Устройство для измерения квадратурной составляющей гармонического сигнала Советский патент 1980 года по МПК G01R19/06 

шателн измеряемого и опорного сигналов, два блока умножен HHJ выходы которых соединены со входами блока, вычитання измерительный прибор, введены генератор коммутирующего напряжения, четьфе блока коммутации, синхронный выпрямитель и фильтр нижних частот, причем выход генератора коммутирующего напряжения подключен к управляющим входам блоков коммутации и синхронного выпрямителя, сигнальные входы первого и второго блоков коммутации соединены со входами квадратурньк фазовращателей, сигнальные входы третьего и четвертого блоков коммутации подключены к выходам квадратурньк фазовращателей, входы одного из блоков умножения соединены с выхода ми первого и третьего блоков коммутации, входы другого блока умнож енйя подключены к вьосодам второго и четвертого блсжов коммутации, сигнальный вход синхрсиного выпрямителя соединен с выходом блока вьпнтания, а выход через фильтр НИЖ11ИХ частот - со входом измерительного прибора. На чертеже представленаi функциональ ная схема предлагаемого уст{эойства для измерения квадратурной составл5пощей гармонического сигнала. Устройство содержит два идентичных квадратурных фазовращателя - измеряемого сигнала 1 и опорного сигнала 2, два идентичных блока 3 и 4 умножения блок 5 вычитания, четыре идентичных блока 6-9 коммутации, двухполупериодный ключевой синхронный выпрямитель 1О, фильтр 11 нижних частот, измерительный прибор 12 и генератор 13 коммутирующего напряжения. Устройство работает следующим образом.... Генератор 13 вырабатывает прямоуго ное управляющее напряжение, описываемо функцией Ц,;--и вс пв1па-Ь, где 51 - частота коммутации. В один полупериод коммутации (ему соответствует замыкание первых входов блоков коммутации на их выходы) нзмеряемьА входной сигнал УС поступает через блсж 6 коммутации на первый вход блока 3 умножения и через фазовращатель 1 и блок 9 коммутации на второй вход блока 4 умножения, а опорный сигнал Uo UoSintwt поступает через блок 8 коммутации на первый вход блока 4 умножения и через фазовращатель 2 и блок 7 коммутации - на второй вход блока 3 умножения. В друго олупериод коммутации (ему соответствут замыкание вторых входов блоков комутации на их выходы) измеряемьй сигал DC постуает через блок 8 коммуации на первый вход блока 4 ут шожения через фазовращатель 1 и блок 7 коммуации - на второй вход блока 3 умножеия, а опорный сигнал UQ поступает чеез блок 6 коммутации на первьй вход лока 3 умножения и через фазовращатель и блок 9 коммутации - на второй вход лока 4 умножения. В результате на выходе блока 5 вычитания образуется напряжение, определяемое соотнощением Uy - K LUj-Uo -ivi (U)ti-vf(.)co5U)i-UQU(. cos (ц| t )Ь (5-in Sit)-t- UoUcsin uu t соЗCoyt 4e)-U Uo5in(u))co50ut 1i sin(5lt TC) 1 ocт- Uc o5i cMsinSlt - U UoS1h fe1l )1 - JG Uo S c 5 5 , где X - коэффициент передачи устройства до синхронного вьтрямителя 1О; Ь - единичная положительная функция Хевисайда б изпиЛ г-знаковая функция с частотой коммутации S1 . Синхронный выпрямитель 10 производит умножение выходного напряжения блока 5 вычитания на Sin S7t Поскольку f5(j и so h fL-fc), TO выходное напряжение вьтрямителя 10 определяется выражанием о- sih v. + i, S(n siti 5it. Постоянная составляющая этого напряжения )UoUc 5ih пропорци жальная квадратурной составляющей входного сигнала U Sii постоянном значении амплитуды опорного сигнала j , измеряется прибором 12, а переменная составляющая fi . S ц si и Sl-t, определяется гармоническим рядом ос т Sit Г&. JLv (-)at ° 2h-1 отфильтровывается фильтром 11. 57 Выбор достаточно высокой частоты коммутации 5 J позволяет зн чительно снизить влияние погрешности ост , при достаточно малой по то5шной времени простейшего однозвенно го R.C-фильтра 11, например в 10 раз меньшей периода измеряемого сигнала СфО ) , и частоте коммутации 1 ; -10 Cf аддитивная погрешность от переменной составляющей выходного напряжения выпрямителя 10. , опреде ляемая практически основной гармоникой ряда, равна .. -А44 сЛСф ,1-2.ft А оот Погрешность от остаточных напряжени блоков 3 и 4 ук иожения в этом случае снижается в 50 Jt- раз. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет значительно уменьшить порог чувствительности при измерении квадратурной составляющей гармсническо го низкочастотного сигнала. Формула изобретения Устройство для измерения квадратурной составляющей гармонического сигнал содержащее квадратурные фазовращатели измеряемого и опорного сигналов, два бпока умножения, выходы которых соеди66нены со входами блока вычитания, измерительный прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности, в него введены генератор коммутирующего напряжения, четыре блока коммутации, синхронный вьшрямитель и фильтр нижних частот, причем вьсход генератора коммутирующего напряжения подключен к управляющим входам блоков коммутации и синхронного вьшрямителя, сигнальные входы первого и второго блоков коммутации соединены со входами квадратурных фазовращателей, сигнальные входы третьего и четвертого блоков коммутации подключены к выходам квадратурньк фазовращателей, входы одного из блоков умножения соединены с выходами первого и третьего блоков коммутации, входы другого блока умножения подключены к вькодам второго и четвертого блоков коммутации, сигнальный вход синхрсиного выпрямителя соединен с выходом блока вычитания, а выход через фильтр нижних частот - со входом измерительного прибора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Дехтяренко П. И. Синхронное детектирование в измерительной технике и автоматике. Техника, К., 1965, с.86. 2.Авторское свидетельство СССР о заявке № 2159912, Q01 R 19/О6, 1975.