Устройство для измерения неиден-ТичНОСТи чАСТОТНыХ ХАРАКТЕРиСТиК Советский патент 1981 года по МПК G01R27/28 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕИДЕНТИЧНОСТИ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

1

Изобретение относится к ргщноизмерительной технике и может быть использовано при разработке приборо для измерения неидентичиости частотных характеристик (ЧХ) четырехполюсников и для их настройки, с целью достижения минимальной величины это неидентичности. Оно также может использоваться при разработке систем, в которых необходимо контролировать или измерять различие ЧХ.

Известно устройство для измерени неидентичности ЧХ четырехполюсников, содержащее генератор качающейся частоты (ГКЧ), два перемножителя, два элемента усреднения, сумматор, квадратор и индикатор. Выходной сигнал сумматора возводится квадратором в квадрат и интегрируется вторым интегратором. Благодаря корреляционной обратной связи,. в которую входят первый и второй, перемножители и первый интегратор, выходной сигнал второго интегратора получается пропорциональным минимальной среднеквадратической разности сигналов, поступивших на оба входа сумматора. Если постоянная времени второго интегратора

намного меньше периода качания ГКЧ и намного больше периода наименьшей частоты циапазона качания, то его выходной сигнал пропорционален функции неидентичности амплитудно-фазовых частотных характеристик (АФЧХ), которая одновременно учитывает различия апмлитудно-частотннх характеристик-(АЧХ). и фазо-частотных характеристик (ФЧХ) в любой заданной частотной точке. Если постоянная времени второго интегратора намного большепериода качания частоты, то его выходной сигнал пропорционален интегральной характеристике неидентичности АФЧХ, учитывающей одновременно и в целом для всей заданной полосы частот различия АЧХ и ФЧХ 1.,

Однако известноеустройство не позволяет определить функции неидентичности АЧХ и ФЧХ и интегральные характеристики от этих функций.

Наиболее близким по технической сущности является устройство, содержащее генератбр шума (ГШ) и осцил-. лограф. Входы сравниваемых четырехполюсников ,в этом устройстве соединяютсй с выходом ГШ, а их выходы - с X и Y входами осциллографа работающего в режиме ждущей развертки со стабильным уровнем запуска. Интегральной характеристикой неидентичности АФЧХ, формируемой этим устройством, служит величина вертикальной яркостной отметки, образующейся на экране осциллографа в момент запуска горизонтальной развертки 2 ,

Недостатком известного устройств является низкая точность и неудобст отсчета результата измерения. Кроме того, оно не позволяет измерить функции неидентичности АФЧХ, АЧХ и ФЧХ, учитьшающие различия этих ЧХ в любой заданной частотной точке, и интегральные характеристики неидентичности АЧХ и ФЧХ, учитывающие различия последних характеристик в целом для всей заданной полосы частот, .

Цель изобретения - повышение точности идентификации ЧХ,

Указанная цель достигается за счет того, что в устройстве для измерения неидентичности ЧХ, содержащем ГШ, .выход которого соедине со входами сравниваемых четырехполюсников , введены блок формирован исходных характеристик, блок синтезирования характеристик неидентичности (БСХН) и индикатор, выходы сравниваемых четырехполюсников соеднены со входами блока формирования исходных характеристик, четыре выхода которого соединены с четырьмя входами БСХН, а четвертый выход блока формирования исходных характеристик соединен и со входом управления индикатора, вход которог соединен с выходом БСХН, Кроме того, первый вход последнего через первый элемент извлечения квадратного корня соединен с первым входом элемента вычитания, выход которого непосредственно соединен с первым входом второго перемножителя, а через квадратор - со входом первого элемента усреднения,первым входом второго сумматора и первым выходом БСХН, второй вход которого соединен с первым входом первого перемно жителя, выход которого соединен со входом второго элемента усреднения, вторым входом второго сумматора и вторым выходом БСХН, второй вход которого через второй элемент извле чения квадратного корня соединен со вторым входом элемента вычитания и вторым входом второго перемножителя

выход которого соединен со входом третьего элемента усреднения, треть входом втйрого сумматора и третьим выходом БСХН, третий вход которого соединен с первым входом первого сумматора, выход которого через функциональный преобразоватегль соединен с входом первого перемножителя

и третьим входом второго перемножителя, четвертый-вход БСХН через бло синтезирования линейной ФЧХ соединен со вторым входом первого сумматора, выход второго сумматора соединен со входом четвертохо элемента усреднения и че вертым выходом БСХН а выходы первого, второго, третьего .и четвертого элементов усреднения соединены соответственно с пятым, шестым, седьмым и восьмым выходами БСХН,

На фиг, 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 структурная схема БСХН.

Устройство для измерения неи.дентичности ЧХ (фиг, 1) содержит ГШ 1, блок 2 формирования исходных характеристик, БСХН 3 и индикатор 4 На схеме показаны также образцовый 5 и измеряемый 6 четырехполюсники, .Входы сравниваемых четырехполюснико 5 и б соединены с выходом ГШ 1, а их выходы - со входами блока 2 формирования исходных характеристик четыре выхода которого соединены с четырьмя входами БСХН 3. Четвертый выход блока 2 формирования исходных характеристик также соединен со входом управления индикатора 4, а выход БСХН 3 соединен со входо индикатора 4. .

