Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



12.4. Средства измерений нелинейных искажений

с блока опроса, управляют работой коммутатора, последовательно переключая разряды параллельного кода на его входе.

Блок команд определяет последовательность выдачи информации при ручном или автоматическом исполнении программ.

В качестве ЭКВМ в приборе используется специализированная вычислительная машина «Электроника ТЗ-16» с микропрограммным управлением. Входной язык машины прост, быстро усваивается и не требует специальной подготовки обслуживающего персонала. Все операции выполняются над десятичньащ числами с плавающей запятой. Числовая информация представлена 10 разрядами мантиссы и 2 разрядами порядка с их знаками. Точность вычислений - не хуже 10"°. Время выполнения арифметических операций следующее: сложения (вычитания) 2 мкс, умножения (деления) 20 мкс, математических функций - не более 400 мкс. Объем памяти 4 Кбит.

С помощью клавиатуры ЭКВМ обеспечиваются задание режимов работы, ручной ввод программ, команд программ и числовых данных в память машины, а также проведение коррекции программы при ее отладке.

Встроенное ЗУ на магнитных картах позволяет значительно ускорить процесс ввода-вьшода программ и числовых данных из па-мята машины, значительно превосходящей по всей длине информационную емкость ЭКВМ.

Встроенный дисплей, выполненный на электронно-лучевой трубке, позволяет контролировать правильность занесения программы числовых данных в память машины. На экране ЭЛТ могут бьггь показаны одновременно содержимое трех регистров {X, Y и Z) памяти с плавающей запятой или номер шага программы и код операции.

В автономном режиме работы прибора на вход аналогового канала подается сигнал от встроенного калибратора с заранее известным КНИ. Таким образом осуществляются проверка его работоспособности и оценка погрешности. В калибраторе в качестве реперов используются сигналы типа «меандр», треугольный и монохроматический. Основными источниками погрещности калиброванного значения КНИ треугольного сигнала являются нелинейность закона нарастания (спада) напряжения и возможное неравенство полупериодов.

Для уменьщения первой составляющей погрешности постоянная времени цепи формирования интегратора а-х/Г выбирается равной 20, что делает относительную по-

грешность воспроизведения зна-ения КНИ равной 0,03%, где т - постоянная времени заряда (разряда) емкости интегратора, Г - период функции.

Вторая составляющая погрешности крайне мала, потому что исходный сигнал типа «меандр» вырабатьшается с помощью триггера, который обеспечивает достаточно строгое равенство полупериодов. Кроме того, сигнал треугольной формы поступает на фильтр низких частот, с помощью которого подавляются высшие составляющие спектра входного сигнала.

Обеспечение высокой линейности передаточной характеристики фильтра и большого коэффициента подавления позволяет получить на выходе монохроматический сигнал с КНИ не хуже 0,005%.

12.4. СРВДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ

Основным назначением измерителей нелинейных искажений, выпускаемых промышленностью, является использование их для контроля и аттестации высококачественных усилителей мощности звукового диапазона частот, звукозаписывающих и звуковоспроизводящих устройств, для проверки модулирующих трактов передатчиков и других устройств, к качеству воспроизведения формы которых предъявляются повьпиенные требования. Кроме того, ИНИ применяются для оценки искажений формы выходных сигналов измерительных генераторов. Как правило, кроме основного назначения - измерения коэффициента нелинейных искажений - во всех приборах предусматривается возможность измерения переменного напряжения и визуального наблюдения искажений.

Долгое время наиболее распространенными ИНИ были приборы С6-1 и С6-1А. Измерение КНИ в этих приборах производится методом сравнения измеряемого напряжения с напряжением высших гармоник в этом сигнале. Упрощенная структурная схема прибора С6-1 приведена на рис. 12.7.

Подаваемое на вход прибора напряже-

Избирательный усилитель

Согласующий усилитель

Вьшрямитель и стабилизатор напряжения

Электронный вольтметр

Рис. 12.7. Упрощенная структурная схема прибора С6-1



Согласую- Вход

щее Y

устройство (

Иесимметр.


Част. Гц

Баланс Калибр.

Переключатель режимов работы

Усилитель вольтметра


Рис. 12.8. Упрощенная функциональная схема прибора С6-5

ние усиливается предварительным усилителем. Входной сигнал регулируется так, чтобы выходное напряжение всегда было постоянным. С выхода усилителя напряжение подается на электронный вольтметр для калибровки, затем включается избирательный усилитель, который подавляет сигнал основной частоты, и на вход электронного вольтметра поступает напряжение только высших гармоник.

Электронный вольтметр имеет квадратичную характеристику, и его показания пропорциональны эффективному значению измеряемого напряжения. Поэтому независимо от соотношения амплитуд и фаз напряжений на входе вольтметра он покажет эффективное значение высших гармонических составляющих сигнала.

При соответствующей градуировке электронного вольтметра результат измерения можно получить в процентах или децибелах.

В приборе типа С6-5 используется раздельное измерение среднеквадратического значения напряжения высших гармоник сигнала и среднеквадратического значения этого- же сигнала при нормированном значении напряжения первой гармоники на входе пре-селекторного фильтра.

