Измеритель нелинейных искажений Советский патент 1980 года по МПК G01R23/20 

1

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и предназначено для измерения нелинейных искахсений синусоидального сигнала с высокой точностью.

--Известны устройства для измерения нелинейных искажений синусоидальных сигналов fl}, которые определяют либо коэффициент нелинейных искажений как отношение действующего значения напряжения высших гармоник к действующему значению напряжения первой гармоники, либо как отношение действующего значения напряжения высших гармоник к действующему значению напряжения всего сигнала, однако ввиду необходимости операции деления такие устройства содержат блок деления,которому присущи существенные недостатки: малый динамический диапазон, температурная и временная нестабильности коэффициента передачи делительного блока/ а измерители нелинейных исках ений, измеряющие действующее значение напряжения высших гармоник при нормированном значении напряжения первой гармоники в значительной степени свободны от указанных недостков, однако при широком динамическом диапазоне изменения напряжения

первой гармоники исследуемого сигнала невозможно обеспечить устойчивость усилителя переменного тока и линейного преобразователя, входящих

5 в цепь авторегулирования, кроме того, погрешности устройства полностьквходят в результат измерения.

Из известных измерителей нелинейных искажений наиболее близким к

to предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения коэффициента нелинейных искажений синусоидального сигнала, содержг-щее усилитель с регулируемым коэффициенJ5 том передачи, выход которого соединен с последовательно включенным активным заграждающим фильтром и вольтметром действующего значения, а также с активным пропускакщим фильтром,

20 выход которого через схему сравнения напряжений по действующему значе,нию, второй вход которого подключен к источнику опорного напряжения, равного 1В, подключен к управляющему

25 входу усилителя с регулируемым коэффициентом передачи через усилитель постоянного- тока .

Недостатком известного устройства является невысокая точность измерения.

Целью изобретения является повышение точности измерения коэффициен- , та нелинейных искажений, - .

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения нелинейных искажений, содержащее усилитель переменного тока, выход

коротйго подключен ко входам активного пропускающего и активного заграждающего фильтров, а также блок сравнения и источник опорного напряжения, введены три переключателя,гет нератор сигнала ,три квадратора,два интегратора, два., масштабных усилителя, ключ и запоминающий блок, причем один из входов первого переключате- . ля соединён с входным зажимом, вто- 15 рой - с генератором сигнала, .а вы- . ход с входом усилителя переменного тока, выход активного заграждающего фильтра соединен с сигнальным входом первого квадратора, выход которого 20 через первый интегратор соединен с фокальным входом второго квадра;тора и входом. втЬрого переключателя, один выход которого является выходом устройства, а второй соединен с инвер- тирующим входом блока сравнения,выход активного пропускающего фильтра соединён с сигнальным входом третьего квадратора, фокальный вход которрго подключен к выходу второго кващратора, а выход к фокальному входу 30 первого квадратора через второй интегратор, выход источника опорного напряжения подключен к одному входу третьего переключателя через первый масштабный усилитель и к неинвёрти- 35 рующему входу блока сравнения через второй масштабный усилитель, выход блока сравнения через последовательно соединенньле ключ и запоминающий блок подключен ко второму входу тре- Q

тьего. переключателя, выход которого соединен с сигнальным входом третьего квадратора. . ..

На чертеже представлена блок-схема измерителя нелинейных искажений. 5 Устройство содержит переключатель

I,один вход которого соединен с выодом генератора 2 сигнала с калиброванным коэффициентом нелинейных искажений, ругой вход переключате- JQ ля 1 со входным зажимом, а выход со входом усилителя переменного тока 3, выход которого соединен с сигнальным входом квадратора 4 через активный заграждающий филь.тр 5 и с сигнальным входом квадратора б через активный пропускающий фильтр 7, выход квадратора 4 подключен через интегратор 8 к фокальному квадратора 9 и входу переключателя 10, один выход которого подключен к йн- 6Q вёртирующему входу блока сравнения

II,другой выход - к выходному зажиму, выход квадратора 9 подключен к фокальному входу квадратора б, выход которого подключен к фокальному 65

входу квадратора 4 через интегратор 12, сигнальный вход квадратора 9 соединен с выходом переключателя 13, один вход которого подключен к выходу блока сравнения II чере.з последовательно соединенные ключ 14 и запоминающий блок 15, а вход - через первый масштабный усилитель 16 - к выходу источника опорного напряже1шя 17, выход которого соединен также с неинвертирующим входом блока сравнения 11 через второй масштабный услитель 18. : . . :

