Устройство для измерения уровнягармонических составляющих электри-ческих сигналов

Оп ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 240779 (21) 2801223/1 -21 с присоединением заявки Ио -(51)М. Кл.з С 01 й 19/00 Государствеииый комитет СССР по делаю изобретений и открытий(53) УДК 621.317. .725(088.8) Опубликовано 1%04,81.Бюллетень И 9 14 Дата опубликования описания 15,0431) УСТРОЧСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВН ГАРМОНИЧЕСКИХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ Известно устройство для анализа :спектра, содержащее тракт прямого ,преобразования частот спектральных 1 составляющих входного сигнала на промежуточную частоту с последующей фильтрацией, пиковый детектор, цифро-. вой арифметический узел, включающий в себя аналого-цифровой преобразова ц тель, запоминающий блок, арифметический блок, цифроаналоговый преобразователь, а также блок индикации.В этом устройстве за счет предварительной калибровки прибора и запи" си амплитудно-частотной характеристи" ки тракта, преобразования с последующей коррекцией результата измерения повышается точность измерения амплитуд спектральных составляющих 13. 3 Изобретение относится к радиоиз= мерительной технике, а именно к тех нике измерения и исследования формы и спектра электрических сигналов, и может быть использовано при создани измерителей нелинейных искажений, анализаторов спектра и других ана" логичных устройств, имеющих повьиаен ные метрологические характеристики измерения амплитуд спектральных составляющих. Однако временная и температурнаянестабильность коэффициентов преобразования блоков, температурная нестабильность амплитудно-частотной харак"теристики прибора требует проведениякалибровочных операций перед каждымответственным измерением. Необходимость использования калибровочныхгенераторов, метрологические характеристики которых определяют точностьпроведенных измерений, ограничиваетприменение этого устройства.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому является 5 устройство для измерения уровня гар"монических составляющих электрическихсигналов, содержащее первый коммутатор, делитель напряжения, гетеродин,индикатор, блок автоматики, последовательно соединенные первый широко;полосный усилитель, первый смеситель, первый усилитель промежуточной часто"ты и первый амплитудный детектор, атакже последовательно соединенныевторой широкополосный усилитель, второй смеситель, второй усилитель про.межуточной частоты, третий смесительи второй амплитудный детектор, входкоторого подключен через делитель иа аряжения к первому входу первогокоммутатора, выход которого соединенсо входом первого широкополосного усилителя, первый выход гетеродина под- .ключен ко вторым входам первого,второго и третьего смесителей, второй выход гетеродина соединен с пер.вым входом индикатора, второй входпервого коммутатора соединен со вхо,дом устройства. Кроме того, это устройство содержит пробник, генераторнизкой частоты и выходной измерительнапряжения 2 .К недостаткам этого устройстваотносятся низкая устойчивость схемыи малая точность измерений амплитуд.Это объясняется наличием петли регулирования и регулируемого элемента в15измерительном тракте системы.Исходя из условий устойчивости,для устранения пульсаций коэффициентаусиления тракта прямого преобразования вследствие действия на регулиру- .20емый элемент напряжения с частотойкоммутации Фильтр низких частот всинхронном детекторе необходимо выполнять с очень большой постояннойвремени, обуславливающей низкое быстродействие и значительно превышающейпериод коммутации. Время измеренияустройства зависит от постоянной времени Фильтра нижних частот и достигает значений нескольких секунд, чтоограничивает применение данных структур.Цель изобретения - повышение точности устройства,Укаэанная цель достигается тем,что в устройство для измерения уровня гармонических составляющих электрических сигналов, содержащее делитель напряжения, гетеродин, индикатор,блок автоматики, последовательно соединенные первый коммутатор, первый 40широкополосный усилитель, первыйсмеситель, первый усилитель промежуточной частоты и первый амплитудныйдетектор, а также последовательносоединенные второй широкополосный 45усилитель, второй смеситель, второйусилитель промежуточной частоты, третий смеситель и второй амплитудный. детектор, вход которого подключен через делитель напряжения к первомувходу первого коммутатора, первый выход гетеродина подключен ко вторымвходам первого, второго и третьегосмесителей, второй выход гетеродинасоединен с первым входом индикатора,второй вход первого коммутатора соединен со входом устройства, введенывторой коммутатор, первый и второйблоки определения амплитуд последовательно соединенные блок запоминанияамплитуд и блок умножения, блок деления амплитуд, выход блока умножения подключен ко второму входу индикатора, выход первого амплитудного1 детектора соединен через первый блокопределения амплитуд со входом блока 65 запоминания амплитуд и с первым входом блока деления амплитуд, выход которого подключен ко второму входу блока умножения, выход второго амплитудного детектора подключен через второй блок определения амплитуд ко второму входу блока деления амплитуд, вход устройства соединен с первым входом второго коммутатора, выход которого подключен ко входу второго широкополосного усилителя.