Устройство для измерения уровнягАРМОНичЕСКиХ СОСТАВляющиХ элЕКТРи-чЕСКиХ СигНАлОВ Советский патент 1981 года по МПК G01R19/00 

(54) УСТРОЙСТВО Для ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ГАРМОНИЧЕСКИХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к рещиоизмерительной технике, а именно к технике измерения и исследования формы и спектра электрических сигналов, и может быть использовано при создании измерителей нелинейных искажений, анализаторов спектра и других аналогичных устройств, имеющих повьшенныё метрологические характеристики измерения амплитуд спектральных составляющих.

Известно устройство для анализа .спектра, содержащее тракт прямого .преобразования частот спектргшьных составляющих входного сигнала на промежуточную Частоту с последующей фильтрацией, пиковый детектор, цифро вой арифметический узел, включающий в себя аналого-цифровой преобразователь, запоминающий блок, аркфметичес:кий блок, цифроаналоговый преобразователь, а также блок индикации.

В этом устройстве за счет предварительной калибровки прибора и запяси амплитудно-частотной характеристики тракта.преобразования с последующей коррекцией результата измерения повышается точность измерения амплитуд спектральных составляющих Tl.

Однако временная и температурная нестабильность коэффициентов преобразования блоков, температурная нестабильность амплитудно-частотной характеристики прибора требует проведения калибровочных операций перед каждым ответственным измерением. Необходимость использования калибровочных генераторов, метрологические характеристики которых определяют точность проведенных измерений, ограничивает применение этого устройства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является

5 устройство для измерения урювня гармонических составляющих электрических сигналов, содержащее первый коммутатор, делитель напряжения, гетеродин, индикатор, блок автоматики, последо0вательно соединенные первый широкополосный усилитель, первый смеситель, первый усилитель промежуточной частоты и первый амплитудный детектор, а также последовательно соединенные

