Способ измерения нелинейных искажений

Способ измерения нелинейных искажений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПСХ;ОБ ИЗМЕРЕНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ, основанный на использовании коэффициентов ряда Фурье, йри котором формируют из исследуемого сигнала линейно возрастающие в течение первого полупериода основной частоты и линейно убывающие в течение второго полупериода основной частоты напряжения фиксированной амплитуды, сдвинутые относительно друг друга на четверть периода частоты, а также определяют средний квадрат напряжения исследуемого сигнала I- отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, масштабируют суюлу квадратов разностей между средними квадратги и сумм исследуемого сигнала с первым и третьим, а также вторым и четвертым линейно изменяющимся напряжениями до равенства разности между средним квадратсмх исследуемого § сигнала и указанной суммой, а о коэф .фнциенте гарионнк исследуемого сигна-С/) ла судят по значению корня квадратного из масштабного коэффициента в мо:мент равенства.

СОЮЗ СООЕТСНИХ

Well

l%OlVSJlHH

O% (И>

3(Я) G 01 R 23 20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЬЬ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЬП )Ф

И ASTOPCHCNlV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3381591/18-21 (22) 20.01.82 (46) 30.05.83. Бюл. Ю 20 (72) О.И.Бобровицкий, А.Г.Струнин, В.И.Губарь и Ю .И.Tys (71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (53) 621.317.54 (088 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР в 464855 кл. 3 G 01 R 23/20, 1975.

2. Авторское свидетельстно СССР в 434330, кл. 3 G 01. В 23/20, 1974.

3, Авторское свидетельство СССР 9 789885, кл. 3 G 01 R 23/20, 1980 ,(прототип). (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ

ИСКАЖЕНИИ, основанный на исцольэовании коэффициентов ряда Фурье, йри котором формируют иэ исследуемого снгнала линейно воэрастаиюаие в течение первоГо полупериода основной частоты и линейно убывающие в течение второго полупериода основной частоты напряжения фиксированной амплитуды, сдвинутые относительно друг друга на четверть периода частоты, а также определяют средний квадрат напряжения исследуемого сигнала,- о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности иэмерения, масштабируют сумму квадратов раэностей между средними квадратами сумм исследуемого сигнала с первым и третьим, а также вторым и четвертью линейно иэменякифимся напряжениями до равенства раэности между средним квадратом исследуемого g сигнала и укаэанной суммой, а о коэффициенте гармоник исследуемого сигнала судят по эначению корня квадратно го иэ масштабного коэффициента в мо- С мент равенства.

1020779

Способ измерения нелинейных иска- жений синусоидального сигнала относится к электроизмерительиой технике и предназначен для. измерения коэффициента гармоник низкочастотных синусоидальных сигналов с высокой точ- 5 ностью.

Известен фильтровой способ измерения коэффициента гармоник синусоидального сигнала, включающий выделение первой гармоники сигнала, калибровку 10 сигнала по требуемой амплитуде первой гармоники, исключение ее из спектра сигнала и измерение действующего значения высших гармоник исследуемого сигнала (1). )5

Известный способ требует определения основной частоты или периода исследуемого с и гнала для нас тройк и поло совых фильтров и операцию узкополосной фильтрации, что невозможно выполнить с точностью в единицы процентов при времени измерения не более нескольких(2-10)периодов входного сигнала,что в .свою очередь резко увеличивает время измерения при исследовании 5 низкочастотных сигналов.

Кроме того, медленная флуктуация частоты исследуемого сигнала, которая всегда имеет место, также вызывает значительную погрешность измерения.

Известен компенсационно-фильтровой способ измерения нелинейных искажений синусоидальных сигналов, включающий определение частоты, амплитуды и фазы первой гармоники исследуемого сигнала, вычитание полученной пер-. З5 вой гармоники из исследуемого сигнала по мгновенным значениям и определение действукщего значения разностного напряжения (2).

Такой способ также требует преци- 40 зионного измерения периода сигнала и двухкоординатного уравновешивания на переменном токе по амплитуде и по фазе, что, кроме низкого быстродействия и относительно невысокой точнос« 45 ти, требует сложной аппаратурной реализации. Кроме того, погрешности от низкочастотной флуктуации исследуемого сигнала по частоте, фазе и амплитуце, что практически всегда имеет место, полностью войдут в результат измерения по известному способу.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения нелинейных искажений, основанный на использовании коэффициентов ряда Фурье и включакщий разбиение отрезка времени, равного периоду исследуемого сигнала на ряд временных интервалов и последовательное суммирование единичных кодов, значения которых соответству- 60 ют мгновенной величине входного сигнала с весовыми коэффициентами, соот. ветствующими значению аппроксимирующей опорной функции на этом интервале, иэ исследуемого сигнала формируют линейно воэрастакщие в течение первого полупериода основной частоты и линейно убывакщие в течение второго полупериода основной частоты напряжения фиксированной амплитуды, сдвинутые друг относительно друга на четверть периода основной частоты, и определяют средние значения единичных кодов на отрезке времени, кратном периоду сигнала, используя полученные линейно изменякициеся напряжения в качестве аппроксимирукицих опорных функций,. а по величине корня квадратного из разницы между отношением среднего квадрата входного сигнала к сумме квадратов полученных средних и единицей судят о коэффициенте гармоник исследуемого сигнала.

