SU972476A1 - Анализатор частотных характеристик линейных четырехполюсников - Google Patents

Description

Изобретение относится к системам автоматического контроля, управления и регулирования и предназначено для снятия частотных характеристик.

Известен цифровой анализатор частот— ⁵ ных характеристик линейных четырехполюсников, содержащий последовательно соединенные кварцевый генератор, делители частоты с переменным и постоянным коэффициентами деления, преобразователь код-аналог, согласующее устройство, схему выделения моментов перехода исследуемого сигнала через максимум, измеритель разности фаз, реверсивный счетчик с регистрируемым устройством, измеритель амплитуды с двухполупериодным выпрямителем, генератор линейно падающего напряжения, блок управления и логические элементы Q1 ]. ₂С

Недостатками этого прибора являются сложность аппаратурной реализации и невысокое быстродействие.

Наиболее близким техническим решением является прибор для снятия частотных характеристик линейных четырехполюсников, содержащий вольтметр, последовательно соединенные кварцевый генератор, делитель частоты, преобразователь код-аналог и блок управления, второй выход преобразователя код-аналог соединен с входом четырехполюсника, подключенного выходом к входу ключа и через дискретный выявитель максимума — к второму входу блока управления [2J.

Недостатком прибора является невысокая точность, ограниченная методическими погрешностями. К методическим, относятся погрешности, обусловленные слабой, практически нулевой помехозащищенностью, так как измерение производится по двум отсчетам мгновенных значений. В этом случае наличие даже небольших по уровню помех может привести к недопустимо большим погрешностям. Существенное влияние при таком принципе измерения могут оказать нелинейные искажения в выходном сигнале исследуемого четырехполюсника, неточности задания моментов измерения и динамические по*, грешности преобразователя аналог—код, которые ограничивают верхний диапазон по частоте.

Пель изобретения - повышение точности и расширение частотного диапазона.

Эта цель достигается тем, что анализатор, содержащий вольтметр, последовательно соединенные кварцевый генератор, делитель частоты, преобразователь код-аналог и блок управления, второй выход преобразователя код-аналог соединен с входом четырехполюсника, подключенного выходом к входу ключа и через дискретный выявитель максимума - к второму входу блока управления, дополнительно содержит детектор среднего значения и формирователь временных импульсов, вход которого соединен с выходом блока управления, а выход - с вторым входом ключа, выходом соединенного через детектор среднего значения с вхо единенные детектор 9 среднего значения и вольтметр 10.

Принцип действия анализатора состоит в следующем.

Синусоидальное напряжение 0(1) (фиг. 2а) с выхода преобразователя 3 код—аналог подается на исследуемый четырехполюсник 4, а выходное напряжение U_Bblx( Έ) последнего - на вхоДы электрон 10 ного ключа 5 и дискретного выявителя 6 максимумов. Пусть напряжения U (t) и Овь)у(1) описываются выражениями'

С управляющих выходов преобразователя 3 код-аналог на входы блока 7 уп20 равления поступают сигналы, соответствующие моментам перехода напряжения U (1 ) через один из нулей, например из отрицательной области в положительную, и один из максимумов, например поло25 жительный. Дискретный выявитель 6 макдом вольтметра.

I

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип -₃₀ действия анализатора.

На схеме показаны кварцевый генератор 1, управляемый делитель 2 частоты, преобразователь 3 код-аналог, исследуемый четырехполюсник 4, электронный ключ 5, дискретный выявитель 6 максимумов, блок 7 управления, формирователь 8 временных интервалов, детектор 9 сред, него значения и воль-тметр 10.

Кварцевый генератор 1 через управляемый делитель 2 частоты подключены к входу преобразователя 3 код-аналог. Эти узлы составляют генератор синусоидальных колебаний с перестраиваемой частотой. Сигнальный выход преобразователя 3 код-аналог соединен с входом исследуе- ⁴⁵ мого четырехполюсника 4, выход которого соединен с точкой, объединяющей сигнальные входы электронного ключа 5 и дискретного выявителя 6 максимумов. Два управляющих выхода преобразователя 3 ⁵⁰ код-аналог соединены с двумя входами блока 7 управления, третий вход которого подключен к выходу дискретного выявителя 6 максимумов. Выход блока 7 управления через формирователь 8 временных ⁵⁵ интервалов соединен с управляющим входом электронного ключа 5, к выходу которого подключены последовательно coсим умов определяет момент перехода напряжения Ugbix (1 ) через максимум, одноименный с максимумом напряжения Uвых (1) (в данном случае положительный) и в этот момент также формирует управляющий сигнал, поступающий в блок -7 управления. Блок 7 управления раздельно, в зависимое ти от измеряемой величины (вещественной или мнимой составляющих частотной характеристики), подает эти сигналы на формирователь 8 временных интервалов, формирующий сигнал определенной длительности которым открывается электронный ключ 5. Так, если измеряется вещественная составляющая частотной характеристики, формирователь 8 открывает ключ 5 каждый период на время между переходами напряжения (J (t) через нуль и напряжения 0 (t ) - через максимум. В результате на выходе ключа 5 образуется кусочно-гармонический сигнал (фиг. 26) (J | -t). Этот сигнал поступает на детектор 9 среднего значения, на выходе которого получаем постоянное напряжение, равное ^ВЫХА ^UBblXi Cb)d(wt)'-KU_fcblxn,C054>--KC, где К — коэффициент пропорциональности;

^C4bix£ 'CosM⁵ вещественная составляющая частотной характеристики.

