Устройство для измерения амплитудно-частотных характеристик

1053018 55 блока сравнения, второй вход которб=го является входом фиксированного ко 1Устройство относится к технике измерений и может быть использовано для измерения амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) многорезонансных колебательных систем, гребенчатых 5 фильтров и.измерительных преобразователей частотных дисперсий диэлектрических и магнитных снойстн сред при их нераэрушающем контроле.Известно устройство для измерения )0 АЧХ четырехполюсникон, содержащее последовательно соединенные генератор модулирующего напряжения, генератор качающей частоты, измеряемый четырехполюсник, два линейныхдетектора, один из котоРых подключен к выходу генератора качающейся частоты, электронно-лучевой индикатор, нход горизонтального отклонения которого связан с. выходом генератора модулирующего напряжения, два управляемых делителя, два функциональных преобразователя и делительный блок 1 .Недостатками устройства являются невысокая точность воспроизведения кривой АЧХ, обусловленная нелинейностью закона качания частоты генератора и невозможность точного из- мерения резонансной частоты и полосы пропускания исследуемого.четырехполюсника. ,30Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство антоматического контроля АЧХ фильтров, содержащее синтезатор частот, регистратор,. два блока срав кения, блок памяти, выход которого соединен с входом первого блока .сравнения, два измерителя амплитуды, вход первого из которых соединен с одной из входных клемм устройства, блок управлениядва управляемых ключа, амплиТудный модулятор, генератор медленно меняющегося напряжения и пиковый детектор Г 2).Недостатками известного устройства. являются значительная трудоемкость и низкая точность контро;ля узкополосных и гребенчатых фильтров, обусловленные значительными временными затратами на измерение параметров примыкающих 50 один к другому экстремумов АЧХ четырехполюсников. Цель изобретения - сокращениевремени измерений параметров АЧХ. да, выход преобразователя кодов подключен к входу регистратора. 2Поставленная цель достигается тем, что в устройстно для измерения амплитудно-частотных характеристик, содержащее синтезатор частот, дна измерителя амплитуды, вход первого из которых соединен с одной иэ входных клемм устройства, а выход . - с первым входом перного переключателя, блок памяти, выход которого соединен с входом первого блока сравнения, второй блок сравнения, блок управления, второй переключатель и регистратор., введены делитель напряжения, третий переключатель, два аналого-цифровых преобразователя, два регистра, комбинационный сумматор, накапливающий сумматор, третий блок сравнения, преобразователь кодов, генератор импульоон и дели- тельный блок, при этом первый управляющий вход первого регистра и блока памяти, управляющий вход первого переключателя, первый и второй уп- . равляющие .входы второго регистра и ,накапливающего .сумматора подключены к выходной шине блока управления, соединенной через второй переключатель с вторым управляющим входом первого регистра и через третий переключатель - с управляющим входом комбинационного сумматора, вторые. входы второго и третьего переключателей являются входами напряжений логических уровней, выход первого блока сравнения соединен с вторым управляющим входом блока памяти и с нходной шиной блока управления, соединенной с первым управляющим входом преобразователя кодов и выходом второго блока сравнения, первый вход которого подключен к первому информационному входу преобразователя кодов, выходу накапливающего сумматора и управляющим входам синтезатора частот, первого и второго измерителей амплитуды, а второй вход второго блока сравнения является. входом Фиксированного кода, выход третьего блока сравнения соединен с вторым управляющим входом .