Способ измерения нелинейных искажений

Союз Советсиик Социалистичесиик РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 111,789885(51)М. К .з с присоединением заявки Мо(2 Э) Приоритет С 01 й 23/20 Государственный комитет СССР но делам изобретений н открытий(72) Авторы изобретения А, Г. Струнин, В. И, Губарь и К. Л, Серпилин Киевский ордена Ленина политехнический институтим. 50-летия Великой Октябрьской социалистическойреволюции(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначенодля измерения коэффициента гармоникнизкочастотных синусоидальных сигналов с высокой точностью, 5Известен фильтровой способ измерения коэффициента гармоник синусоидального сигнала, включающий выделениепервой гармоники сигнала, калибровкусигнала по требуемой амплитуде первой 10гармоники, исключение ее из спектрасигнала и измерение действуюшего значения высших гармоник исследуемогосигнала 13,Способ требует определения основной частоты для периода исследуемогосигнала для настройки полосовых фильтров и операцию узкополосной фильтрации,что невозможно выполнить с точностью до единиц процентов при времени 20измерения не более нескольких (2-10)периодов входного сигнала. Кроме того,медленная Флуктуация частоты исследуемого сигнала, которая всегда имеетместо, также вызывает значительную 25погрешность измерения.Наиболее близким к предлагаемомупо своей сущности является способ измерения ортогональных составляющихсдвига фаэ между опорным напряжением 30 и первой гармоникой сигнала, основан ный на использовании коэффициентов ряда Фурье и включающий биение отрезка времени, равного периоду сигнала, на о, например 12, временных интервалов и последовательное суммирование на каждом из интервалов единичных кодов, значения которых соответствуют мгновенной величине вход ного сигнала с весовыми коэффициента ми, соответствующими значению прямоугольной аппроксимирующей опооной Функции на этом интервале 121,Этот способ позволяет определять ортогональные составляющие сдвига фаз между опорным и исследуемым иеис каженным сигналом без изменения узко полосного фильтра, однако по такому способу невозможно измерить нелинейные искажения исследуемого искаженнс го синусоидального сигнала.Цель изобретения - повышение точности измерения нелинейных искажений путем исключения погрешностей уэко- полосных фильтров.Поставленная цель достигается тем что согласно способу измерения нелинейных искажений синусоидального сигнала, основанному на использовании коэффициентов ряда Фурье и вклюПри роба изуюто мгн ализации предласледуемый сигналединичный кодвенным значениям сп об сдео чающему разбиение отрезка времени,равного периоду исследуемого сигнала,на и временных интервалов и последовательное суммирование единичных кодов, значения которых соответствуют мгновенной величине входногосигнала с весовыми коэффициентами,соответствующими значению аппроксимирующей опорной функции на этоминтервале, иэ исследуемого сигналаформируют линейно возрастающие втечение первого полупериода основной частоты и линейно убывающие втечение второго полупериода основной частоты напряжения фиксированнойамплитуды, сдвинутые относительнодруг друга на четверть периода основной частоты, и опредЕляют средние значения единичных кодов на отрезке времени, кратному периодусигнала, используя полученные линейно изменяющиеся напряжения в качестве аппроксимирующих опорныхфункций, а по величине корня квадратного иэ разницы между отношениемсреднего квадрата напряжения входного сигнала к сумме квадратов полученных средних.и единицей судят онелинейных искажениях исследуемогосигнала.Сущность способа измерения нелинейных искажений заключается в том,что период исследуемого сигналаразбивают на и временных интервалов,В каждом таком временном интервалеисследуемый процесс преобразуют вединичный код, который усредняетсяодновременно в четырех каналах сразличными весовыми коэфФициентамиэа время, кратное периоду исследуемого сигнала, в частности в течение одного периода, Упомянутые весовые коэффициенты являются значениями пилообразных сигналов фиксированной амплитуды, сдвинутых пофазе относительно друг друга начетверть периода и сформированныхиэ исследуемого сигнала путем усиления ограничения сигнала и интегрирования полученного прямоугольногонапряжения, что практически всегдалегко реализуемо,Полученные средние возводят вквадрат и суммируют. Из отношениясреднего квадрата исследуемого напряжения, которое