически регулирующий уровень сни4маемого с него напряжения, которое подается на второй вход/сумматора 5. Таким образом, на входы сумматора 5 подаются два противофазных напряжения. Одно изНИХ и а (фиг. 2, а) промодулировано с частотой коммутации по амплитуде (при неравенстве амплитуд сравниваемых гармоник) и по фазе (при неравенстве начальных фаз сравниваемых гармоник). Второе напряжение Us (фиг. 2,6) иромодулировано по фазе как и первое, однако его амплитуда Не изменяется с .частотой коммутации. Амплитуда этого напряжения задается делителем напряжения 4, который автоматически управляется через фильтр 8 напряжением на выходе детектора 7. Если амплитуда напряжения на выходе делителя напряжения равна среднему арифметическому :;начен1по амплитуд на выходе фильтра 2, т. е. Um 1., то на выходе сумматора 5 полностью подавляется несуН1ая частота, которая не несет полезной информации о неравенстве сравниваемых наиряжений. В этом случае напряжение на выходе су.мматора (фиг. 2, в) содержит только боковые частоты, несущие полезную информацию о неравенстве сравниваемых гар-. МОНИК. Напряжение на выходе сумматора в этом случае промодулировано только но фазе. При этом его амплитуда тем MenbHje, чем меньще разница между амплитудами сравниваемых гармоник. Для сравнения мало отличающихся гармонических составляющих выходное напряжение сумматора усиливается усилителем 6 в необходимое число раз без потери информации из-за насыщения этого усилителя, Так как выходное напряжение сумматора 5 усиливает усилитель б, то на его выходе выделяются боковые частоты той гармонической составляющей, на которую он настроен. В случае, когда амплитуда напряжения на выходе делителя 4 не равна среднему арифметическому значению амплитуд на выходе фильтра 2, на выходе сумматора 5 происходит только частичное подавление несуш,ей частоты. В этом случае напряжение на выходе сумматора (фиг. 2, в) промодулировано не только по фазе, но и по амплитуде. На фиг. 2 в показано напряжение на выходе сумматора 5 для случая, когда г//т Напряжение с выхода усилителя б подается на сигнальный вход детектора 7, управляющий вход которого подключен к выходу инвертора ограничителя 3. Амплитуда опорного напряжения, подаваемого на управляющий вход детектора 7 постоянна, а фаза его может изменяться с частотой коммутации (фиг. 2, б), если сравниваемые гармонические составляющие не совпадают по фазе. Благодаря этому фазовые соотношения сигнального и опорного напряжений на входах детектора 7 не зависят от фазовых СДВИГОВ сравниваемых напряжений. Следовательно, результат сравнения амплитуд гармонических соотношений не зависит от их фазовых соотношений. На выходе детектора 7 выделяется огибающая частоты коммутации (фиг. 2, г). При полном подавлении несущей частоты напряжение на выходе дет- ктора 7 не имеет постоянной составляющей, а при неполном подавлении появляется постоянная составляющая. Знак этой постоянной составляющей определяется тем, больще или меньще амплитуда напряжения на выходе делителя 4, чем среднее арифметическое значение - J. Переменная составляющая частоты коммутации напряжения на выходе детектора 7 как при полном, так и при неполном подавлении несущей пропорциональна только разности амплитуд сравниваемых гармонических составляющих. Напряжение огибающей с выхода детектора 7 подается ira вход синхронного детектора 9, управляемого от коммутационного генератора IQ. Постоянная составляющая напряжения на выходе детектора 9 (фиг. 2, д) пропорциональна разности амплитуд сравниваемых 1-армоник, что регистрируется выходным нрибором 11. Для автоматического хиравления лТелителем напряжения 4 с целью подавления несун1ей, в устройстве используется информация с выхода детектора 7. При неполном подавлении несущей на выходе детектора 7 появляется постоянная составляющая определеппого знака. Эта постоянная составляющая ыделяется фнльтром 8, напряжение с в|)1хода которого управляет делителем 4 так, чтобы свести ее к пулю и таким образом автоматически подавить несусцую частоту./Бла1-одаря введению дополнительных звеньев и автоматически подавляются колебания несущей частоты в модулированном сигнале, в результате чего избирательный усилитель используется для усиления только информативной чаети сигнала. Это позволяет значительно расщирить динамический диапазон и существенно повысить чувствительность и точность сравнения амплитуд гармоник независимо от их фазовых соотнощений. Формула изобретения Одноканальное устройство для сравнения гармонических составляющих двух напряжений, содержащее периодический переключатель, входами подключенный к входным щинам, избирательный усилитель, синхронный детектор, выходом подключенный к выходному прибору, и коммутационный генератор, подключенный к управляющим входам периодическогопереключателя и синхронного детектора, отличающееся тем, что, с целью расширения динамического диапазона, повышения чувствительности и точности сравнения амилитуд гармоник переменных напряжений независимо от их фазовых соотношений, в него введены фазочувствительный детектор, .сглаживающий и полосовой фильтры, сумматор, инвертор-ограничитель, регулируемый делитель напряжения, выходом подключенный через инвертор-ограничитель к выходу полосового фильтра и первому входу еумматора и непосредственно к управляющему входу фазочувствительного детектора, выход которого подключен непосредственно ко входу синхронного детектора и через сглаживающий фильтр к управляющему входу управляемого делителя напряжения, выходом подключенного ко второму входу сумматора, выход которого подключен ко входу фазочувствительного детектора через избирательный усилитель, причем вход полосового фильтра соединен с выходом периодического переключателя. Источники информации, принятые во вни мание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 121864, кл. G 01 R 17/10, 22.X. 1958. 2.Авторское свидетельство СССР № 119257, кл. G 01 R 17/00, 5.VII. 1958.

661494

U, ef

i