преобразователя кодов, третьим управляющим входом блока памяти и входной шиной блока управления, синхронизирующий вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выход первого измерителя амплитуды через делитель напря- жениФ подключен к второму входу пер. -1053018 дом регистратора 35. вого переключателя, вход второгоизмерителя амплитуды соединен с выходом синтезатора частот и с второйвходной клеммой устройства, а выход.с входом первого аналого-цифровогопреобразователя, выходом соединенного с первым входом делительногоблока, второй вход котброго черезвторой аналого-цифровой преобразова-тель подключен к выходу первого.пе-.реключателя, а выход - к первому .: 10информационному. входу комбинацион- :ного сумматора, второму информационному входу преобразователя кодов ивходу первого регистра, выходом соединенного с .вторым информационным 5входом комбинационного сумматора,информационный вход накапливающегосумматора соединен с выходом второгорегистра и первым входом третьегоблока сравнения, второй вход которого является входом фиксированного .кода, выход преобразователя кодов ,подключен к входу регистратораНа Фиг.1 приведена блок-схема устройства 1 на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу устрой-,ства.Устройство содержйт синтезатор 1 .частот, выходом соединенный с входом исследуемого.четырехполюсннка 2, входные клеммы 3 и 4 устройства,ЗО первый измеритель 5 амплитуды, сос-, тоящий из линейного детектора б, уп. равляемого делителя 7 и функционального преобразователя 8, второй измеритель 9 амплитуды, состоящий из ли-:. 35нейного детектора 10, управляемого делителя 11 и функционального преобразователя 12, первый аналого-цифро, вой преобразователь 1.3, входом соединенныйс выходом второго измерите- ,И) .ля 9 амплитуды, делительный блок 1,4, .:. делитель 15 напряжения,. первый переключатель .16, второй аналогоцифровой преобразователь 17, вхо-. дом соединенный с выходом первого переключателя 16, а вЫходом - с в одним из входов делительногоблока 14, второй вход которого соединен с выходом первого аналого=. цифрового преобразователя 13, второй блок 18.сравнения, второй вход 19 которого является входом фиксирован- ного кода, второй переключатель 20, второй вход 21 которого является входом напряжения логических уровйей, первый регистр 22, входом соединен Я ный с выходом делительного блока 14, накапливающий сумматор 23, третий переключатель 24, второй вход 25 ко торого является входом напряжения логических уровней комбинационный 60 сумматор 26, первый информационный вход которого соединен с, выходом делительного блока 14, а второй информационный вход - с выходом перво-. го регистра 22, третий блок 27 срав- у а нения, второй вход 28 которого явля ется входом Фиксированного кода, второй регистр 29, вьход котррого соединен с информационным входом накапливающего сумматора 23 и первым входом третьего блока 27 сравнения,блок 30 памяти, входом соединенныйс выходом комбинационного сумматора 26, первый блок 31 сравнения, входкоторого подключен к выходу блока30 памяти, преобразователь 32 кодов,первый информационный вход которого соединен с выходом накапливающегосумматора 23,.управляющим входом синтезатора 1 частот, управляющимивходами первого и второго измерителей 5 и 9 амплитуды и первым входом второго блока 18 сравнения, второй информационный вход преобразователя 32 кодов соединен с выходом делительного блока 14, первый и второй управляющий входы преобРазователя 32 кодов соединены с входной шинойблока 33 управления, входом синхронизации, подключенного к выходу генератора 34 импульсов, выход преобразователя кодов соединен с вхоУстройство работает следующим образом.Синтезатор 1 частот выдает на исследуемый четырехполюсник 2 напря-, жение ьинусоидальной Формы с частотой, определяемой кодом частоты н с фиксированной амплитудой, Код частоты задается с помощъю накапливающего сумматора 23, Напряжение, пропорциональное амплитуде входного сигнала у объекта измерений, снимается с выхода измерителя 9 амплитуды и после преобразования в цифровой код посредством первого аналого-циФрового преобразователя 13,. подается на первый вход делительного блока 14. Напряжение, пропорциональное.