определяется усреднением квадратов упомянутых единичных кодов без весовых коэффициентов за время, кратное периодусигнала, в частности за период, иэполученной суммы вычитают единицуи по величине корня квадратного изполученной разности судят о нелинейных искажениях исследуемого сигнала(2(,-1)2 (Я -Ц 2ОЬ(ф ф 2 ь-Д)" ляют среднее значение квадрата исследуемого сигнала4 фф ф, 2 1 -эчлц. ЕХ ц соь(ме)-Т ц с 0 еьц) Й Ец(,Тгде О,амплитуда;3 (ц - частота;начальная фаза (-ой гармоникиисследуемого сигнала,Одновременно из исследуемого сигна,ла формируют напряжения пилообразной10 формы О 1, О 2, О и О с амплитудойОр сдвинутые относительно друг другана четверть периода основной частоты,спектры которых1ц =цтса - рооц 1( (иПолученные пилообразные напряженияиспользуют как весовые коэффициентыпри усреднении единичных кодов, которые соответствуют мгновенным значениям исследуемого сигнала, и получаютсредние значения1 т тц:-ццм:-цр,ыц(а ф305 ьМоо; О . ьюооьъоХЯсЦ (2-1)2- .-" т - - - :ооь4 (2;-6 ф 2 2;-1 (204Рассмотрим величину А,цЪ ц 2 Р Л цУА - ц 1 --ф+ - ь,1: " 1 121 625 4 О 1 " 2Чгде- методическая погрешность способа, который имеет максимальное значение при крайнем случае нелинейных 2 Оискажений синусоидального сигналанапряжении прямоугольной формы. Спектртакого сигналан 10,7, -соЬцоЪ,Способ измерения нелинейных искажений, основанный на использованиикоэффициентов ряда Фурье и включающий разбиение отрезка времени, равного периоду исследуемого сигналана п временных интервалов и последовательное суммирование единичныхкодов, значения которых соответствуют мгновенной величине входного сигнала с весовыми коэффициентами, соответствующими значению аппроксимирующей опорной функции на этом ин-тервале, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точности измерения, из исследуемого сигнала формируют линейно возрастающиев течение первого полупериода основной частоты и линейно убывающие втечение второго полупериода основнойчастоты напряжения фиксированнойамплитуды, сдвинутые относительнодруг друга на четверть периода основной частоты, и определяют средниезначения единичных кодов на отрезкевремени, кратном периоду сигнала,используя полученные линейно изменяющиеся напряжения в качестве аппроксимирующих опорных функций, а повеличине корня квадратного из раз -ницы между отношением среднегоквадрата напряжения входного сигнал к сумме квадратов полученныхс дних и единицей судят о нелиней,н искажениях исследуемого сигнала.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 464855, кл. С 01 Я 23/20, 1975.2. Авторское свидетельство СССР9 331331, кл. 6 01 8 25/00, 1974+ " йо,оо 1 ь 5 60 Лф/о,Ъ 61 25 Ь 25 7 1401т.е. фактически величина А представляет собой средний квадрат напряжения первой гармоники исследуемого сигнала (при= 1, что всегда легко выполни мо) с погрешностью, не превышающей20,2 Ъ,которая резко падает при уменьшении нелинейных искажении исследуемого сигнала.Зная средние квадраты напряжения 4 О всего сигнала и его первой гармоники, коэффициент гармоник Кг исследуемого сигнала О определяют йо формулеЬ 4 ных искаов выгодно5что отния перио- реализакополосные стью, время до одноо особен- изкочастотключаются решности,перио- сигнаареых 10 от город, ул. Проектн О О . а 1 лРдЬ 1 Ь Х +(2.) 4 Способ измерения нелиней жений синусоидальных сигнал отличается от известных тем падает необходимость измере да исследуемого сигнала,для ции способа не требуются ус фильтры, с высокой добротно измерения резко уменьшается го-двух периодов сигнала,чт но важно при исследовании н ных сигналов, тем самым ис иэ результата измерения пог вызываемые медленным (за 5- дов) изменением фазы и част ВНИИПИ Заказ 9032/4 илиал ППП "Патент", г. ла, и, наконец, резко повышаетсяточность измерения коэффициента гармоник исследуемого сигнала, котораязависит лишь от методической погрешности дискретизации (т. е. от быстродействия цифровых схем) и в области низких частот (до 50 кГц) суммарная погрешность измерения можетбыть реализована на уровне 0,3-0,5пои времени измерения 1-2 периодасигнала, в то время как погрешностьпри реализации известных способовдостигает величины 5-15 при времени измерения 10-20 периодов, причемустройства не автоматические, тогда как устройства, реализующиепредлагаемый способ беэ труда могутработать в автоматизированных комплексах, что резко повышает темпынаучных исследований. Формула изобретения ираж 1019 Подписно