Устройство работает следующим образом.

На входы сравниваемых четырехполюсников 5 и б с выхода ГШ 1 подается стационарный случайный испытательный сигнал, имеющий в полосе измерения неидентичности ЧХ. си и w постоянную спектральную плотность. Выходные сигналы четырехполюсников 5 и. б поступают в блок 2 формирования исходных характеристик. При этом на четырех выходах последнего получаются четыре сигнала, сформированные таким образом, чтобь они соответственно были бы прЬпорцИо нальны спектральным плотностям Б2(су)и S(m) выходных сигналов четырехполюсников б и 5, аргументу Ч (Ш) взаимной спектральной плотност этих сигналов и дополнительной характеристике и((Л}) ио- u).j. Четвертый сигнал, который пропорционален характеристике U((«) , является пилообразным сигналом. Сигналы, полученные на четырех выходах блока формирования исходных характеристик 2, подаются в БСХН 3, который при выполнении условия

S,(40)(u;;)M,

(1)

являющегося обязательным условием нормирования спектральных плотностей синтезирует восемь сигналов. Из них четыре сигнала пропорциональны четырем частотным характеристикам: -функции неидентичности АФЧХ лр(ш,с)&рд(ии)-с.р(рС1и,С).(.ои, -функции неидентичности АЧХ РА( -функции неидентичности ФЧХ Л.рф(ЧС)--3(Ш)1-С05 ои-С-нЧ(и;)), -функции взаимной неидентичности АЧХ и ФЧХ .) )-i/VU)1-co5 oyt+4M . с Остальные четыре из синтезированных в БСХН сигналов пропорциональны четырем интегральным характеристикам -неидентичности АФЧХ лрС-О дрСш.-сТ;С6) - неидентичности АЧХ - неидентичности ФЧХ ,-Ег взаимной неиде тичности АЧХ и ФЧХ ,(С -- РЛ-ФКС) . (9) ВСХН 3 (фиг. 2) содержит 7 и второй8 элементы извлечения ква ратного корня, функциональный преобразователь 9, первый и второй сум маторы 10 и 11, блок 12 синтезирова1ния линейной ФЧХ,первый и второй перемножители 13 и 14, элемент 15 вычитания, квадратор 16 и первый, второй, третий и четвертый элемент усреднения 17-20, БСХН 3 работает следующим образом. Перед измерением уровни поступаю щих на первый и второй входы БСХН 3 сигналов, которые пропорциональны спектральным плотностям S (си) и S2 нормируются таким образом, чтобы выполнялось условие (1). Нор лиро-. ванные сигналы подаются в первый и второй элементы извлечения квадра нрго корня 7 и 8. Выходные сигналы эТи} элементов поступают в элемен 15 вычитания. Разностный сигнал полученный на выходе элемента 15 вычитания, в квадраторе 16 возводится в квадрат. При этом на выходе квадратора 16 получается сигна пропорциональный функции неидентичности АЧХ (3). Этот сигнал усред няется первым элементом 17 усреднения, в результате чего на выходе элемента 17 усреднения появляется сигнал, пропорциональный неиден-. (1 тичности АЧХ (7) . с четвертого входа БСХН 3 на вход блока 12 синтезирования линейной ФЧХ поступает пилообразный сигнал. Этот сигнал пропорционален характеристике U((A) . Блок синтезирования 12 линейной ФЧХ вырабатывает такой сигнал, который пропорционален линейноизменяющейся ФЧХ W, Для этого в простейшем случае в блоке 12 синтезирования линейной ФЧХ суммируется постоянный сигнал, пропорциональный значению ФЧХ Oils (где Т- задержка), с пилообразным сигналом, пропорциональным ФЧК (и/ ) , Выходной сигнал блока 12 синтезирования линейной ФЧХ в сумматоре 10 суммируется с сигналом, поступившимс третьего входа БСХН 3. Последний сигнал пропорционален аргументу Ч (и;)взаимной спектральной плотности. Суммарный сигнал, полученный на выходе сумматора 10, подается в функциональный преобразователь 9, где из этого сигнала формируется такой сигнал, который пропорционален характеристике1 - cos tUC+ f (uw) (10) Выходной сигнал функционального преобразователя 9 в первом перемножителе 13 перемножается с сигналом, поступившим со второго входа БСХН. При этом на выходе перемножителя 13 получается сигнал, пропорциональный функции неидентичности ФЧХ 4). Этот сигнал усредняется во втором элементе 16 усреднения. Усредненный сигнал пропорционален неидентичности ФЧХ (8). Выходные сигналы элемента 15 вычитания, элемента 8 извлечения квадратного корня и функционального преобразователя 9 перемножаются во втором перемножителе 14, в результате чего на выходе этого перемножителя получаетсяТакой сигнал, который пропорционален функции взаимной неидентичности АЧХ и ФЧХ (5). Этот сигнал усредняет третий элемент 19 усреднения. Сигнал, полученный на выходе этого элемента, пропорционален взаимной неидентичности АЧХ и ФЧХ (9). Выходные сигналы квадратора 16 и перемножителей 13 и 14 суммируются в сумматоре 11. При этом на выходе сумматора 11 получается сигнал, пропорциональный функции неидентичности АФЧХ (2). Последний сигнал усредняет четвертый элемент 20 усреднения. Выходной сигнал этого элемента пропорционален неидентичности АФЧХ (6) . Выходные сигналы БСХН, которые пропорциональны функциям неидентичности (2-5) и интегральным характеристикам неидентичности (6-9) , поступают в индикатор 4, где функции не1адентичности могут быть индицированы, например, на экране осциллографа, поэволяквдем не только их наблюдать, но в случае необходимости и измерить их в любой точке заданного диапазона частот, а интегральные характеристики неидентичности могут быть измерены, например, стрелочным прибором. В зависимости от типа и сложности индикатора 4 можн сяновременно измерить или наблюдать все четыре функции нвкце 1тичности или некоторую их часть, а также одновременно измерить все четыре интегральные характеристики неидентичности или некоторую их часть. Управляющий сигнал индикатор 4 пог лучает с четвертого выхода блока формирования исходных харайтеристик 2,

