Устройство для измерения нелинейных искажений

СОЮЗ СРЗЕТСНИХ ИИАЛИСТРИЕО-И СПУБЛИН 1)С 01 К 23 РЕТЕН ЗЛФЗФЫЙЮУМЕН%;, о еч т ко 198,женийи инст 70.00 ьто.НЕЛИзобрете- измеряеГОСУДАРСТВЕННЬЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Лвторское свидетельствоКф 1078351, кл. С 01 В. 23/20,Измеритель нелинейных искаС(Б"13. Техническое описаниеруция по эксплуатациДПИ 2Ьц) ьстгоистзо лпл илиегенинОнцх искдиеьий(57) Изобретение относится кизмерительной технике. Цельния - уменьшение минимальной мой величины коэФФициента гармоник,Устройство для измерения нелинейныхискажений содержит режекторный фильтр1, коммутатор , детектор 5, аналогоциФровой пребразователь 6 и генератор9, Введение перемножителя 2, избира"тельного Фильтра 3, Формирователя,периода 7 и блока 8 обработки и управления уменьшает минимальную измеряемую величину коэФФициента гармоник засчет практицески полного исключенияиз аддит,аной составляоцей погрешности, обусловленной шумами, и умень"шения составляющей, обусловленной собственньми нелинейными искажениямитракта измерения, 1 з,п, Ф-ль 1, ч илИзобретение относится к рариоиэмерительной аппаратуре, в частностИ к устройствам для измеренил малых нелинейных искаженийЦелью изобретения лвллется уменьшение минимальной измеряемой величины.На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - структурная схема блока обработки информации; на фиг, 3 и 4 - варианты реализации схемы совпадения и накапливающего сумматора соответст венно.Устройство для измерения нелинейных искажений содержит последовательно соединенные режекторный фильтр 1О перемножитель 2, вход которого соединен с входом устройства, избирательный фигьтр 3, коммутатор 4, детектор 5 и аналого-цифровой преобразователь АЦП) 6, а также Формирователь 7 периода, соединенный с блоком 8 обработки и управления, выход которого подключен к управляющему входу генератора 9, причем вход формирователя 7 периора подключен к входу устройства и второму входу комму атора 4, а30 его выход лоллетсл первым входом бло ка 8 обработки и управления, второй вход которого является выходом АЦП.6, а, второй и третий выходы подклюцены к управляющим входам режскторного фильтра 1 и коммутатора 4 соотеетстоенно.Блок 8 обработки и управления со, держит первый элемент И 10, первый вход которого является трстьим оходом блока обработки и управления, второй вход является первым входом блока обработки и управления, выход первого элемента И 10 соединен с входом предварительной установки счетчика 15 гармоник и счетным входом счетчика 11, выход которого соединен с оторым входом первого блока 12 деления, а первый вход является четвертым входом блока обработки и управления, выход первого блока 12 деления является первым выходом блока обработки и управления и первым входом первого умножитепя 13, а втсрой вхср первого умножителл 13 соединен с вьхолом счетчика 15 гармоник и входом схемы 16 Совпадения, выход к. горой соединен с первым входом второго элемента И 171и входом элемента НЕ 25, при этом выход первого умножителя 13 соединен с первым входом блока 14 вычитания, второй вход которого является пятым , входом блока обработки и управления, б выход - вторым выходом блока обработки и управления, второй вход которого соединен со счетным входом счетчика 15 гармоник, информационными входами первого 21 и второго 27 регистров,. первым входом третьего элемента И 26, Я-входом КЯ-триггера 30, а также вторым входом второго элемента И 7, выход которого соединен с ,вхором занесения первого регистра 21 и вхором первого однооибратора 18, выход которого соединен с входом занесения накаплиоающего сумматора 23 и входом второго одновибратора 19, выход которого .соединен с входом занесения блока 24 извлечения квадратного корня и входом третьего одновибратора 20, выход которого соединен с входом занесения третьего регистра 29, а выход последнего соединен с первым входом второго блока 28 деления, выход которого являетсл четвер"тым выходом блока обработки и управ"ленил в то с;емл,как третий выход его лоляетсл выходом РЯ-триггера 30, выход первого регистра 21 соединен с первым и вторым входом второго умножитсля 22, выход которого соединен с информационным входом накаплиоающе. го сумматора 23, а его выход соединен с информационным оходом блока 24 извлечения квадратного корня, выход которого соединен с информационным входом третьего регистра,29, выход элемента НЕ 25 соединен с вторьи входом трстьего элемента И 26, выход которого соединен с входом занесения второго регистра 27, а выход последнего соединен с вторым входом блока 28 деления, При этом третий вход блока 8 предназначен длл прИема тактовых импульсов с генератора тактовых импульсов, четвертый входрля приема численного значения (кода) цастоть тактовых импульсов, Этот код может быть установлен, например, с помощью переключателей, пятый вход блока 8 предназначен для приема числе-но о з.- ценил (.ора) частоты пропу скл нил ИЗО.рс.телы 3 О ильтра этот код может быть установлен аналогично кору на четг, ртом входе.