SU367390A1

SU367390A1 - SPECTRUM ANALYZER

Info

Publication number: SU367390A1
Application number: SU1639963A
Authority: SU
Inventors: С. Дмитриев Куйбышевский политехнический институт В. В. Куйбышева Ю.
Priority date: 1971-03-29
Filing date: 1971-03-29
Publication date: 1973-01-23

Description

1one

Изобретение может быть применено в электро- и радиоизмерительной технике дл анализа спектра несинусоидальных периодических колебаний тока или напр жени , т. е. дл определени амплитуд и фаз гармонических составл ющих спектра.The invention can be applied in electrical and radio measuring equipment for analyzing the spectrum of non-sinusoidal periodic oscillations of current or voltage, i.e., for determining the amplitudes and phases of the harmonic components of the spectrum.

Известны амплитудные анализаторы спектра , в которых используетс принцип качани частоты опорного напр жени и измер етс проекци измер емого сигнала, представл ющего собой некоторую сумму векторов, на ось, совпадающую с вектором опорного напр жени .Amplitude spectrum analyzers are known, which use the principle of oscillation of the frequency of the reference voltage and measure the projection of the measured signal, which is a sum of vectors, onto an axis coinciding with the vector of the reference voltage.

Однако при помощи таких анализаторов спектра невозможно измер ть фазовые сдвиги гармонических составл ющих спектра. Кроме того, эти устройства не позвол ют проводить измерени с погрещностью, меньщей 10%, так в них в качестве выходных приборов применены электроннолучевые трубки.However, using such spectrum analyzers, it is not possible to measure the phase shifts of the harmonic components of the spectrum. In addition, these devices do not allow measurements to be made with a error less than 10%, for example, electron-beam tubes are used as output devices.

Цель изобретени - повыщение точности определени амплитуд и фаз п ти гармонических составл ющих спектра несинусоидального электрического колебани .The purpose of the invention is to increase the accuracy of determining the amplitudes and phases of the five harmonic components of the spectrum of non-sinusoidal electrical oscillations.

Это достигаетс с номощью дес тиканального вектормерного устройства, выходы которого соединены с входами матричного преобразовател , осуществл ющего рещение системы дес ти линейных уравнений с посто нными коэффициентами.This is achieved with the help of a ten-channel vector-dimensional device, whose outputs are connected to the inputs of a matrix converter that solves a system of ten linear equations with constant coefficients.

На чертеже показана блок-схема предлагаемого анализатора спектра.The drawing shows the block diagram of the proposed spectrum analyzer.

Источник / опорного напр жени соединен с входами выпр мительного устройства 2 и усилителей-ограничителей 3-8, выполненных по балансной схеме. Другие входы усилителей св заны с соответствующими выходами выпр мительного устройства. Между выходами усилителей включены п ть первичных обмотокThe source / reference voltage is connected to the inputs of the rectifying device 2 and the limiting amplifiers 3-8, made according to the balanced circuit. The other inputs of the amplifiers are connected to the corresponding outputs of the rectifier device. Between the outputs of the amplifiers included five primary windings.

п ти стандартных импульсных трансформаторов 9-13. Выходные обмотки импульсных трансформаторов имеют заземленную среднюю точку, а каждый крайний вывод каждо из п ти выходных обмоток соедине) с пересчетным входом одного из дес ти симметричных триггеров 14-23. Один из выходов каждого триггера соединен с управл ющим входом одного из дес ти ключей 24-33, а рабочие входы всех дес ти ключей-с источником 34 пзмер емого напр жени . Выходы всех ключей присоединены к соответствующим входам матричного устройства 35, осуществл ющего рещение системы из дес ти линейных уравнений с посто нными коэффициентами. П ть синфазных выходов матричного устройства подключены к соответствуюиио неподвижным контактам переключател 36, а п ть квадратурных выходов - к контактам другого переключател 37. Подвижный контакт каждогоfive standard pulse transformers 9-13. The output windings of the pulse transformers have a grounded midpoint, and each extreme output of each of the five output windings is connected to the scaling input of one of the ten symmetric triggers 14-23. One of the outputs of each trigger is connected to the control input of one of the ten keys 24–33, and the working inputs of all ten keys are connected to a source of 34 measured voltage. The outputs of all the keys are connected to the corresponding inputs of the matrix device 35, which solves the system from ten linear equations with constant coefficients. Five in-phase outputs of the matrix device are connected to the respective fixed contacts of the switch 36, and five quadrature outputs are connected to the contacts of the other switch 37. The moving contact of each

из двух переключателей соедин етс с входомof the two switches is connected to the input

одного из двух измерительных механизмов 38, 39.one of the two measuring mechanisms 38, 39.

