Измеритель нелинейных искажений Советский патент 1981 года по МПК G01R23/20 

Изобретение относится к радиоиэмерит.ельиой технике и может быть использовано при анализе электрических сигналов, а также в автоматамеених измеритепьных системах. Известно устройство для измерени нелинейных искажений гармонических сигналов, в котором коэффициент нели нейных искажений определяется как от ношение среднеквадратичёегкого значения напряжения высших гармоник Ug к ср«днеквадратическому значению нап ряжения полного сигнала U, V г.1бл-.оо% : , Г определяется выражением и.+и .-fooVo . (-) Относительная погрешность измере ния при уровне нелинейных искажений входного сигнала К 0,1% ( Uj. 0,001 и„ с оп|эеделяется как .00%-. Кг Тогда в соответствии с выргикением (1) имеем ,, Уо,о(, .д- ., -1 1 , 007о 1%. Полученный результат говорит о полной недостоверности измерениями псмоцью известного измерителя нелинейных искажений величин К менее 0,1% в подавляющем большинстве реальных сигналов. Измерение малых искажений с помощью анализаторов спектра или селективных вольтметров хаэактериэуется большой трудоемкостью и требует проведения вычислительных операций после окончания процесса измерения. Для исследования характеристик многих радиотехнических устройств требуется знать и частные коэффициенты гармоник Кг, , К , ... так как нелинейные искажения сигналов усилителей и генераторов определяются в основном 2-й гармоникой, а трактов магнитной .заяис и - воспроизведения 3-й. Устройство содержит опорные генераторы, фазовращатели, смесители, умножители частоты, фазовый детектор и перестраиваекый генератор 1., В этом устройстве измерение малых нелинейных искажений характериэуется йиэкой точностью, а при выfcOKOM уровне шумов низкой достовер ностью результата измерения. Поэтому для измерения весьма малых искажений порядка 0,008%, в единичных случаях применяют уникальные комплексы, содержащие большое количество сложных приборов в том числе анализатора спектра. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является измеритель нелинейных искажений, содержащий автоматический вхо ной блок, блок управления, режекторный усилитель и электронно-счетный частотомер, выход которого соединен с управляющим входом р«жекторного усилителя, соединенного со входом преобразователя переменного напряже члп в постоянный ток, последовательн соединенного с вольтметром,Напря ение, измеряемое вольтметром, равно коэффициенту нелинейных искажений. Результа измерения таким устройство нелинейных искажений, например, в Каналах передачи и записи - воспроиз ведения информёщии, динамический диа пазон которых равен 60 Дб и среднеквадратическое напряжение шумов составляет ,,U 0,1% и„ 2 . Однако известные измерители нелинейных искажений не позволяют опреде лить частотные коэффициенты нелинейных искажений. Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение функцио Нсшьных возможностей. Поставленная цель достигается тем что в измеритель нелинейных искажени содержащий автоматический входной блок, режекторный усилитель, электро но-счетный частотомер, блок управлен преобразователь переменного напряжения в постоянный ток и вольтметр, пр чем выход автоматического входного блока-соединен со входами электрон™ но-счетного частотомера и режекторно го усилителя, выход которого соедине с входом блока управления, выход электронно-счетного частотомера соединен с другим входом режекторного усилителя, выход преобразователя переменного напряжения в постоянный ток соединен с вольтметром, дополнительно введены блок коквлутащии, блок сравнения, переключатель, упранляемый генератор, пороговый блок и последовательно соединенный индикатор недостоверных показаний, причем выход электронно-счетного частотомера соединен с входом блока коммутации выход которого соединен с другим входом блока управления, выход кото рого через управляемый генератор сое динен с одним из входов блока сравнения и переключателя, выход которо соединен с входом преобразователя переменного напряжения в постоянный ток, выход которого соединен с одним из вхолов порогового блока, выход режекторного усилителя соединен с другим входом переключателя и бло,ка сравнения, выход которого соединен с третьим входом блока управления и другим входом порогового блока. Функционашьна схема измерителя нелинейных искажений представлена, на чертеже. Измеритель нелинейных искажений со;с|ержит входной блок 1, режекторный усилитель 2, электронно-счетный j;) частотомер 3, блок коммутации 4, блок сравнения 5, блок управления 6, переключатель 7, управляемый генера- ( тор 8, преобразователь.9 переменного напряжения в постоянный ток, пороговый блок 10, вольтметр 11, индикатор недостоверных показаний 12. Измеритель работает следующим образом. Исследуемый сигнал поступает через автоматический входной блок 1, где его уровень нормируется, т,е. напряжение на выходе блока 1 устанавливается постоянным, на режекторный усилитель 2и электронно-счетный частогомер 3, осуществляющий измерение частоты сигнала и формируювд1й числовой код первой fo и высших 2fo, 3fp, . . .К: гармоник. с помощью кода f осуществляется настройка режекторного усилителя 2 на частоту первой гармоники и, следовательно, исключение первой гармоники из входного сигнала. Сигнал с выхода режекторного усилителя 2, содержащий в себе информацию об уровне нелинейных искажений через перключатель 7 поступает на преобразователь 9 переменного напряжения в постоянный ток, обеспечивающий преоб-. разование его в постоянное напряжение, уровень которого пропорционгшен среднеквадратическому значению высших гармоник входного сигнала и, следовательно, уровню нелинейных искажений сигнала. Вольтметр 11 осуществляет индукцию полученного результата непосредственно в процентах. Параллельно, с выходом режекторного усилителя 2 сигнал высших гармоник поступает на один из входов блока сравнения 5, второй вход которого подключен к выходу управляемого гене:ратора 8. Блок управления 6 обеспе;Чивает получение управляющих сигналов, позволящих получить на выходе генератора 8 гармоническое колебание, совпадающее по частоте, фазе и амплитуде с одной из высших гармоник входного сигнала. Номер гармоники, на которую настраивается генератор 8, определяется кодом частоты подаваемой на блок управления 6 с выхода электронно-счетного частотомера 3 через блок коммутации 4. Точная настройка по фазе и амплитуде сигнала обеспечидвается за счет включения блока управления 6 и управляемого генератора 8 обратной связи с выхода блока сравнения 6 на ее вход. Таким образом уровень напряжения на выходе генератора 8 точно соответствует уровню напряжения одной из гармоник.