5 второй широкополосный усилитель, iBTOрой смеситель, второй усилитель промежуточной частоты, третий смеситель и второй амплитудный детектор, вход которого подключен через делитель на0 шряженйя к первому входу первого коммутатора, выход которого соединен со входом первого широкополосного уси лителя, первый выход гетеродина под-: ключей ко вторым входам первого, второго и третьего смесителей, второй выход гетеродина соединен с пер.вым входом индикатора, второй вход первого коммутатора соединен со вхоjAOM устройства. Кроме того, это устройство содержит пробник, генератор низкой частоты и выходной измеритель напряжения f2j. К недостаткам этого устройства относятся низкая устойчивость- cxeNoj и малая точность измерений амплитуд. Это объясняется наличием петли регулирования и регулируемого элемента в измерительном тракте системы. Исходя из условий устойчивости, для устранения пульсаций коэффициент усиления тракта прямого преобразования вследствие действия на регулируемый элемент напряжения с частотой коммутации фильтр низких частот в синхронном детекторе необходимо выполнять с очень большой постоянной времени, обуславливающей низкое быст родействие и значительно превышающей период коммутации. Время измерения устройства зависит от постоянной вре мени фильтра нижних частот и достига ет значений нескольких секунд, что ограничивает применение данных струк тур. Цель изобретения - повышение точности устройства. Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения уровня гармонических составляющих электрических сигналов, содержащее делитель напряжения, гетеродин, индикато блок автоматики, последовательно соединенные первый коммутатор, первый широкополосный усилитель, первый смеситель, первый усилитель промежуточной частоты и первый амплитудный детектор, а также последовательно соединенные второй широкополосный усилитель, второй смеситель, второй усилитель промежуточной частоты, тре тий смеситель и второй амплитудный . детектор, вход которого подключен че рез делитель напряжения к первому входу первого коммутатора, первый вы ход гетеродина подключен ко вторым входам первого, второго и третьего смесителей, второй выход гетеродина соединен с первым входом индикатора второй вход первого коммутатора соединен со входом устройства, введены второй коммутатор, первый и второй блоки определения амплитуд последов . тельно соединенные блок запоминания амплитуд V) блок умножения, блок деления амплитуд, выход блока умножения подключен ко второму входу инди катора, выход первого амплитудного щетектора соединен через первый бло определения амплитуд со входом блок апоминания амплитуд и с первым вхоом блока деления амплитуд, выход оторого подключен ко второму входу лока умножения, выход второго амплиудного детектора подключен через торой блок определения амплитуд ко торому входу блока деления амплитуд, ход устройства соединен с первым ходом второго коммутатора, выход оторого подключен ко входу второго ирокополосного усилителя. На чертеже представлена блок-схема стройства. Схема устройства содержит первый коммутатор 1, первый широкополосный усилитель 2, первый смеситель 3, первый усилитель 4 промежуточной частоты, первый амплитудный детектор 5, второй коммутатор б, второй широкополосный усилитель 7, второй смеситель 8, второй усилитель 9 промежуточной частоты, третий смеситель 10, делитель 11 напряжения, второй амплитудный детектор 12, первый блок 13 определения амплитуд, блок 14 запоминания амплитуд, блок 15 умнох ения, блок 16 деления амплитуд, второй блок 17 определения амплитуд, индикатор 18, гетеродин 19 и блок 20 автоматики. Первый и второй блоки определения амплитуд, блок заполнения амплитуд, блок деления амплитуд и блок умножения составляет вычислительный узел устройства. Блок 20 автоматики соединен управляющими входами с вычислительным узлом устройства .и с первым и вторым коммутаторами. Устройство работает следующим образом. - Работа происходит в два такта. В первый такт работы устройства первый и второй коммутаторы 1 и 6 находятся в положении а. Исследуемый сигнал поступает в измерительный тракт прямого преобразования, в котором осуществляется гетеродинное преобразование на промежуточную частоту utJ спектральных составляющих исследуемого сигнала . tUn ( - t где tiUj,- частота спектральной составляющей исследуемого сигнала; частота настройки гетеродина 19. Значение амплитуды спектральной составляющей исследуемого сигнала у, выделенной в первом усилителе 4 промежуточной частоты, преобразуется в постоянное напряжение первым амплитудным детектором 5, измерительного тракта прямого преобразования н поступает в вычислительный узел устройства. В первом блоке 13 определения амплитуд определяется значение ампли туды, выделенной спектральной составляющей, и ее значение запоминается в блоке 14 запоминания амплитуд. Во второй такт работы устройства первый и второй коммутаторы 1 и 6 находятся в положении б. Исследуемый сигнал через коммутатдр .6 посту пает в тестовый канал прямого преоб разования. Выделенный сигнал промежуточной частоты с ВЕлхода второго усилителя промежуточной частоты 9 поступает на вход третьего смесителя 10, в ко тором осуществляется обратное преобразование. Значение частоты а.на выходе третьего смесителя 10 совпад ет с частотой исследуемой спектраль ной составляющей (так как аи Шс + + uDp ) . Полученный сигнал, значение ампл туды которого ylj, определяется втор амплитудным детектором 12, через делитель 11 напряжения и первый ком мутатор 1 поступает на вход измерительного тракта прямого преобразова ния. Значение амплитуды спектрально составляющей исследуемого сигнал выделенной в первом усилителе 4 про межуточной частоты, преобразуется в постоянное напряжение первым ампл тудным детектором 5 измерительного тракта прямого преобразования. Сигналы с выходов первого и второго С1МПЛИТУДНЫХ детекторов 5 и 12 поступают на выходы первого и второ го блоков 13 и 17 определения амплитуд соответственно, с выходов которы поступают на первый и второй входы блока 16 деления амплитуд, на выходе которого формируется корректирующий множитель Значение амплитуды гармонической составляющей исследуемого сигналй, измеренное в первый такт работы устройства и хранящееся в блоке 14 запоминания амплитуд, умножается в бло ке 15 умножения на корректирующий множитель, поступающий на первый вход блока 15 умножения. Скорректированный результат, равный S- V ( используется для индикации. Блок 20 автоматики осуществляет синхронизацию и управление работой вычислительного узла устройства и первого и второго коммутаторов 1 и 6 В случае использования режима автоматического сканирования работа устройства происходит аналогичным образом в два такта. В первый такт работы в измерительном канале прямого, преобразования первым амплитудным детектором 5 измеряются амплитуды спектральных составляющих и запоминаются в блоке 14 запоминания амплитуд. Аналогичным образом вычисляются корректирующие множители для каждой из спектральных составляющих в блоке 16 деления амплитуд, во второй такт работы, которые используются для коррекции результата измерения в первый такт работы. Для современных серийно выпускаемых измерителей гармонических составляющих сигналов, а также анализаторов спектра последовательного дейст(вия погрешность измерения амплитуд спектральнйх составляющих достигает 20%-40% (2 дБ дБ) . На основании анализа погрешности устройства выясняется, что результирующая погрешность измерения определяется лишь значениями мультипликативной составляющей погрешностей делителя 11 напряжения и второго амплитудного детектора 12. С учетом характерных значений погрешностей для второго амплитудного детектора (2%) и делителя напряжения (1-2%) очевидно, что суммарная погрешность измерения амплитуд спектральных составляющих снижается до значений (1-2%). Кроме того, получение высокой точности измерения амплитуд достигается за два такта измерительного процесса, т.е. за один период коммутации, что значительно увеличивает быстродействие устройства по сравнению с известным, в котором время измерения намного превышает период коммутации. Формула изобретения Устройство для измерения уровня гармонических составляющих электрических сигналов, содержащее делитель напряжения, гетеродин, индикатор, блок автоматики, последовательно соединенные пеьВый коммутатор, первый широкополосный усилитель, первый смеситель, первый усилитель промежуточной частоты и первый амплитудный детектор, а также последовательно соединённые второй широкополосный усилитель, второй смеситель, второй усилитель промежуточной частоты, третий смеситель и второй амплитудный детектор, вход которого подключен через делитель напряжения к первому входу первого коммутатора, первый выход гетеродина подключен ко вторым входам первого, второго и третьего смесителей, второй выход гетеродина соединен с первым входом ндикатора, второй вход первого комутатора соединен со входом устройтва, отличающееся тем, то, с целью повышения точности устойства, в него введены второй коммуатор, первый и второй блоки опредеения амплитуд, последовательно соединенные блок запоминания амплитуд и блок умножения, блок деления a вlлитyд, выход блока умножения подключен ко второму входу индикатора, выход первого амплитудного детектора соединен через первый блок определения амплитуд со входом блока запоминания амплитуд и с первым входом блоха деления амплитуд, выход котороге подключен ко второму входу блока умножения, выход второго амплитудного детектора подключен через второй

блок определения амплитуд ко второму

г

входу блока деления амплитуд, вход устройства соединен с первым входом второго коммутатора, выход которого подключен ко входу второго широкополосного усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

№ 259264, кл. G 01 R 19/26, 07.06.68 (прототип).

п