Принцип действи предлагаемого анализатора спектра следующий.The principle of operation of the proposed spectrum analyzer is as follows.

Анализатор снабжен дес тью широкодиапазонными импульсными фазосдвигающими устройствами (ИФСУ), работой которых управл ет опорное напр жение (в качестве источ )iHKa опорного напр жени использован обычный звуковой генератор). Опорное напр жение задает частоту основной гармоники измер емого спектра и от него отсчитываютс фазовые сдвиги всех измер емых гармонических составл ющих спектра. На выходах импульсных фазосдвигающих устройств имеютс дес ть различных импульсных нанр жений, управл ющих работой дес ти ключей, поэтому при подаче на входы всех дес ти ключей измер емого напр жени на выходах этих ключей по вл ютс различные напр жени , завис щие от измер емого и унравл ющего напр жений . Вли ние управл ющих напр жений на посто нные составл ющие выходных напр жений ключей может быть учтено заранее (управл ющие нанр жени не завис т от измер емого напр жени ). Вследствие этого, примен матричный преобразователь, собранный на посто нных резисторах, проводимости которых определ ютс заранее, можно преобразовать выходные напр жени ключей таким образом, чтобы токи на выходах матричного преобразовател были пропорциональны ортогональным проекци м п ти гармонических составл ющих спектра из.мер емого несинусоидального напр жени .The analyzer is equipped with ten wide-range pulse phase-shifters (IFSU), whose operation is controlled by the reference voltage (as the source) of the reference voltage iHKa (the usual sound generator is used). The reference voltage sets the fundamental frequency of the measured spectrum and the phase shifts of all measured harmonic components of the spectrum are measured from it. At the outputs of the pulsed phase shifters, there are ten different pulses that control the operation of ten keys, so when all ten keys of the measured voltage are applied to the inputs, these voltages will appear at the outputs of these keys depending on the measured and control voltages. The influence of control voltages on the dc components of the output voltages of the keys can be taken into account in advance (the control circuits do not depend on the measured voltage). As a result, using a matrix converter assembled on constant resistors, the conductivities of which are determined in advance, you can convert the output voltages of the keys so that the currents on the outputs of the matrix converter are proportional to the orthogonal projections of the five non-sinusoidal measured components tension

Работа импульсных фазосдвигающих устройств основана на сравнении переменного синусоидального напр жени с посто нным. Переменное синусоидальное напр жение подаетс на один вход балансного усилител , на другой его вход поступает посто нное напр жение . Па выходе усилител оказываетс импульсное напр жение. Длительность импульса зависит от отношени посто нного папр л епп к амплитуде переменного. Эта зависимость описываетс выражением т.The operation of pulsed phase shifters is based on the comparison of a variable sinusoidal voltage with a constant. The alternating sinusoidal voltage is applied to one input of the balanced amplifier, and the other is supplied with a constant voltage. The output of the amplifier is a pulse voltage. The duration of the pulse depends on the ratio of the constant value to the amplitude of the variable. This relationship is described by the expression m.

Q 2arccosQ 2arccos

(J:n(J: n

Дл управлени сипхронными детекторами (в данном случае ключами) необходимо иметь дл каждой измер емой составл ющей спектра несинусоидального исследуемого напр л.епи или тока два импульсных напр жени , импульсы которых смещены один относительно другого на четверть периода данной гармоникп . Дл получени п ти пар импульсных напр жений со сдвигами, соответствующими четверти периода первой, второй, третьей, четвертой и п той гармоник достаточно иснользовать шесть усилителей-ограничителей. На все шесть усилителей подаютс одно и то же переменное синусоидальное напр жение и различные посто нные напр жени , причем на один из этих усилителей (на усилитель-ограничитель 5) поступает пулевое посто нное напр жение .To control synchronous detectors (in this case, keys), for each measured component of the spectrum of a non-sinusoidal test field voltage or current, there are two pulse voltages, the pulses of which are shifted from one another by a quarter of the harmonic period. To obtain five pairs of pulse voltages with shifts corresponding to a quarter of the period of the first, second, third, fourth, and fifth harmonics, it is sufficient to use six amplifiers-limiters. All six amplifiers are supplied with the same alternating sinusoidal voltage and various DC voltages, and a bullet constant voltage is applied to one of these amplifiers (on the amplifier-limiter 5).