Таким образом, постоянное напряжемте U выу 1 ¹¹⁰ выходе детектора 9 про

972476 6 коршионально вещественной составляющей кастотной характеристики. Это напряжение измеряется вольтметром Ю, аналоговым или цифровым.

При измерении реактивной составляю- 5 щей частотной характеристики формирователя 8 образуется управляющий сигнал длительность которого равна временному интервалу между переходами напряжений U (4>) wU_Bbty (1) через максимумы. Эле-10 ктронный ключ 5 на каждом периоде открывается на это время и на его образует ся кусочно-гармонический сигнал (4) (фиг. 2в). Этот сигнал через детектор 9 среднего значения поступает на вольт- 15 метр 10, показания которого пропорциональна величине ^и&ыхд.' ₂₀

г.е. мнимой составляющей В= частотной характеристики.

Положительный эффект, вносимый изобретением, заключается в повышении точности, которое обусловлено уменьшением влияния помех и нелинейных искажений, так как в данном анализаторе реализуется интегральный способ обработки сигналов в отличие от известного прибо— 30 ра, основанного на измерении двух мгновенных значений. В анализаторе исключается динамическая погрешность преобразования аналог-код и уменьшается влияние неточности задания моментов измерения 35 Исключение операции аналого-цифрового преобразования мгновенного значения переменного напряжения дает возможность расширить частотный диапазон работы прибора, так как измерения переносятся в область постоянных напряжений.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к системам автоматического контрол , управлени  и регулировани  и предназначено дл  сн ти частотных характеристик. Известен цифровой анализатор частот - ных характеристик линейных четырехполюсников , содержащий последовательно соединенные кварцевый генератор, делители частоты с переменным и посто нным коэффициентами делени , преобразователь код-аналог, согласующее устройство , схему выделени  моментов перехода исследуемого сигнала через максимум измеритель разности фаз, реверсивный счетчик с регистрируемым устройством, измеритель амплитуды с двухполупериодным выпр мителем, генератор линейно падающего напр жени , блок управлени  и логические элементы Ql . Недостатками этого прибора  вл ютс  сложность аппаратурной реализации и невысокое быстродействие. Наиболее близким техническим решением  вл етс  прибор дл  сн ти  частотных характеристик линейных четырехполюсников , содержащий вольтметр, последовательно соединенные кварцевый генератор , делитель частоты, преобразователь код-аналог и блок управлени , второй выход преобразовател  код-аналог соединен с входом четырехполюсника, подключенного выходом к входу ключа и через диокретный вы витель межсимума - к второму входу блока управлени  . Недостатком прибора  вл етс  нев1)1сока  точность, ограниченна  методическими погрещност ми. К методическим, относ тс  погрешности, обусловленные слабой , практически нулевой помехозащищенностью , так как измерение производитс  по двум отсчетам мгновенных значений. В этом случае наличие даже небольших по уровню помех может привести к недопустимо большим погреишост м. Существенное вли ние при таком принципе К1мсроии  могут оказать нелинейные ио (шжсии  в выходном сигнале исследуемого четырехполюсника, неточности задани  моментов измерени  и ди1шмические по грешности преобразовател  аналог-код, которые ограничивают верхний диапазон по частоте. Цель изобретени  noBbimetrae точности и расширение частотного диапазона Эта цель достигаетс  тем, что анализатор , содержащий вольтметр, последовательно соединенные кварцевый генератор , делитель частоты, преобразователь код-аналог и блок управлени , второй выход преобразовател  код-аналог соедийен с входом четырехполюсника, подключенного выходом к входу ключа и через дискретный вы витель максимума - к второму входу блока управлени , дополнительно содержит детектор среднего значени  и формирователь временных импульсов , вход которого соединен с выходом блока управлени , а выход - с вторым входом ключа, выходом соединенного через детектор среднего значени  с входом вольтметра. На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, по сн ющие принцип действи  анализатора. На схеме показаны кварцевый генератор 1, управл емый делитель 2 частоты, преобразователь 3 код-аналог, исследуемый четырехполюсник 4, электронный ключ 5, дискретный вы витель 6 максимумов , блок 7 улравлешг , формирователь 8 временных интервалов, детектор 9 сре него значени  и вольтметр 1О. Кварцевый генератор 1 через управл емый делитель 2 частоты подключены к входу преобразовател  3 код-аналог. Эти узлы составл ют генератор синусоидальных колебаний с перестраиваемой частотой . Сгпгнальный выход преобразовател  3 код-аналог соединен с входом исследуемого четырехполюсника 