Такой способ позволяет исключить влияние погрешностей узкополосных фильтров на результат измерения.

Однако устройства, основанные на этом способе, имеют довольно узкий частотный диапазон. Кроме того, реализация такого способа предполагает применение сложной аппаратуры, а в результат измерения входят мультипликативные.погрешности всех устройств, необходимых для реализации известного способа (ЗХ.

Цель изобретения - повышение точности измерения налинейных искажений.

Поставленная цель достигается тем, что при измерении по способу, основанному на использовании коэффициентов ряда Фурье и включакщему формирование из исследуемого сигнала линейНо возрастакицих в течение первого по лупериода основной частоты и линейно убывакицих в течение второго полупериода основной частоты напряжений фиксированной амплитуды, сдвинутых относительно друг друга на четверть периода основной частоты, а также определение среднего квадрата исследуемого напряжения, дополнительно масштабируют сумму квадратов разностей между средними квадратами сумм исследуе мого сигнала с первым и третьим, а также вторым и четвертым линейно изменякщимся напряжениями до равенства разности между средним квадратом исследуемого сигнала и указанной суммой, а о коэффициенте гармоник сигнала судят по значению корня квадратного иэ масштабного коэффициента в момент равенства.

Способ реализуется следукщим образом.

Из исследуемого сигнала формируют напряжение пилообразной формы: U

Л1

U, Уй к ил с амплитудой U и сдвинутые друг отйосительно друга на четBepTb .периода основной частоты, спект.ры которых л

< ) cps(2i-<) w<

= (2 ) 1020779

Cos (2i-1)et+ —

Jji 1

2 !

h и„=о)

2 i=1 и

0„=ОС

3 1=1 (2i- 1) 2 (2 i-1) 3i 1 гав ((2 1-1) ш+ i — Ti) 3 и

0„=0Е:.

02 о

402 ) Zi- 1 21- ) 1=1 (2; 1) 2 (21- 1) 02. з1п2

2i-1 Z i1

+ +

f 2i-1)

20 и 0 . 0 . siAY. SinY2. 1

+21 г — Zi-1 2)-1, 21-.1 23-1

i j=1 (2а-1) (Zj-1)

0

25 402 21- 1 Р

)=1 (21-1) где Бх — исследуемый сигнал)

Т - период ос нов ной частоты.

Далее устанавливают равенство

Т

+ и а+-((u-u )+(u -и P)= о, = с((и,-u,)2+(и,-и )1) где М вЂ” коэффициент пропорциональности,.измерением которого устанавливают равенство. Коэффициент гармоник ,K„ исследуемого сигнала Пх к,=Я. Для пояснения рассмотрим разности (О1 % (U2 %

Т Т

u1из ° ")(u„и ) ж — (u+u ) аа.

2 .1 о .Путем несложных преобразований и учитывая, что

К

uÄ= . о. (ч.), Х 1=1 j j) где U Y. — соответственно амплитуда .и фаза, j-ой гармоники сигнала U получим

Ужгород, ул. Проектная, 4

Указанные пилообразные напряжения используют .для получения четырех вспомогательн х напряжений 01 U2 t цъи 04

Т т

0 = — "1(U+U Фgg 0= 1 ((0+0 о т: r и1= т (и,+u„) а<; и„= —,". (и„.и. ),и, о о

U . cosY.

V„- = 0Е„

Э,.1 (2. „)К

)Аяалогйчно

0 -U =-2()) 51п<2. ,й- 02

2 4 ..; 1(2) 1)2

ВНИИПИ Заказ 3893 39

Филиал ППП "патент", r.

Подставим полученные результаты в выражение я 2 (0 -03) + +(>2-04) = 20СЗ 2 Е 11 (21 1)2 п 0 а

4 — 2i-1

+ 20 з1п Y

1=1 (2;1)Z

+21 с — 2i-1 2 1 2i-1 2.)-1

1Д=1 (2i 1) (2)1) где К вЂ” коэффициент пропорциональности.

То есть получен средний квадрат напряжения первой гармоники исследуемого сигнала с методической погрешностью не превышакщей 0,2% для напряжения прямоугольной формы и которая имеет мультипликативный характер и резко падает при уменьшении нелинейных искажений исследуемого сигнала.

Подставляя последний результат с учетом того, что) щ =1, т.е. K=1 в pa2= венство, описывакицее предлагаемый

40 способ т и ас-((и -u ) +(и -и ) )=

45 о

= а. ((и„- u, ) . (и - u, ) ), 1 получим

° 0 . ° 0

02 402) 21-1 (()2 2i-1

-1 (21-<14 )=.I (21-1)4 О

Тогда

) Х - )4 "Z

1 1 (2wu

tl 02

40 )1 21-1

1=1 (2i- 1)

Таким образом ,к =Ж, Тираж 710 По,пписное