Способ измерения нелинейных искажений Советский патент 1980 года по МПК G01R23/20 

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения коэффициента гармоник низкочастотных синусоидальных сигналов с высокой точностью.

Известен фильтровой способ измерения коэффициента гармоник синусоидального сигнала, включающий выделение первой гармоники сигнала, калибровку сигнала по требуемой амплитуде первой «О гармоники, исключение ее из спектра сигнала и измерение действующего значения высших гармоник исследуемого сигнала .

Способ требует определения основ- |5 ной частоты для периода исследуемого сигнала для настройки полосовых фильтров и операцию узкополосной фильтрации, что невозможно выполнить с точностью до единиц процентов при времени 20 измерения не более нескольких (2-10) периодов входного сигнала. Кроме того, медленная флуктуация частоты исследуемого сигнала, которая всегда имеет место, также вызывает значительную 25 погрешность измерения.

Наиболее близким к предлагаемому по своей сущности является способ измерения ортогональных составляющих ;сдвига фаз между опорным напряжением 30

и первой гармоникой сигнала, основанный на использовании коэффициентов ряда Фурье и включающий биение отрезка времени, равного периоду сигнала, на п, например 12, временных интервалов и последовательное суммирование на каждом из интервалов единичных кодов, значения которых со- . ответствуют мгновенной величине входного сигнала с весовыми коэффициентами , соответствующими значению прямоугольной аппроксимирующей опорной функции на этом интервале 2Д.

Этот способ позволяет определять ортогональные составляющие сдвига фаз между опорным и исследуемым неискаженным сигналом без изменения узкополосного фильтра, однако по такому способу невозможно измерить нелинейные искажения исследуемого искаженна го синусоидального сигнала.

Цель изобретения - повышение точности измерения нелинейных искажений путем исключения погрешностей узкополосных фильтров.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения нелинейных искажений синусоидального сигнала, основанному на использовании коэффициентов ряда Фурье и включающему разбиение отрезка времени, равного периоду исследуемого сигнал на п временных интервалов и последовательное суммирование единичных кодов, значения которых соответствуют мгновенной величине входного сигнала с весовыми коэффициентами, соответствующими значению аппроксимирующей опорной функции на этом интервале, из исследуемого сигнала формируют линейно возрастающие в течение первого полупериода основной частоты и линейно убывающие в течение второго полупериода основной частоты напряжения фиксированно амплитуды, сдвинутые относительно друг друга на четверть периода основной частоты, и определяют средние значения единичных кодов на отрезке времени, кратному периоду сигнала, используя полученные линейно изменяющиеся напряжения в качестве аппроксимирующих опорных функций, а по величине корня квадратного из разницы между отношением среднего квадрата напряжения входного сигнала к сумме квадратов полученных средних-и единицей судят о нелинейных искажениях исследуемого сигнала.

Сущность способа измерения нелинейных искажений заключается в том, что период исследуемого сигнала разбивают на п временных интервалов В каждом таком временном интервале исследуемый процесс преобразуют в единичный код, который усредняется одновременно в четырех каналах с различными весовыми коэффициентами за время, кратное периоду исследуемого сигнала, в частности в течение одного периода. Упомянутые весовые коэффициенты являются значениями пилообразных сигналов фиксированной амплитуды, сдвинутых по фазе относительно друг друга на четверть периода и сформированных из исследуемого сигнала путем усиления ограничения сигнала и интегрирования полученного прямоугольног напряжения, что практически всегда легко реализуемо.

Полученные средние возводят в квадрат и суммируют. Из отношения среднего квадрата исследуемого напряжения, которое определяется усреднением квадратов упомянутых единичных кодов без весовых коэффициентов за время , кратное периоду сигнала, в частности за период, из полученной суммы вычитают единицу и по величине корня кващратного из полученной разности судят о нелинейных искажениях исследуемого сигнала .

При реализации предлагаемого способа исследуемый сигнал Uj преобразуют в единичный код практически по мгновенным значениям и определяют среднее значение квадрата исследуемого сигнала

г.а Sr

)l4iЙ.) Ui - амплитуда; iu) - частота;

начальная фаза i-ой гармоники

исследуемого сигнала. Одновременно из исследуемого сигна,ла формируют напряжения пилообразной формы и , и , Uj и и с амплитудой Of сдвинутые относительно друг друга на четверть периода основной частоты, спектры которых

)-4,

())

4ет(-)1- Полученные пилообразные напряжения используют как весовые коэффициенты при усреднении единичных кодов, которые соответствуют мгновенным значениям исследуемого сигнала, и получают

средние значения

I т ,Т

.(

о о

.rS COSau-i)u)t-. up; COS%.« 4t (i.-l)i J 2r2v-4au-l) .7 т

,UcAt-Mb,cosHt+ P)x

0о r C05 g -nU). u &in-P;,M

L (2ь-1)

1Т т

MWiI | | l«5(n)

..

J4, Ups{40t4p) X

(2HMf Ъ un sin,.,

4 t2i4) J 2

которые возводят з квадрат и суммиру ют-

A--(07.(u,)4u;)n(u;f,

- Тде и , Cij, и , и - средние значения пилообразных напряжений,

,1гп . У.Чгу2,., п 4 L C2i4) J/

Ui . . UgriU ZdMC°5P.L.,.

- (2L-i)4ij-i)a

,ub..2

. Cii-lH i4-.l i.d