Способ измерения нелинейных искажений

Способ измерения нелинейных искажений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советсиик

Социалистичесиик

Реслублик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<11>789885 (61) Дополнительное к ввт. свид-ву (22) Заявлено 29. 01. 79 (21) 2718857/18-21 (51) М. Кл. с присоединением заявки 119 (23) Приоритет

С 01 R 23/20

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий

Опубликовано 231280 Бюллетень Мо 47

Дата опубликования описания 23,12.80 (53) УДК 621. . 317. 362 (088. 8) (72) Авторы изобретения

A. Г. Струнин, В. И. Губарь и К. Л. Серпилин

Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения коэффициента гармоник низкочастотных синусоидальных сигналов с высокой точностью. 5

Известен фильтровой способ измерения коэффициента гармоник синусоидального сигнала, включающий выделение первой гармоники сигнала, калибровку сигнала по требуемой амплитуде первой 1О гармоники, исключение ее из спектра сигнала и измерение действующего значения высших гармоник исследуемого сигнала P1).

Способ требует определения основной частоты для периода исследуемого сигнала для настройки полосовых фильтров и операцию узкополосной фильтрации,что невозможно выполнить с точностью до единиц процентов при времени 2Q измерения не более нескольких (2-10) периодов входного сигнала. Кроме того, медленная флуктуация частоты исследуемого сигнала, которая всегда имеет место, также вызывает значительную 25 погрешность измерения.

Наиболее близким к предлагаемому по своей сущности является способ измерения ортогональных составляющих сдвига фаэ между опорным напряжением 3Р и первой гармоникой сигнала, основан ный на использовании коэффициентов ряда Фурье и включающий биение отрезка времени, равного периоду сигнала, на и, 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 опорной функции на этом интервале j2$.

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 уэкополосных фильтров.

Поставленная цель достигается тем что согласно способу измерения нелинейных искажений синусоидального сигнала, основанному на использовании коэффициентов ряда Фурье и вклю789885 чающему разбиение отрезка времени, равного периоду исследуемого сигнала, на и временных интервалов и последовательное суммирование единичных кодов, значения которых соответствуют мгновенной величине входного сигнала с весовыми коэффициентами, соответствующими значению аппроксимирующей опорной функции на этом интервале, иэ исследуемого сигнала формируют 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 основной частоты, и опредЕляют средние значения единичных кодов на отрезке времени, кратному периоду сигнала, используя полученные линейно изменяющиеся напряжения в качестве аппроксимирующих опорных функций, а по величине корня квадратного иэ разницы между отношением среднего квадрата напряжения входного сигнала к сумме квадратов полученных средних.и единицей судят о нелинейных искажениях исследуемого сигнала.

Сущность способа измерения нелинейных искажений заключается в том, что период исследуемого сигнала разбивают на и временных интервалов.

В каждом таком временном интервале исследуемый процесс преобразуют в единичный код, который усредняется одноврем)энно в четырех каналах с различными весовыми коэфФициентами эа время, кратное периоду исследуе. мого сигнала, в частности в течение одного периода. Упомянутые весовые коэффициенты являются значениями пилообразных сигналов фиксированной амплитуды, сдвинутых по фазе относительно друг друга на четверть периода и сформированных иэ исследуемого сигнала путем усиления ограничения сигнала и интегрирования полученного прямоугольного напряжения, что практически всегда легко реализуемо.

Полученные средние возводят в квадрат и суммируют. Из отношения среднего квадрата исследуемого напряжения, которое определяется усреднением квадратов упомянутых еди. ничных кодов без весовых коэффициентов за время, кратное периоду сигнала, в частности за период, иэ полученной суммы вычитают единицу и по величине корня квадратного из полученной разности судят о нелинейных искажениях исследуемого сигнала.

При реализации предлагаемого способа исследуемый сигнал Ох преобразуют в единичный код практически по мгновенным значениям и опредеUz= ) U>U>»it= i U (K UcosI;»ot 4 „))» х К dt,=--2;Ц

"соЯ ь --t)»ot »»)» U" соь (2i-{)2 2 " 2t I (2i-<)2

Т

) л

4 то "4 "»с)с у ) "(ссссо)»о»с"4»))" ,)(() )

1 а„{)2 .) 2 1 l2i-1 (r2. {)2 ) которые возводят з квадрат и суммируют

" (1) (4) Ь) Я где U1, 0< О, U4 - средние значения пилообразных напряжений, 4 ) (2„ - {)4

ifj х ОД), !О С05 „..Icoeq2 (2„ {)2(2 -{P

0 "- 2 дь-{)4 И б5 i4j

50

d0 ляют среднее значение квадрата исследуемого сигнала

»

1 и 2 1 -э» и

U» (С О»СОО»»О»С»»»))» j(CU COS)ttctst»)) Cits) .U

0 где U амплитуда;

Iu> — частота;

Р— начальная фаза i-ой гармоники

t исследуемого сигнала.