Благодар заземлению средних точек выходных обмоток всех п ти импульсных трансформаторов , на крайних выводах этих обмоток образуютс взаимно инвертированные импульсные напр жени . При подключении крайних выводов вторичных обмоток импульсных трансформаторов к пересчетным входамBy grounding the midpoints of the output windings of all five pulse transformers, mutually inverted pulse voltages are formed at the extreme terminals of these windings. When connecting the outermost terminals of the secondary windings of the pulse transformers to the scaling inputs

симметричных триггеров, которые срабатывают от положительных перепадов напр жени , на выходах каждой пары триггеров, подсоединенных к одному трансформатору, по вл ютс импульсные напр жени , сдвинутые одноsymmetric triggers, which are triggered by positive voltage drops, at the outputs of each pair of triggers connected to one transformer, pulsed voltages appear, shifted by one

относительно другого на определенный интервал времени. У первой пары триггеров (14, 7У) зтот интервал равен четверти периода первой гармоники, у второй пары (1о, 2U} -четверти 11С-риода второй гармоники, у третьей парыrelative to another for a specific time interval. In the first pair of triggers (14, 7U) this interval is equal to a quarter of the period of the first harmonic, in the second pair (1o, 2U} is the quarter of the 11C-period of the second harmonic, in the third pair

(, 1) -четверти периода третьей гармониК )1 и т. д.(, 1) - quarter of the third harmonic period) 1, etc.

:сли с помощью выходных напр жений триггеров управл ть ключами, на входы которых подаетс измер емое несинусоидальное: If, using the output voltages of the triggers, control the keys to the inputs of which the measured non-sinusoidal current is supplied

напр жение, то, преобразу посто нные состав„1 ющие выходных напр жений ключей в матричном устройстве, собранном на посто нных резисторах, можно получить токи, пропорциональные ортогональным составл ющимvoltage, then converting the constant components of the output voltages of the keys in the matrix device assembled on the constant resistors, you can get currents proportional to the orthogonal components

п ти гармоник измер емого напр жени .five harmonics of the measured voltage.

Рассмотрим измер емое напр жение на входах ключей как сумму гармонических составл ющих , каждую гармонику - как сумму синусной и косинусной составл ющих, причемConsider the measured voltage at the inputs of the keys as the sum of the harmonic components, each harmonic as the sum of the sine and cosine components, and

ограничимс только п тью гармониками. Такнм образом, входное напр жение можно представить как сумму из дес ти гармонических колебаний (п ть синусоид и п ть косинусоид; . Посто нные составл ющие иа выходахlimited to only five harmonics. Thus, the input voltage can be represented as the sum of ten harmonic oscillations (five sinusoids and five cosine waves; the constant components of the outputs

ключей завис т от амплитуд всех дес ти слагаемых входного сигнала, причем коэффициент вли ни амплитуды каждой слагаемой входного нанр жени на посто нную составл ющую выходного напр жени данного ключа вл етс независимым от величины амплитуды этой составл ющей входного сигнала. Оказанные коэффициенты вли ни завис т только от унравл ющих напр жений ключей и ноэтому неизменны при любых измер емыхthe keys depend on the amplitudes of all ten components of the input signal, and the amplitude influence factor of each component of the input voltage on the dc component of the output voltage of this key is independent of the magnitude of this component of the input signal. The coefficients exerted depend only on the control voltages of the keys and are therefore unchanged for any measured values.

нанр жени х.Nurses

Записыва уравнени дл посто нных составл ющих выходных напр жений всех дес ти ключей, получим систему из дес ти уравнений , которую можно записать в виде матрицыWriting the equations for the constant components of the output voltages of all ten keys, we obtain a system of ten equations, which can be written as a matrix

коэффициентов вли ни , причем все эти коэффициенты вл ютс посто нными.coefficients of influence, all of which are constant.

Определив матрицу, обратную по отношению к полученной, узнаем с какими весовыми коэффициентами нужно суммировать выходные напр жени ключей, чтобы посто н а составл юща суммарного сигнала была пропорциональна той или иной слагаемой измер емого напр жепи . Моделиру коэффициенты обратной матрицы проводимост ми, получим , что выходные токи матричного преобраHaving determined the matrix inverse to that obtained, we will know with which weighting factors the summation of the output voltages of the keys is necessary so that the constant component of the total signal is proportional to one or another term of the measured voltage. Modeling the coefficients of the inverse matrix by conductivities, we find that the output currents of the matrix