(3 5 о ие Устройство работает следующим образом,1-й такт. ь третьего выхода блока8 управления и обработки на коммутатор 4 поступает сигнал, подключающий к входу детектора 5 сигнал,поступающий на вход устройства,Приэтом постоянное напряжение на выходедетектора 5 пропорционально входному 10Б напряжению устройства, Это напряЬХжение поступает в АЦП 6, выходнойкод которого подается на второй входблока 8,Одновременно входной сигнал поступает на формирователь 7 периода, длительность импульса выходного напряжения которого, подаваемого на первый вход блока 8, равна или пропорциональна периоду входного напряжения, 20В течение времени, необходимого дляустановления выходного напряжения детектора 5, и времени преобразованияАЦП 6 блок 8 производит определениечисленного значения периода входного25сигнала То, вычисление численногозначения частоты входного сигналас- вычисление неооходимой цас 1с,О Т ф-ототы настройки генератора 9 39 гд по ц(1)где и = 2,3,;Г - частота пропускания избираЧтельного фильтра. 35В конце первого такта производятся запись кода входного напряжения . У в памя.ь блока 8, подача кодов Г и 2 соответственно на режекторо ганый фильтр 1 и генератор 9, при этом 10 первый из них настраивается на подавление первой гармоники, а второй выдает сигнал с частоты Гг= 2 Г - йц.2-й такт. Режекторный Фильтр 1 подавляет первую гармонику входного сигнала, а его высшие гармоники пГ поступают на первый вход перемножителя 2, на второй вход которого поступаетсигнал с частотой 2 Го - Гц. Так какизбирательный Фильтр 3 пропускаеттолько сигнал с частотой Гч, то извсех спектральных составляющих навыходе перемножителя 2 к второму вхду коммутатора 4 поступает толькосигнал, пропорциональный уровню второй гармоники входного сигнала (таккак только для сигнала с частотой 21,выполняется условие В этом такте на управляющий вхсдкоммутатора 4 с блока 8 поступаетсигнал, подключающий к входу детектора 5 вход избирательного фильтра 3,поэтому сигнал с частотой Гц и урсанем, пропорциональным уровню 2-йгармоники входного сигнала, преобразуется детектором 5 в постоянное напряжение У , а АЦП 6 - в код, записываемый в память блока 8,Затем описанная операция повторяется при подаче с блока 8 на генератор 9 кодов частот Гг, Г 4Как видно из выражения (2), составляющие входного напряжения с частотами ЗГ 4 Г преобразуются впостоянное напряжение и код. Такимобразом, в конце такта в память блока 8 занесены численные значения, соответствующие 11, 11, 143-й такт Блок 8 производит вычисление искомой величины коэффициентагармоник входного сигнала К по формуле г 11),Блок 8 обработки и управления р;ботает следующим образом,На первый вход элемента И 10, являющийся третьим входом блока обработки и управления, поступает сигналтактовой частоты Гт. На второй входэлемента И 10, явллющийся первым входом блока обработки и управления,поступает сигнал с выхода Формирователя периода и открываетэлемент И 10на время, равное периоду входногосигнала устройства Т . За время Т,с выхода элемента И 10 на счетныйвход счетчика 11 поступает в импульсов тактовой частоты 1 т, численноезначение которых поступает с выходасчетчика 11 На второй вход блока 12деления. На второй вход последнегочерез четвертый вход блока обработкии управления поступает численное значение тактовой частоты Гт.Так как частота Го входного сигнала в щ раз меньше тактовой частотыГ , то в результате выполнения блотком 12 деления операции - на егсшвыходе Формируется численное значентГ , т,е. Г = - . Значение Г поступает на первый выход блока 8 обработки и управления и на первый вход умно-жителя 13.Передним фронтом сигнала, поступившего на второй элемент И 10, в счет чик 15 гармоник заносится предварительное значение, равное единице, т.е 10код 00000001. При поступлении этогокода срабатывает схема 16 совпаденияи через элемент НЕ 25 открывает элемент И 26. С выхода АЦП 6 через вто-рой вход блока 8 обработки и управлекия на информационные входы регистров 21 и 27 поступает численное значение сигнала У , на счетный входсчетчика 15 гармоник, второй входэлемента И 17, первый вход элемента 20И 26 и Б-вход КБ-триггера 30 поступает сигнал готовности данных АЦП 6,Этим сигналом данные АЦП 6 Щ) заносятся в регистр 27, счетчик 15 гармомоник наращивается до состояния00000010, схема 16 совпадения закрывает элемент И 26 и открывает элекент И 17, а РБ-триггер 30 переходитв еди ицное состояние, подключал через третий выход блока 8 обработкИи упраьления к выходу коммутатора4 его второй вход, На выходе умножителя 13 формируется численное значение 2 ГО, из которого с помощью блока14 вычитания вычитается поданное на 35его второй вход численное знацениечастоты пропускания избирательногоФильтра 3, т.е. выполняется операция Г = 2 Г - ГИ. Численное значение Гг через второй выход блока 8 40обработки и управления поступает науправляющий вход генератора 9.Затем на второй вход блока 8 обработки и управления от АЦП 6 поступает численное значение 0 , сигналготовности данных АЦП 6 поступает на.одновибратор 18, проходит через открытый элемент И 17 и заносит значе-ние 10 в регистр 21, с выхода которого оно поступает на первый и второйвходы умножителя 22, где возводитсяйв квадрат (13) .