В том случае, если номер гармоники с наибольшим уровнем неизвестен, код частоты необходимой гармоники на вход блока управления не подбиот. При этом, с учетом того, что критерием У равления является минимальное напряжение сигнала на выходе сравнения 5, то управляемый генератор 8 настраивается на гармоническую составляющую с наибольшим уровнем вне зависимости от ее частоты. Следовательно, на выХоде блока сравнения 1 отсутствует не только первая гармоника, исключенная из сигнала с помощью блока режекторного усилителя 2, но и наибольшая гармони1 а, определяющая уровень нелинейного искажения сигнеша. При измерении малых и сверхмалых величин нелинейных искажений имеется возможность оценить уровень шумов в сигнале, как определяющего фактора достоверности результата измерения.

При измерении малых искажений, (Напряжение на выходе блока сравнения определяется ,в основном шумами входног сигнала.Следовательно,пороговый блок 110 осуществляет сравнение уровня шумов в тракте со значепием измеряемой величины. В том случае, если уровень шумов превышает некоторый уровень,определяемый измеряемой величиной и допустимой погрешностью измерения, .на выходе порогового блока 10 появляется сигнал, включающий индикатор недостоверных показаний 12. Таким образом исключается возможность получения недостоверных результатов измерения. Кроме того в данном устройстве имеется возможность измерения коэффициента гармоник с высокой точностью при уровнях шумов, близких и Даже равных уровню высйшх гармоник. Для этого на вход преобразователя 9 . с помощью переключателя 7 подают сигнал не с блока 2, ас генератора 8.

Как было показано ранее, это напряжение равно напряжению(гармоники с Нёшбольшим уровнем. При этом а выходном напряжении генератора 8 отсутствует шум и, следовательно, исключается определяемая шумом пограиность измерения. При включении управления генератором по частоте, т.е. при подаче кодов 2fQ,3f(j, ...Nfo на блок управления б, г.а вход преобразователя 9 подаются напряжения, равные со-, ответственно 2-ой, 3-ей, .. .Nf гармоникам, следовательно, результатом измерения являются частные коэффициенты гармоник KTQ , га, « « rftУстройство позволяет значительно увеличить производительность измерений (более чем в 10 раз) частных коэффициентов нелинейных искажений по сравнению с известными (применение анализаторов спектра или селективных вольтметров), и так же быстро определять номер гармоники, вызывающей наибольшие иск ения исследуемого сигнала, . В измерителе, также устранено воздействие шумов на измерительный тракт, что позволяет снизить ограничения на нижний предел измерения, наложенные шумами входног сигнала.

Формула изобретения

Измеритель нелинейных искажений, содержащий автоматический входной блок, режекторный усилитель, электронно-счетный частотомёр, блок управления, преобразователь переменного напряжения в постоянный ток и вольтметр, причем выход автоматического входного блока, соединен со входами электронно-счетного частотомера и режекторнбго усилителя, выход которого сйединец с входом блока управления, выход электронно-счетного частотомера соединен с другим входом режекторного усилителя, выход преобразователя переменного напряжения в постоянный ток соединен с вольтметром, о т л ичающи.йся тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены блок коммутации, блок сравнения, переключатель, управляемый генератор, пороговый блок и последовательно соединенный индикатор недостоверных показаний, причем выход электронно-счетного частотомера соединен с входом блока коммутации, выход которого соединен с другим входом блока управления, выход которого через управляемый генератор соединен с одним из входов Яблока сравнения и переключателя,выход которого соединен с входом преобразователя переменного напряжения в пос7. тоянный ток, выход которого соединен с одним из входов порогового блока, выход режекторного усилителя соединен с другим входом переключателя и-блока сравнения, выход которого соединен с третьим входом блока управления и другим входом порогового блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

584261, кл. G 01 R 23/20, 06.08.76.

2.Патент Японии № 49-7758, кл, 11ОНО, 22,02,74 (прототип).