Анализатор спектра

О П И С А Н И Е 367390ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республиквпсимое от авт, свидетельстваявлено 29.111.1971 ( 1639963/18-1 М. Кл. б 3,1 присоединением заявкиКомитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССРПриорит Опубликовано 23.1.1973, Бюллетень8Дата опубликования описания 8 Х.1973 УДК 621.317,757(088.8) Авторизобретени Ю. С. Дмитриев уйбышевский политехнический институт им, В, В, Куйбышеаявител АЛИЗАТОР СПЕКТР Изобретение может быть применено вэлектро- и радиоизмерительной технике дляанализа спектра несинусоидальных периодических колебаний тока или напряжения, т, е.для определения амплитуд и фаз гармонических составляющих спектра.Известны амплитудные анализаторы спектра, в которых используется принцип качаниячастоты опорного напряжения и измеряетсяпроекция измеряемого сигнала, представляющего собой некоторую сумму векторов, на ось,совпадающую с вектором опорного напряжения.Однако при помощи таких анализаторовспектра невозможно измерять фазовые сдвиги 15гармонических составляющих спектра. Крометого, эти устройства не позволяют проводитьизмерения с погрешностью, меньшей 10%, такв них в качестве выходных приборов применены электроннолучевые трубки, 20Цель изобретения - повышение точностиопределения амплитуд и фаз пяти гармонических составляющих спектра несинусоидального электрического колебания,Это достигается с помощью десятиканального вектормерного устройства, выходы которого соединены с входами матричного преобразователя, осуществляющего решение системыдесяти линейных уравнений с постояннымикоэффициентами. 30 На чертеже показана блок-схема предлагаемого анализатора спектра.Источник 1 опорного напряжения соединен с входами выпрямительного устройства 2 и усилителей-ограничителей 3 - 8, выполненных по балансной схеме. Другие входы усилителей связаны с соответствующими выходами выпрямительного устройства. Между выходамп усилителей включены пять первичных обмоток пяти стандартных импульсных трансформаторов 9 - 13. Выходные обмотки импульсных трансформаторов имеют заземленную среднюю точку, а каждый крайний вывод каждоп из пяти выходных обмоток соединен с пере- счетным входом одного из десяти симметричных триггеров 14 - 23. Один из выходов каждого триггера соединен с управляющим входом одного из десяти ключей 24 - 33, а рабочие входы всех десяти ключей - с источником 34 измеряемого напряжения. Выходы всех ключей присоединены к соответствующим входам матричного устройства 35, осуществляющего решение системы пз десяти линейных уравнений с гостоянными коэффициентами, Пять синфазных выходов матричного устройства подключены к соответствующим неподвижным контактам переключателя 36, а пять квадратурных выходов - к контактам другого переключателя 37. Подвижный контакт каждого из двух переключателей соединяется с входомодного из двух измерительных механизмов 53, 39.1 ринцип действия предлагаемого анализатора спектра следующий,Анализатор снабжен десятью широкодиапазоппыми импульсными фазосдвигающими устройствами (ИФСУ), работой которых управляет опорное напряжение (в качестве источника опорного напряжения использован обычный звуковой генератор). Опорное напряжение задает частоту основной гармоники измеряемого спектра и от него отсчитываются фазовые сдвиги всех измеряемых гармонических составляющих спектра. На выходах импульсных фазосдвигающих устройств имеются десять различных импульсных напряжений, управляющих работой десяти ключей, поэтому прн подаче на входы всех десяти ключей измеряемого напряжения на выходах этих ключеи появляются различные напряжения, зависящие от измеряемого и управляющего напряжений, Ьлияние управляющих напряжений на постоянные составляющие выходных напряжений ключей может быть учтено заранее (управляющие напряжения пе зависят от измеряемого напряжения). Вследствие этого, применяя матричный преобразователь, собранньш на постоянных резисторах, проводимости которых определяются заранее, можно преобразовать выходные напряжения ключей таким ооразом, чтобы токи па выходах матричного преобразователя были пропорциональны ортогональным проекциям пяти гармонических составляющих спектра измеряемого несинусоидального напряжения.