Устройство измеряет функции неидентичности и интегральные характеристики неидентичности с учетом компенсации разности задержек С сравниваемых четырехполюсников 5 и причем для такой компенсации не нужно включать последовательно с одним четырехполюсником компенсирующей линии задержки. Разность задержек в измеренный аргумент ф (Ы взаимной спектральной плотности вносит долю, равную (-ОМС) , которую и компенсирует ФЧХ и), синтезированная в блоке синтезирования линейной ФЧХ 12. Если при этом блок 12 синтезирования линейной ФЧХ вьщает сигнал пропорциональный задержке -Г. / и этот сигнал используется в качестве управляющего, подводимого к индикатору 4, то с помощью индикатора 4 можно получить зависимости интегральных характеристик (6), (8) и 9) от задержки. Когда задержка tr , входящая в 2), (4)-(6), (8) и (9), принимает такую величину, которая полностью компенсирует разность задержек сравниваемых четырехполюсников 5 и 6, то в этом случае значение неидентичности АФЧХ (6) принимает минимальную величину.

Если во время измерения значение неидентичнрсти АФЧХ (б) выходит за пределы интервала 0,1, т,е, становится больше единицы, то необходимо изменить фазу выходного сигнала ацного из сравниваемых четырехполюс НИКОВ на 180, Это можно сделать с помощью инвертора, введенного в состав блока формирования исходных характеристик.

Предлагаемое изобретение позволяет с высокой точностью сравнивать четырехполюсники, определить какие частотные характеристики сравниваемых четырехполюсников, т.е, АЧХ или ФЧХ, создают большую ненцентичность выполнить как детальное сравнение частотных характеристик так и их сравнение в целом и выполнить оптимальную настройку-измеряемого четырехполюсника,

Формула изобретения

52, Устройство по п, 1, отличающееся тем, что в синтезирования характеристик неидентичности первый вход через первый элемент извлечения квадратного корQ ня соединен с первым входом элемента вычитания, выход которого непосредственно соединен с первым вхо-дом второго перемножителя, а через квадратор - со входом первого элемента усреднения, первым входом второго сумматора и первым входом блока синтезирования характеристик неидентичности, второй вход которого соединен с первым входом первого перемножителя, выход которого сое0 динен со входом второго элемента усреднения, вторым входом второго сумматора и вторым выходом блока синтезирования характеристик неидентичности, второй вход которого § через второй элемент извлечения

квадратного корня соединен со вторым входом элемента вычитания и вторым входом второго пеЕ)емножителя, выход которого соединен со Q входом тр етьего элемента усредне.ния, третьим входом второго сумматора и третьим выходом блока синтезирования характеристик неидентичности, третий вход которого соее динен С первым входом первого сумма тора, выход которого, через функциональный преобразователь соединен с вхсддом первого перюмножителя и третьим входом второго перемножителя, четвертый вход блока синтезирования характеристик неидентичности через блок синтезирования линейной фазо-частотной характеристики соединен со вторым входом первого сумматора, выход второго-сумматора 5 соединен со входом четвертого

элемента усреднения и четвертым выходом блока синтезирования характеристик неидентичности,а выходы первого, второго, третьего и четвертого элементов усреднения соединены соответственно с пятым,шестым, и восьмым выходами блока синтезирования характеристик неидентичности. 1и{1)влодУ

Фиг. 2

Источники информации, принятые во- внимание при экспертизе

1,Авторское свидетельство СССР 444999, кл, G 01 R 27/28, 1974.

2,Авторское свидетельство СССР W 264539, кл. G 01 R 27/28, 1972 Выход .п I Л$(ш) . . дыходЖ А-ф{и.Г) ВбнгодТЩ (} (и.Г) Л(Т) б/ходЖ u(i,i,r) B6ixod M. S(T)