амплитуде выходного сигнала М 2 объекта измерений, снимается с выхода второго измерителя 5 амплитуды и подается на первый вход перво.- го переключателя 16 и через делитель 15 напряжения - на второй вход этого же переключателя, В зависимости от положейия первогопереключателя 16 вторым аналого-циФровым преобразователем 17 в цифровой код преобразуется либо напряжение, пропорциональное амплитуде выходного сигнала 2 объекта Измерений,.либ 9 напряжение, равное 1/Ч от напряже-. ния УПри этом на выходе делительного блока 14 формируется цифровой код, соответствующий либо отношению О/0 либо отношению (1/ЧГ 2) (О/Ц 1), где 02 и О - соответственно коды, сфор 1мированные на выходах второго и первого аналого-циФровых преобразователей 17 и 13.1053018 0 Процесс измерения АЧХ объекта измерений заключается в пошаговом просмотре этой характеристики в диапазоне частот от Гмин до максЭтот просмотр устройство вйполняет с переменным шагом по частоте аЕ, причем величина шага определяется самой АЧХ. Если устройство настроено на обработку максимумов, то просмотр идет с постоянным шагом до тех 60 пор, пока устройством не будет выявлен интервал частот, в котором локализован максимум, а затем шаг начинает уменьшаться до тех пор, пока координата максимума на оси частот 65 б(Е)= )О-Д(Ед )-4 Щ),при этом,. мин( ) Амснксф) Значение величины А ( ):О/Очисленно равно значению АЧХ исследуемого объекта на частоте Е , Если частота Е пробегает ряд последовательныхзначений Е (Е,(Х( Е, и исследуемый объект 2 - линейная цепь,то на выходе делительного блока прследовательно фиксируются. значенияА ( 1) А (Е ),А (Х ), дающиедискретное представление АЧХ объектаизмерений,Так как АЧХ объекта измеренийопределяются вычислением отношенияамплитуды выходного напряжения объекта к амплитуде его входного напряжения, то нестабильность амплитуды колебаний, генерируемых синтезатором 1 частот, не влияет на точностьизмерений. Однако коэффициенты передачи линейных детекторов 10 и б обоих измерителей 9 и 5 амплитуды за-0висят от частоты, что ухудшает точность при измерениях в широком диапазоне частот, Для устранения этогоявления в состав обоих измерителей9 и 5 амплитуды, построенных по одинаковым схемам, включены управляемыеделители 11 и 7 и функциональныепреобразователи 12 и 8. В измерителе 9 амплитуды выходное напряжениелинейного детектора 10 умножаетсяс помощью управляемого делителя 11на коэффициент, величина которогоопределяется напряжением, поступающим на управляющий вход этого делителя с выхода функционального преобразователя 12, который представляете собой преобразователь типа код - напряжение, Каждой группе кодов частот,,поступающих на вход функциональногопреобразователя 12, соответствуютна его выходе управляющие напряжения,40которые изменяют коэффициент деленияуправляемого делителя 11. Закон соответствия подбирают при отладкеустройства таким образом, чтобы коэффициент передачи каскадного соединения линейного детектора 10 и управляемого делителя 11 был построенво всем рабочем диапазоне частот.Измеритель 5 амплитуды работает аналогично. 50 не будет зафиксирована с требуемойточностью, т.е, когда шаг д 1 станетне больше заданной величины, Послеэтого исходную величину шага восстанавливают и просмотр ведут спостоянным шагом до тех пор, покане встретится новый максимум и т.д.Процесс обработки минимумов АЧХидет аналогично. Указанная процеду. ра работы устройства позволяет также определять и значения полуширины,например резонансных пиков, т.е.полосы частот между координатоймаксимума и той частотой, на которой значение АЧХ уменьшается до 1/Г 2от максимального после прохождения через максимум (правая полуширина). Это делает устройствоприменимым для исследования резонансных систем, например гребенчатыхфильтров, АЧХ которых состоят измножества чередующихся локальныхэкстремумов,Точность определения координатэкстремумов и их значений зависитот разрядности обоих аналого-цифровьх преобразователей 9 и 5 и синтезатора 1 частотПоскольку на практике точность синтеза частот всегдавыше, чем точность аналого-цифровогопреобразователя напряжения, то погрешность определения экстремумаопределяют в основном измеренияминапряжений .