На чертеже представлена блок-схема устройства. Схема устройства содержит первый коммутатор 1, первый широкополосный усилитель 2, первый смеситель 3, первый усилитель 4 промежуточной частоты, первый амплитудный детектор 5, второй коммутатор 6, 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 умножения, 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 ия спект.ральных составляющих исследуемого сигналап = Дс Щг ю где ы) - частота спектральной составсляющей исследуемого сигнала;Оо, 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 и поступает в вычислительный узел устройства.В первом блоке 13 определения амплитуд определяется значение ампли туды, выделенной спектральной составУстройство для измерения уровня гармонических составляющих электрических сигналов, содержащее делитель напряжения, гетеродин, индикатор, блок автоматики, последовательно со" единенные первый коммутатор, первый широкополосный усилитель, первый смеситель, первый. усилитель промежуточной частоты и первый амплитудный детектор, а также последователь" но соединенные второй широкополос" ный усилитель, второй смеситель, второй усилитель промежуточной час" таты, третий смеситель и второй амплитудный детектор, вход которого под" ключен 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 индикатора, второй вход первого коммутатора соединен со входом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства,в него введены второй коммутатор, первый и второй блоки определения амплитуд, последовательно соляющей, 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 коммутатор .6 поступает в тестовый канал прямого преоб 5 разования.Выделенный сигнал промежуточной частоты с выхода второго усилителя промежуточной частоты 9 поступает на вход третьего смесителя 10, в котором осуществляется обратное преобразование, Значение частоты а .на выходе третьего смесителя 10 совпадает с частотой исследуемой спектральной составляющей (так как ю = сто + 5 +г+ фг =фс)Полученный сигнал, значение амплитуды которого у, определяется вторым амплитудным детектором 12, через делитель 11 напряжения и первый ком О мутатор 1 поступает на вход измерительного тракта прямого преобразования. Значение амплитуды спектральнойгФ составляющей исследуемого сигнал у выделенной в первом усилителе 4 промежуточной частоты, преобразуется в постоянное напряжение первым амплитудным детектором 5 измерительного тракта прямого преобразования.Сигналы с выходов первого и второго амплитудных детекторов 5 и 12 поступают на выходы первого и второго блоков 13 и 17 определения амплитуд соответственно, с выходов которых поступают на первый и второй входы блока 16 деления амплитуд, на выходе которого Формируется корректирующий множительк -2ш уЗначение амплитуды гармонической 40 составляющей исследуемого сигнала, 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, равныйу =к . у = у -, (1) 50иНд М; Ч у ф используется для индикации.Блок 20 автоматики осуществляет синхронизацию и управление работой вычислительного узла устройства и первого и второго коммутаторов 1 и 6. 55 В случае использования режима авто" матического 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. б 5 Аналогичным образом вычисляются корректирующие множители для каждой иэ спектральных составляющих в блоке 16 деления амплитуд, во второй такт работы, которые используются для коррекции результата измерения в первый такт работы,Для современных серийно выпускае" мых измерителей гармонических состав" ляющих сигналов, а также анализато" ров спектра последовательного дейст" вия погрешность измерения амплитуд спектральных составляющих достигает 20-40 (2 дБ - "4 дБ),На основании анализа погрешности устройства выясняется, что результирующая погрешность измерения определяется лишь значениями мульти" пликативной составляющей погрешностей делителя 11 напряжения и второго амплитудного детектора 12.С учетом характерных значений по" грешностей для второго амплитудного детектора (2) и делителя напряжения (1-2) очевидно, что суммарная погрешность измерения амплитуд спект. ральных составляющих снижается до значений (1-2).Кроме того, получение высокой точности измерения амплитуд достигается эа два такта измерительного процесса, т.е. за один период коммутации, что значительно увеличивает быстродействие устройства по сравне" нию с известным, в котором время измерения намного превышает период коммутации. Формула изобретенияг822051 ставитель М. ПластининхредН.Бабинец Корректор Г. Назарова едакто едолуженко аказ 18 Тираж 732осударственнлам изобретеква, Ж, Р Подписноего комитета СССРий и открытийушскаянаб., д. 4/ ВНИИПИ по 13035 МПП "П Проектная, 4 ил т", г ород единенные блок запоминания амплитуди блок умножения, блок деленияамплитуд, 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 входомблока деления амплитуд, выход которого подключен ко второму входу блока умножения, выход второго амплитудного детектора подключен через второй,блок определения амплитуд ко второму входу блока деления амплитуд, входустройства соединен с первым входомвторого коммутатора, выход которогоподключен ко входу второго широкополосного усилителя. Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе 1. Патент Японии В 53-30020,кл. 11003, 1979. 2 Авторское свидетельство СССР В 259264, кл. 6 01 В 19/26, 07.06,68