Измеряемый сигнал поступает на вход согласующего устройства (рис. 12.8), предназначенного для расширения пределов измеряемых напряжений и обеспечения как симметриадого, так и несимметричного входа прибора.

Аттенюатор служит для выбора пределов измерений напряжения при работе прибора в режиме вольтметра и коэффициента гармоник при работе в режиме измерения нелинейных искажений. Режекторный усили-

тель подавляет основную гармонику измеряемого сигнала. Частота настройки режек-торного фильтра определяется органами плавной настройки и переключателем диапазона частот.

В фильтре предусмотрена автоматическая регулировка усиления, поддерживающая сигнал на входе фильтра на постоянном уровне. Отфильтрованный сигнал через аттенюатор поступает на усилитель вольтметра, на входе которого подключен калибратор, позволяющий откалибровать шкалу вольтметра. Преобразователь среднеквадратических значений превращает сигнал переменного тока в сигнал постоянного тока, измеряемый гальванометром, прокалиброванным в значениях коэффициента гармоник и в значениях напряжения.

Прибор С6-5 позволяет измерять КНИ гармонических сигналов в различных радиотехнических устройствах, среднеквадратическое (действующее) значение напряжения переменного тока, определять отношение напряжений на линейной и :югарифмической шкалах.

Основная погрешность измерения прибора на несимметричном входе составляет 5 - 0,02 Кг в диапазоне частот от 20 Гц до 20 кГц и 10-0,1 в диапазоне частот от 20 до 200 кГц.

Пределы измерений КНИ: от 0,03 до 100% на несимметричном входе и от 0,3 до 100% на симметричном.

Диапазон входных напряжений при измерении КНИ: 0,1-100 В на несимметричном входе и 0,1 -30 В на симметричном.

Прибор предназначен для эксплуатации в диапазоне рабочих температур от -1-5 до + 40°С и при относительной влажности до 98%.



12.5. Метрологическое обеспечение СИ искажений формы сигналов

12.5. МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ХАРАКТЕРИСТИК ИСКАЖЕНИЙ ФОРМЫ СИГНАЛОВ

Метрологическое обеспечение средств измерений характеристик искажений формы сигналов основывается на методах воспроизведения сигналов с калиброванным значением КНИ. Типы сигналов, которые в настоящее время используются или могут быть использованы в качестве калиброванных по КНИ, приведены на рис 12.9.

Монохроматический сигнал в виде синусоидального напряжения с Kf-Q часто используется для поверки нелинейных искажений, уровня шумов и фона. Идеальный по форме синусоидальный сигнал получить практически невозможно. Когда говорят о таком сигнале, то имеют в виду, что значением КНИ такого сигнала по сравнению с оцениваемым параметром можно пренебречь.

Дигармонические сигналы получают путем синтеза двух монохроматических когерентных сигналов, которые могут быть использованы в качестве калиброванных в диапазоне КНИ от О до 100%. К числу недостатков дигармонических сигналов относится невозможность поверки с их помощью частотных погрешностей ИНИ, обусловленных неравномерностью АЧХ и отклонением показателя степени квадратирующего устройства от двух.

Некогерентный дигармонический сигнал не может быть использован для поверки цифровых ИНИ.

Полигармонические сигналы представ-

ляют собой наиболее обширный класс сигналов, по своим свойствам близких к реальным сигналам, измеряемым рабочими ИНИ. Большинство этих сигналов пригодно для калибровки ИНИ во всем диапазоне их значений, а некоторые могут служить только реперами, т. е. имеющими единственное значение КНИ, и условно могут называться «естественными». Это сигналы, имеющие форму меандра или пилообразного напряжения. Коэффициент нелинейных искажений меандра равен: iCji = 48,3322 или Kf2 - = 12,02734; пилообразного сигнала K/i = = 12,11259 или А:/2= 12,02734. В приведенных значениях учтена 5001-я гармоника, что соответствует относительной погрешности не более 0,1%. Оба сигнала в идеальном случае не содержат четных гармоник, закон убывания амплитуд пилообразного сигнала а меандра 1/и, т. е. амплитуда составляющих уменьшается медленно. В связи с этим сигнал типа «меандр» пригоден для оценки широкополосности аналоговых ИНИ или погрешности дискретизации цифровых ИНИ.

Другие виды «естественных» сигналов мало пригодны из-за сложности формирования их с заданной погрешностью.

Вторую группу полигармонических сигналов составляют сигналы, сформированные из фрагментов синусоидального напряжения. Таковыми являются сигналы типа «усеченный синус», «в нуле усеченный синуо> и «разновеликий синус»:

С05ф при О ф 0;

/(ф) = Л О "Ри я - 6ф:я-(-в;

cos ф при я -(- 6 ф 2я,

Калиброванные по КНИ сигналы

Монохроматический

Дигармонические

Попигармонические

Когерентный

Некогерентный

Синусоидальный усеченный XУсеченный синус")

Синусоидальный усеченный в нуле "В нуле усеченный синус")

Синусоидальный искаженный ("Искаженный синус")

Меандр

Синусоидальный разновеликий [("Разновеликий синус")

Пилообразный \

Шумовой

Синтезированный



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] 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168


0.0096