4, выход которог соединен с точкой, объедин ющей сигналь ные входы электронного ключа 5 и диокретного вы вител  6 максимумов. Два управл ющих выхода преобразовател  3 код-аналог соединены с двум  входами блока 7 управлени , третий вход которог подключен к выходу дискретного вы вител  6 максимумов. Выход блока 7 упра влени  через формирователь 8 временных интервалов соединен с управл ющим входом элек фонного ключа 5, к вь1ходу которого подключены последовательно содиненные детектор О среднего значени  вольтметр 10. Принцип действи  анализатора состоит следующем. Синусоидальное напр жение (j(t) (фиг. 2а) с выхода преобразовател  3 од-аналог подаетс  на исследуемый четырехполюсник 4, а выходное напр жение последнего - на вхоДы электрон ного ключа 5 и дискретного вы вител  6 аксимумов. Пусть напр жени  U(t) и UBb)y(fc) описываютс  выражени ми U(t)U™siHCA)-t Ua.,va)u sin (cut-tp). с управл ющих выходов преобразовател  3 код-аналог на входы блока 7 управлени  поступают сигналы, соответствующие моментам перехода напр жени  Q (-Ь ) через один из нулей, например из отрицательной области в положительную, и один из максимумов, например положительный . Дискретный вы витель б максимумов определ ет момент перехода напр жени  Ugbix (t ) через максимум, одно именный с максимумом напр жени Овыу (Ь) (в данном случае положительный) и в этот момент также формирует управл ющий СИРнал , поступающий в блок -7 управлени . Блок 7 управлени  раздельно, в зависимое ти от измер емой величины (вещественной или мнимой составл ющих частотной характеристкки ), подает эти сигналы на формирователь 8 временных интервалов, формирующий сигнал определенной длительности которым открываетс  электронный ключ 5. Так, если измер етс  веществен д составл юща  частотной характеристики , формирователь 8 открывает ключ 5 каждый период на врем  между переходами напр жентш U (t) через нуль и напр жени  Ugj,,y(fc) - через максимум. В результате на выходе ключа 5 образуетс  .кусочно-гаруюнический сигнал (фиг. 26) У аи,. (-fc ). Этот сигнал поступает на детектор 9 среднего значени , на выходе которого получаем посто нное напр жение , равное -TГ(2.P U,..,pKJu;b,)d(wt)- ,COStp--KC. ЬЫчт - - -где К - коэффициент пропорциональности; C4)(u..5. вещественна  составл юща  тотной характеристики. Таким образом, посто нное напр же G и йь1Х 1 f выходе детектора 9 про50 Ьорагаонально вещественной составл ющей частотной характеристики. Это напр жение измер етс  вольтметром 1О, аналоговым юга цифровым. При измерении реактивной составл ющей частотной характеристики формировател  8 образуетс  управл ющий сигнал длительность которого равна временному интервалу между переходами напр жений и (-Ь) wUu(,,y (i) через максимумы. Эле ктронный ключ 5 на каждом периоде открываетс  на это врем , и на его образуе с  кусочно-гармонический сигналUgyу-(-t) (фиг. 2в). Этот сигнал через детектор 9 среднего значени  поступает на вольтметр 10, показани  которого пропорцио- нaльнь величине %ixa.--,u.,,c)atot;l E .bixni sivi4-KB, т.е. мнимой составл ющей В UauiY SiMY частотной характеристики. Положительный эффект, вносимый изо бретением , заключаетс  в повышении точности, которое обусловлено уменьшением вли ни  помех и нелинейных искажений , так как в данном анализаторе реализуетс  интегральный способ обработки сигналов в отличие от известного прибора , основанного на измерении двух мгновенных значений. В анализаторе исключаетс  динамическа  погрешность преобразовани  анало1 -код и уменьшаетс  вли ние неточности задани  моментов измерени  Исключение операции аналого-цифрового 766 . преобразовани  мгновенного значени  переменного напр жени  дает возможность расширить частотный диапазон работы прибора, так как измерени  перенос тс  в область посто нных напр жений. Формула изобретени  Анализатор частотных характеристик линейных четырехполюсников, содержащий вольтметр, последовательно соединенные кварцевый генератор, делитель частоты, преобразователь код-аналог и блок упра лени , второй выход преобразовател  код . аналог соединен с входом четырехполюоника , подключенного выходом к входу ключа и через дискретный вы витель максимума - к второму входу блока управлени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и pacvширени  частотного диапазона, он содержит детектор среднего значени ми фор мирователь временных импульсов, вход которого соединен с выходом блока управлени , а выход - с вторым входом ключа, выходом соединенного через детектор среднего значени  с входом вольтметра . Источники информашга, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 221785, кл. Q 05 В 23/00, 1968.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 286018, кл. Q 05 В 23/02, 1971. (прототип).

   лг. /

   t/kV(

   0f/g,2