Работа импульсных фазосдвигающих устройств основана на сравнении переменного синусоидального напряжения с постоянным. Переменное синусоидальное напряжение подается на один вход балансного усилителя, на другой его вход поступает постоянное напряжение. На выходе усилителя оказывается импульсное напряжение. Длительность импульса зависит от отношения постоянного напряжения к амплитуде переменного. Эта зависимость описывается выражением пгЯ2 агссозпг Для управ,1 ени 5 С 5 ПхрОнныи детекторами (в данном случае ключами) необходимо иметь для каждой измеряемой составляющей спектра песинусоидального исследуемого напряжения или тока дваимпульсных напряжения, импульсы которых смещены один относительно другого на четверть периода данной гармоники, Для получения пяти пар импульсных напряжений со сдвигами, соответствующими четверти периода первой, второй, третьей, четвертой и пятой гармоник достаточно использовать шесть усилителей-ограничителей. На все шесть усилителей подаются одно и то же переменное синусоидальное напряжение и различные постоянные напряжения, причем на один из этих усилителей (на усилитель-огра 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 ничитель 5) поступает нулевое постоянное напряжение,Благодаря заземлению средних точек выходных обмоток всех пяти импульсных трансформаторов, на крайних выводах этих обмоток образуются взаимно инвертированные импульсные напряжения. 11 ри подключении крайних выводов вторичных обмоток импульсных трансформаторов к пересчетным входам симметричных триггеров, которые срабатывают от положительных перепадов напряжения, на выходах каждой пары триггеров, подсоединенных к одному трансформатору, появляются импульсные напряжения, сдвинутые одно относительно другого на определенный интервал времени. У первой пары триггеров (14, 1) этот интервал равен четверти периода первой гармоники, у второй нары (1 д, 20) - четверти 1, рнода второй гармоники, у третьей пары (1 о, 21) - четверти периода третьей гармоники т. д.Если с помощью выходных напряжений триггеров управлять ключами, на входы которых подается измеряемое несинусоидальное напряжение, то, преобразуя постоянные составляющие выходных напряжений ключей в матричном устройстве, собранном на постоянных резисторах, можно получить токи, пропорциональные ортогональным составляющим пяти гармоник измеряемого напряжения.Рассмотрим измеряемое напряжение на входах ключей как сумму гармонических составляющих, каждую гармонику - как сумму синусной и косинусной составляющих, причем ограничимся только пятью гармониками, Таким образом, входное напряжение можно редставить как сумму из десяти гармонических колеоаний (пять синусоид и пять косинусоп.1, постоянные составляющие на выходах к,по 1 е 1 зависят от амплитуд всех десяти слагаемых входного сигнала, причем коэффициент влияния амплитуды каждой слагаемой входного напряжения на постоянную составляющую выходного напряжения данного ключа является независимым от величины амплитуды этой составляющей входного сигнала. :5 казанные коэффициенты влияния зависят только от управляющих напряжений ключей и поэтому неизменны при любых измеряемых напряжениях,Записывая уравнения для постоянных составляющих выходных напряжений всех десяти ключей, получим систему из десяти уравнений, которую можно записать в виде матрицы коэффициентов влияния, причем все эти коэффициен 1 ы явля 10 тся пОстОянными.Определив матрицу, обратную по отношению к полученной, узнаем с какими весовыми коэфриииептами нужно суммировать выходные напряжения ключей, чтобы постоянная составляющая суммарного сигнала была пропорциональна той или иной слагаемой измеряе;ого напряжения, Моделируя коэффициены обратной матрицы проводимостями, получим, что выходные токи матричного преобра 367390зователя пропорциональны ортогональным проекциям гармонических составляющих спектра измеряемого напряжения. Эти токи измеряются с помощью обычных магнитоэлектрических измерительных механизмов,Предмет изобретенияАнализатор спектра, содержащий опорный генератор и измерительную часть, состоящую из управляющего устройства и управляемых ключей, выходы которых через матричное устройство, переключатели соединены с измерительными механизмами, отлггчающийся тем, что, с целью повышения точности определения амплитуд и фаз пяти гармонических составляющих спектра несинусоидального электрического колебания, к генератору опорного напряжения подключены входы шести усилителей-ограничителей и выход выпрямительного блока управляющего устройства анализатора, а к каждому из шести выходов выпрямитель- ного блока подключен вход одного из усилителей-ограничителей, причем между выходами усилителей включены первичные обмотки пяти импульсных трансформаторов таким образом.что первичные обмотки четырех трансформа торов включены между выходом усилителя,один из входов которого соединен с общим выводом выпрямптельного устройства, и выходами четырех усилителей, входы которых соединены с теми четырьмя выводами выпрями тельного устройства, на которых создается положительное постоянное напряжение, а первичная обмотка пятого трансформатора включена между выходами тех усилителей, входы которых соединены с выводами выпрямитель ного устройства, имеющими равные по величине и разные по знаку постоянные напряжения, при этом каждый из десяти выводов пяти вторичных обмоток, средние точки которых заземлены, подключен к пересчетному входу од ного из десяти симметричных триггеров, а выход каждого триггера соединен с управляющим входом одного из десяти ключей.