. Работа предлагаемого измерителя нелинейных искажений осуществляется в два такта: в первом такте переключателя 1,10 и 13 Находятся в положении а, ключ 14 замкнут, актив-ные фильтры 5 и 7, а также генератор 2 настроены на частоту первой гармоники входного сигнала.. Сигнал 1) с калиброванным коэффициентом нелинейных искажений к с выхода генератора 2 поступает через активные фильтры 5 и 7 на сигнальные входы квадраторов 4 .и б,причем на выходе айтивгнрго заграждающего фильтра 5 присутствует напряжение.высших гармоник U; , а на выходе активного пропускающего фильтра 7 напряжение первой гармоники Uj сигнала U 1) и U воз водятся в квадрат квадраторами 4 и 6 соответственно, нормируются по напряжениям на фокальных входах Uj и U4 квадраторов 4 и 6 и усредняются интеграторами 8 и 12, напряжение 1) также возводится в квадрат квадратором 9 и нормируется по напряжению на фокальном выходе Ug, причем U(, обратно пропорционально коэффициенту нелинейных искажений к сигнала и и формируется источником опорного напряжения 17 и масштабным усилителем 16. При этом напряжение, поступающее на инвертирующий вход блока сравнения 11 через клемму а переключателя 10, принимает значение

V-i;rI - - р

где Т - время усреднения интеграторов 8 и 12;

и. -. напряжение высших гармоник на выходе генератора 2.

В свою очередь Uy: -;}г| ,

. Л

где Un - наЬряжение первой гармоники . сигнала на выходе генератора 2- Или с учетом коэффициентов передачи усилителя 3 Kj и фильтров 5 и 7 (Kg и K-f ) :

Vru.), Li4uz/u), а с учетом коэффициентов передачи (К,К): квадраторов 4 и б 1, . UjHO./u.kj-kyi, где ) () (к,- коэффициент передачи квадрато ра 9). ... Ms-t .. йГ , 1 тогда Ug-Q, «.,.v,ruf .,.«,-U5 ()1 уД.1..К,| ч Vlu| i т.е. в первом такте 1)5 представляет собой напряжение, пропорциональное погрешности устройства jf-, которую можно определить как отличие от еди ницы напряжения Ug в первом такте, т.е. -..{Ш1К. 5 (, При малых погрешностях справедли во это равенство представить в таком виде: |. . , где - сум марная погрешность измерителя нелинейных искажений и, если /то на выходе запоминающего блока 15 об разуется напряжение () . Это легк достигается выбором соответствующего коэффициента передачи масштабног усилителя 18. . Во. втором такте переключатели 1, 10,13 ставят в положение б, а клю 14 размыкают, при э.том ha устройств поступает исследуемый сигнал U , а качестве U выступает напряжение (1-). В этом случае Ug (оно же выходное напряжение): и5 Кч(1+г()(14/х)(1-)К.„(Г-/ y(-f./4) , где К.у - коэффициент нелинейных искажений исследуемого сигнала. Резул тат измерения получим с погрешность второго порядка малости, причем с к эффициентом 0,25. . . Формула изобретения Измеритель нелинейных искажений, содержащий усилитель п.еременного то- . ка, выход которого подключен ко входу активного пропускающего и активного заграждающего фильтров, а также блок сравнения и источник опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения,, в него введены три переключателя, генератор сигнала, три квадратора, два интегратора, два масштабных усилителя, ключ и запоминающий блок, причем один вход первого переключателя соединен с выходным зажимом, второй - с генератором сигнала, а йыход с входом усилителя переменного тока/ выход активного заграждающего фильтра соединен с сигнальным входом первого квадратора, выход которого через первый интегратор соединен с фокальным входом второго квадратора и входом второго переключателя, один выход которого является выходом устройства,а второй соединен с- инвертирующим входом блока 1сравнения,выход активного пропускающего фильтра соединен с сигнальным входом третьего квадратора,фокальный вход которого подключен к выходу второго квадратора, а выход к фокальному входу первого квадратора через второй интегратор, выход источника опорного напряжения подключен к одному входу третьего переключателя через первый масштабный усилитель и к неинвертирующему входу блока сравнения через второй масштабный усилитель, выход блока сравнения через последовательно соединенные ключ и запоминающий блок подключен ко второму входу третьего переключателя, выход которого соединен с сигнальным входом третьего квадратора. Источники информации, принятые во ,внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 416625, кл. G 01 R 23/20, 1975. 2.Авторское свидетельство СССР № 464855 кл. G 01 R 23/20, 1976.