и их аналого-цифровымпреобразованиемПределом точности для предлагаемого устройства считают интервалчастот сГЕ, при котором значения АЧХв точках Е и Е д"Ю преобразуютсяаналого-цифровыми преобразователями9 и 5 в одинаковые коды, Следовательно, погрешность измерений зависит от крутизны АЧХ объекта - чембна круче, тем выше точность определения координаты экстремума. Реальная погрешность с 1 устройствасоставляет величину порядка 10100 Гц.Поиск максимумов, минимумов изначений ширины полосы частот производят устройством по одному и томуже принципу, т.е. всегда ищут минимумы не исследуемой АЧХ А(Е), а другой функции В (Е), связанной с А(Е)Так, при обработке. минимумов,функция В(Е) равна б(Ц =) 0-А(Е-"(-А (Е=А (Е),при этом В (Е)"-Ями (ЮПри обработке максимумов функция В (Е) равна(которое равно 0 или,1/Л, от найденного максимального значения А (Е,( 1 - номер максимума АЧХ, еслИ ихсуществует несколько).Обнуление первого регистра 22производится по сигналу, поступающему на его первый управляющий входс выходной шины блока 33 управления,а запись числа, выданного делительным блоком 14, производится по сигналу, поступающему от блока ЗЗ уп-, 10равления . на второй управляющийвход этого регистра. Сигнал записиблокируется при настрбйке устройствана поиск минимумов при помощи второгопереключателя 20 путем подключения 5к второму управляющему входу регистра 22 напряжения логического уровня,поданного на второй вход 21 второгопереключателя 20,В зависимости от сигналов, поступающих на управляющий вход комбинационного сумматора 26 через третийпереключатель 24 сумматор выдает вблок 30 памяти либо разность чиселпостуйивших на его информационныевходы, либо .модуль этой разности.Таким образом, с помощью первого. регистра 22, переключателя 20, комбинационного сумматора 26 и третьегопереключателя 24 осуществляют вычисление всех функций В(Е) , Получение величины (1/У 2) А (6;) , необходимой прн нахождении ширины полосыпропускания, достигается посредствомиспользования делителя 15 напряжения.код шага частоты д 1 хранится во З 5втором регистре 29, содержимое которого может быть сдвинуто .на одинразряд вправо, что соответствует.уменьшению текущей величины шагаН в два раза, или может .быть установлено равным начальному значениюшага дф по сигналам блока 33 управления, поступающим на управляющиевходы этого регистра. Величина текущего шага контролируется третьимблоком 27 сравнения, который информи- .рует преобразователь 32 кодов иблок 33 управления об окончании об,работки экстремума в случае, есликод текущего шага, записанный вовтором регистре 29, станет меньшеили равен Фиксированному коду, подаваемому на второй вход 28 этогоблока сравнения,Накапливающий сумматор 23 в режиме поиска интервала локализации выполняет операцию прибавления своемусодержимому значения шага ЬЕф, т.е.выполняет пошаговое увеличение текущей частоты - пошаговый просмотрАЧХ, а в режиме уточнения выполняет 60операцию ., Е,фЕ, + - К либо К +1 -=1 - в Настрой накапливающеголКсумматора 23 на прибавление. к его 65 содержимому кода шага,. записанног"во втором регистре 29, или на вычитание этого содержимого производятсяблоком 33 управления, к выходной шине которого сумматор 23 подключенсвоим вторым управляющим входом.Синхронизацию суммирования (вычитания) производят также блоком 33 управления, который выдает тактовыеСигналы на первый управляющий вход.накапливающего сумматора 23.Содержимое накапливающего сумматора 23 определяет частоту сигнала,генерируемого синтезатором 1 частот,и постоянно сравнивается вторым блоком 18 сравнения с Фиксированнымкодом верхней граничной частоты исследуемого диапазона Гс, задаваемым на втором входе 19 этого блокасравнения. Когда код текущей частотыпревышает или равен коду Г,дс, второй блок 18. сравнения выдает сигнал, информирующий преобразователь32 кодов и блок 33 управления о завершении процесса измерения АЧХобаекта,Блок управления, а следовательно,все устройства.