Одновибратор 10 через время,необходимое для выполнения операциисвозвер,"иия в ко,-,о:.,т, Формирует импульс, который поступает на вход одновибратора 19 и заносит значениев накапливающий сумматор 23. выхода последнего сумма (О + 1 Ф)й поступает на вход блока 24 извлечения квадратного корня и заносится в него выхолным сигналом одновибратора 19, Значение(0 + П ) выходным оигналом одновибратора 20 заносится в регистр 29, с выхода которого поступает. на первый вход (вход делимого) блока 28 деления, на второй вход которого (вход делителя) поступает с выхода регистра 27 значение У. Таким образом, с выхода блока 28 деления через четвертый выход блока 8 обработки и управления на выход устройствагО + Ухпоступает частное Затем с вы 1 ькхода АЦП 6 поступают значения 0, Ю, 11 1(, а блок 8 обработки и управления осуществляет описанные опе" рации и на своем выходе формирует значения со"ласно выражению (3).Таким образом, за счет практически полного исключения из аддитивной составляющей погрешности, обусловленнойшумами (полоса пропускания сужается до "10 Гц), и уменьшения составляющей, обусловленной собственными нелинейными искажениями тракта измерения, предлагаемое устройство позволя" ет в несколько раз уменьшить минимальную.измеряемую величину коэффициента гармоник, Кроме того, резко снижены требования к режекторному фильтру, так как от него требуетсл лишь предварительное уменьшение уровня первой гармоники л 30 дБ,формула изобретения1, Устройство для измерения нелинейных искажений, содержащее последовательно соединенные коммутатор, детектор и аналого-циФровой преобразователь, а также генератор и режекторный Фильтр, вход которого соединен с входом устройства и с первым входом коммутатора, о т л и ч а ю " щ е е с я тем, что, с целью уменьшения минимальной измеряемой величины, в него введены Формирователь периода, блок обработки и управления, избирательный фильтр и перемножитель, первый вхгд которого подключен к вы- . ходу реже., в ,орного и.1 ьтоя, втогт к выходу генр:- ра а в.хсд через избирательный фильтр - к второму входу коммутатора, причем вход Формирователя периода подключен к входу устройства, а его выход соединен с первым входом .блока обработки и управления, второй вход которого соединено выходом аналого-цифрового преобразователя, а первый, второй и третийвыходы подключены к управляющим входам режекторного фильтра, генератораи коммутатора соответственно, третий, 10четвертый и пятый входы блока обработки и управления соединены соответственно с третьим,четвертым и вторымвходами устройства, четвертый выходблока обработки и управления соединен с выходом устройства,2, Устройство .по и. ,1, о т л ич а ю щ е е с я тем, цто блок обработки и управления выполнен в Видепервого элемента Ц, первый вход которого соединен с третьим входом блокаобработки и управления, второй вход -с первым входом блока обработки иуправления а выход - с входом пред 925установки сцетчика гармоник и с первым входом блока обработки и управления, выход первого элемента И соединен со счетным входом счетчика, выход которого соединен с вторым входомпервого блока деления, а первый вход с четвертым входом блока обработкии управления, выход первогоблокаделения соединен с первым Выходом блока обработки и управления и первымвходом первого умножителя, а второй 35вход первого умножителя соединен свыходом счетчика гармоник и входомблока совпадения, выход которогосоединен с перВым ВхОдОм второго эле мента И и входом элемента НЕ, при 40этом выход первого умножителя соединен с первым входом блока вычитания,второй вход которого соединен с пятым входом блока обработки и упр, впения, а выход бпока Вычитания соединен с вторым Выходом блока обработкии управления, второй вход которогосоединен со счетным Входом счетчикагармоник, информационными входамипервого и второго регистров, первымвходом третьего элемента И, Я-входомВБ-триггера, а также Вторым входомвторого элемента И, выход которогосоединен с Входом занесения первогорегИстра и входом первого одновибратора, выход которого соединен свходом занесения накапливающего сумматора и входом второго одновибратора, выход которого соединен со сц"тным,входом блоказвпецения квадратного корня и входом третьего одновибратора, выход которого соединенс входом занесения третьего рсгистра, а выход третьего регистра - спервым входом блока деления выходкоторого соединен с четвертым выходом блокаобрабогки и управпенитретий выход которого соединен с выходом Рй-триггера, выход псовогорегистра соединен с перзым и ".,торымвходами второго умнсжителя, выходкоторого соединен с информагионнымвходом накапливающего сумматора, вы-.ход накапливающего сумматора - с информационным входом блока Рзвпеце"ния квадратного корня, выход которого соединен с информационным входомтретьего регистра, выход элемента НБсоединен с вторым входом третьегоэлемента И, выход которого соединенсо счетным входом второго регистра,а выход второго регистра - с вторымвходом блока деления,