Одновременно из исследуемого сигна,ла формируют напряжения пилообразной

1О формы О„, 02, U3 и Ug с амплитудой

Ор сдвинутые относительно друг друга на четверть периода основной частоты, спектры которых

tl;-))тя-.—,),соф1 t)o»t

1 и

Полученные пилообразные напряжения используют как весовые коэффициенты при усреднении единичных кодов, которые соответствуют мгновенным значениям исследуемого сигнала, и получают средние значения

Т

U,= (U„Ust= JU(1Uces(lent 4„))

J4t 2Р -)

Ut=-(U,U»tt=-(U(Z U,cosI t с,j) *

О о

789885

Способ измерения нелинейных искажений, основанный на использовании коэффициентов ряда Фурье и включающий разбиение отрезка времени, равного периоду исследуемого сигнала на п временных интервалов и последовательное суммирование единичных кодов, значения которых соответствуют мгновенной величине входнот"o сигнала с весовыми коэффициентами, соответствующими значению аппроксимирующей опорной функции на этом ин- тервале, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, из исследуемого сигнала формируют 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 основной частоты, и определяют средние значения единичных кодов на отрезке времени, кратном периоду сигнала, используя полученные линейно изменяющиеся напряжения в качестве аппроксимирующих опорных функций, а по величине корня квадратного из раз— ницы между отношением среднего квадрата напряжения входного сигнала к сумме квадратов полученных средних и единицей судят о нелиней,ных искажениях исследуемого сигнала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР М 464855, кл. G 01 R 23/20, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

9 331331, K . G 0l R 25/00, 1974 (прототип). таким образом

02 2 ц2 ф. Й--- .4- +

К ох 02щ () 625 1401 U>

+ =-o,oo5$5 0,2 /о, 1

Ъ Ь! 25 625 7 .1401 т. е. фактически величина А представляет собой средний квадрат напряжения первой гармоники исследуемого сигнала (при -" = 1, что всегда легко выполни- З5 мо) с погрешностью, не превышающей

О, 2 4, которая рез ко падает при уменьшении нелинейных искажении исследуемого сигнала.

Зная средние квадраты напряжения 40 всего сигнала и его первой гармоники, коэффициент гармоник Кг исследуемого сигнала 0„ определяют йо формуле ь

О„

Ru Zu т О

45 х г u2 цт .г

Ц

Способ измерения нелинейных искажений синусоидальных сигналов выгодно .5 отличается от известных тем, что отпадает необходимость измерения периода исследуемого сигнала,для реализации способа не требуются ускополосные фильтры, с высокой добротностью, время измерения резко уменьшается до одно- 55

ro-двух периодов сигнала,что особенно важно при исследовании низкочастотных сигналов, тем самым исключаются иэ результата измерения погрешности, вызываемые медленным (за 5-10 перио- щ дов) изменением фазы и частотр сигнаК = г

U Ь Р2 5, л

+ (2i-5)2 (4-1) 2 7, -21

u CQS4;.(ug . О <СОИ СОЬ

Ж 1)4,ф (Ь-5)2(25-5)2 сйД ," М

® )4 5 <

М

О2;чО и юР „.

Х (Ы-5)2 (Qj-1)2

=-" zz — — "-- М Р.

4 (2(-1 )4 2 „5-< (gÄ-()4

Рассмотрим величину A.

И2 Р U2 Щ)2 р » ц2 — 3ii+++

2 Р1 82 МО1 " 2 5 где — методическая погрешность способа, который имеет максимальное значение при крайнем случае нелинейных Щ искажений синусоидального сигнала напряжении прямоугольной формы. Спектр такого сигнала н 1

U g -caSiuA

ВНИИПИ Заказ 9032/44

Филиал ППП "Патент", г. ла, и, наконец, резко повышается .точность измерения коэффициента гар моник исследуемого сигнала, которая зависит лишь от методической погрешности дискретизации (т. е. от быстродействия цифровых схем) и в области низких частот (до 50 кГц) суммарная погрешность измерения может быть реализована на уровне 0,3-0,5% пои времени измерения 1-2 периода сигнала, в то время как погрешность при реализации известных способов достигает величины 5-15% при времени измерения 10-20 периодов, причем устройства не автоматические, тогда как устройства, реализующие предлагаемый способ беэ труда могут работать в автоматизированных комплексах, что резко повышает темпы научных исследований.

Формула изобретения

Тираж 1019 Подписное

Ужгород, ул. Проектная, 4