тактируется импульсами, поступающими на синхронизирующийвход блока 33 .управления с выходагенератора 34 импульсов. В течениекаждого такта работы блок 33 управления анализирует информацию, поступающую на его входную шину с выходапервого, второго и третьего блоковсравнения и выдает через входнуюшину сигналы управления, настраивающие на определенные режимы работыпервой и второй регистры 22 и 29,блок 30 памяти, комбинационный сумматор 26 и накапливающий сумматор23. За один просмотр диапазона частотот Р, до смаке.определяют либовсе максимумы А м,(Е;), частоты Е,или соответствующие им значенияполуширины полосы д, либо всеминимумы А(Е;) и частоты ; , имсоответствующие В первом случаецикл обработки каждого экстремумасостоитиз четырех частей: поискаинтервала локализации 1-го максимума А(У) (или, что то же, минимума В(В) =0-А (Ц, уточнения координа-ты этого, максимума, поиска интервала локализации минимума ФункцииВИ)=Г(1 И)4 (Х 1) -4(Н) уточнЕниякоординаты Е;+ ЮГ;, где Ь, - полуширина полосы . )-го максимумаПоскольку в процессе просмотра АЧХ вид Функции В(Е) изменяется, то требуется перестройка режимов работы первого регистра 22 и комбинационного сумматора 26, реализующих вычисления функций В (1), Это достигается тем, что второй управляющий вход первого регистра 22 и управляющий вход комбинационного сумматора26 соединяют через переключатели да делительного блока 14 не произво и 24 с блоком 33 управления. За- .дится, Содержимое этого регистра, пись значения (137 ) А (Е ) в первый в случае поиска минимумов, АЧХ, пос 1регистр 22.осуществляется подачей , тоянно равно нулю. Аналогично комбисигнала записи, выдаваемого блоком национный сумматор 26 обеспечивает 33 управления и поступающего на5 с помощью .третьего переключателя второй управляющий вход первого ре выдачу только модуля разности гистра 22. Одновременно первый пе-0 - А (Е).реключатель 16 блоком 33 управления Преобразователь 32 кодов принипереводится в положение, при котором .мает и перерабатывает данные, посту- выход изме)воителя 5 амплитуды соеди:-. 10 пающие на его первый и второй инняется через делитель 15 с входом . . Формационные входы, в Форму, пригодвторого аналого-цифрового преобразо- ную для вывода на регистратор 35. вателя 17, что приводит к появлейию Код текущей частоты передается на информационном входе первого ре.-на второй инФормационный вход пре:гистра 22 кода. величины (11 Т ) А(Е;) )5 образователя 32 кодов с выхода на 1,.Укаэанные операции производят:в капливающего сумматора 23, а эначеслучае, если значения Е, и А (.Е;) . : ние АЧХ на этой частоте поступает на найдены, т.е когда третий блок 27:,. первый его информационный вход с высравнения обнаружит окончание нро- . хода,делительного блока 14. цесса уточнения. Регистр 22 обнуля-2 В зависимости от целей и задач :.етсясразу же после окончания про- " измерений на регистратор .35 можно цесса уточнения координаты Е: +дЕ. выводить все точки АЧХ либо толькоЛпосле чего начинают цикл обработки:. экстремальные .ее значения и частоты, .:следующего максимума АЧХ, если та-. .им соответствующие. В последнем слуковой локализован при последующем : .25. чае вывод значений осуществляют просмотре. Во втором случае, когда , преобразователем 32 кодов только по ищут минимумы АЧХ А (ц , функция. . .сигналу с третьего блока 27 сравневсегда имеет вид . :,:. ния.Выигрьва во времени измерений АЧХ, так что управление первым регистромсодержащей один максимум, составляет, 22 и комбинационным. сумматором 26 . .1,8 раза, а повышение производитель- .не требуется, Поэтому на второй уп- . ности труда при измерении параметров равляющий вход первого регистра 22АЧХ многорезонансной системы более через второй переключатель 20 подает.- чем в пять раз превышает производисяс второго входа 21 напряжение З 5 тельность труда на измерителях часлогического уровня, но которому за . тотных характеристик аналогичного пись информации в регистр 22 с выхо-класса.