Главная  Журналы 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 [ 149 ] 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166

11.6. ЦИФРОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛИ НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ, АМПЛИТУДНЫЕ МОДУЛОМЕТРЫ, АНАЛИЗАТОРЫ СПЕКТРА И ОСЦИЛЛОГРАФЫ

Ранее при измерении коэффициента нелинейных искажений, коэффициента амплитудной модуляции, координат составляющих спектра сигнала и многих других параметров сигналов с помощью аналоговых измерительных устройств необходимо было выполнять многочисленные ручные регулировки, переключения режимов и другие операции, что определяло низкую производительность труда оператора и низкую точность измерений.

В новых цифровых измерителях нелинейных искажений, амплитудных мо-дулометрах, анализаторах спектра, осциллографах и в других сложных цифровых измерительных устройствах все как основные, так и вспомогательные операции, а также и вычисления выполняются микропроцессорами, значительно повышена точность и снижено время измерения.

Рассмотрим основные особенности перечисленных цифровых измерительных устройств.

Цифровые измерители нелинейных искажений

Все элементы электро- и радиоустройств и приборов обладают характеристиками, имеющими какое-то отклонение от линейного закона, т. е. должны быть отнесены к классу нелинейных. Отклонение передаточной функции цепи от линейного закона вызывает нежелательные искажения формы сигнала. Поэтому вполне естественным является стремление оценить и уменьшить искажение формы сигнала.

Основным признаком, присущим нелинейным цепям, является обогащение спектра выходного сигнала новыми составляющими. Эти искажения называют нелинейными, а приборы для их измерения - измерителями нелинейных искажений (ИНИ) (табл. 44).

В современных серийно выпускаемых ИНИ используются одночастотные методы оценки нелинейных искажений по коэффициенту гармоник, основанные на выделении напряжения первой гармоники из исследуемого сигнала. Нелинейные искажения оцениваются по относительному содержанию высших гармоник в искаженном сигнале. Мерой оценки принят коэффициент гармоник Kj-i, который определяется как отношение эффективного значения напряжения высших гармоник (f/g j) к эффективному значению напряжения первой гармоники

т, т. е.

г1 = вг- »00/t/i =

Vul + ul + ul... и.

100.

(11.16)

Измерители нелинейных искажений, в. которых используется этот метод, характеризуются простотой конструкции, высокой точностью, широким динамическим и частотным диапазоном.

Таблица 44. Отечественные измерители нелинейных искажений

Тип прибора

Диапазон измерения, %

Диапазон частот, кГц

Быстродействие, с

Основная погрешность; %

Диапазон входных напряжений, В

t6-5 аналоговый с ручным управлением С6-7 автоматический С6-8 цифровой С6-П аналого-цифровой

0,03... 100

0,03... 100 0,03... 100 0,03... 100

0,020...200

0,020 ... 200 0,02... 1000 0,02... 200

15 2 1

±5

± ±2.5

±3,0

0,001 ... 100

0,001 ... 100 0,0001 ... 100 0,0001 ... 100



Ki РФ

Kr МП

-iiFtf

АРУ -J АП(Р

Рис. 11.18. Упрощенные структуры измерителей нелинейных искажений:

а - аналоговый с ручным управлением; б-аналоговый с автоматическим управлением: в -

цифровой автоматический.

Обычно ИНИ измеряют не величину К, а коэффициент гармоник Kj" определяемый как отношение эффективного значения напряжения высших гармоник к эффективному значению напряжения всех гармоник исследуемого сигнала:

(11.17)

Яг2 = в.г-100/с-

Стандартизированной оценкой ИНИ является коэффициент К, между Kj,, и существует однозначное соотношение:

У1 - (K,2im

(11.18)

При значении Кр, <: Ю % величины К, и К, практически совпадают.

Аналоговые ИНИ выполняются по упрощенной структуре (рис. 11.1в,а), измерения производятся в два этапа.

Первый этап - калибровка, при котором тракт узкополосного фильтра отключен, а напряжение на входе при помощи регулятора приводится к некоторому постоянному для данного прибора значению, соответствующему 100 % искажений. Отклонение вольтметра при этом:

аККи,, (11.19)

где и Ks- коэффициенты преобразования масштабного преобразователя и вольтметра эффективных значений соответственно.

Второй этап - измерение К, при котором включается узкополосный заградительный фильтр, исключающий первую гармонику из исследуемого сигнала-При этом вольтметр измеряет напряжение высших гармоник и его показание будет:

«2 = /Cst/. г. <»-20)

где /Сг- коэффициент преобразования узкополосного фильтра.

Решая совместно систему уравнений (11.19) и (11.20) относительно а, получим

Если выполнить узкополосный фильтр так, чтобы Vfg li го

«2 = (-е.г-!00/f;, = K,2,

т. е, прибор покажет значение коэффициента гармоник.




Рис. 11.19. Цифровой измеритель нелинейных искажений типа С6-&.

Аналоговые ИНИ с ручной настройкой, построенные по такой схеме, широко применяются как автономные измерительные приборы. Однако производительность труда при использовании таких приборов очень низкая. В них даже незначительные изменения амплитуды или частоты исследуемого сигнала приводят к большим погрешностям измерения, которые устраняются только соответствующей подстройкой. Это является существенным недостатком данных приборов.

Выпускаются отечественные автоматические аналоговые ИНИ типа С6-7 и С6 11, в которых наиболее трудоемкие операции настройки на частоту первой гармоники и нормирования уровня исследуемого сигнала частично автоматизированы (рис. 11.18,6). Наличие автоматической подстройки фильтра (АПФ) в этих приборах устраняет влияние фильтра на погрешность измерения из-за ухода частоты исследуемого сигнала или недостаточной стабильности фильтра.

Современный этап развития техники измерений нелинейных искажений характеризуется полной автоматизацией процесса измерения коэффициента гармоник при помощи цифровых автоматических ИНИ.

Отечественные цифровые автоматические ИНИ (рис. 11.19) типа С6-8 (табл. 44) превосходят лучшие зарубежные образцы, обладают более высоким (в 10...20 раз) быстродействием, полной автоматизацией всех операций, в том числе калибровки и настройки на частоту исследуемого сигнала. В этих приборах исследуемый сигнал поступает на кодоуправляемый масштабный преобразователь, который осуществляет автоматическое нормирование входного уровня. При напряжении на входе прибора, находящемся в известных пределах, напряжение на выходе у МПа поддерживается постоянным. Далее нормированный сигнал поступает на вход трехсекционного узкополосного фильтра, автоматическая настройка на частоту которого осуществляется цифровым способом. Цифровой частотомер измеряет частоту входного сигнала. ЦА формирует код, который, управляя резистивными элементами и емкостными элементами узкополосного фильтра настраивает его на частоту входного сигнала.Узкополосный фильтр подавляет напряжение первой гармоники, а напряжение высших гармоник исследуемого сигнала измеряется цифровым вольтметром эффективных значений с автоматическим переключателем пределов измерения. Нормированный уровень напряжения на выходе МП и коэффициент передачи усилителя выбраны таким образом, что показания цифрового вольтметра равны N,.

В измерителях нелинейных искажений расширяют диапазон измерения в сторону малых значений - до 0,003 % и частотный диапазон в сторону нижних частот - до 10 Гц; повышается быстродействие до долей секунды; расширяются функциональные возможности на основе использования микропроцессоров для полной автоматизации управления прибором, цифровой обработки сигнала и для обеспечения выхода на канал коллективного пользования.





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 [ 149 ] 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166