способ определения нелинейности сигналов

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕЛИНЕЙНОСТИ СИГНАЛОВ, основанный на преобразовании входного сигнала и измерении результата на индикаторе, в соответствии с которым выделяют определенные временные интервалы для анализа, отличающийся тем, что формируют опорный синусоидальный сигнал с частотой, лежащей в полосе пропускания исследуемого устройства, многократно сдвигают по фазе один сигнал относительно другого, каждый раз выделяя временные интервалы внутри полупериодов двух сигналов, когда оба сигнала не изменяют свои знаки, определяют модули отношений мгновенных значений сигналов в моменты времени, соответствующие середине каждого из выбранных временных интервалов, усредняют полученные значения модулей отношений и определяют нелинейность как отношение максимальной абсолютной величины отклонения значений модулей отношений от усредненного значения к самому усредненному значению.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к специализированной измерительной технике и предназначено для определения нелинейности выходного сигнала, для преимущественного использования на инфранизких частотах при исследовании величины нелинейности элементов и устройств, когда требуется высокое быстродействие, точность измерений и простота реализации.

На фиг.1 показан пример определений моментов времени измерений для произвольного фазового сдвига между сигналами; на фиг.2 структурная схема устройства реализующего способ.

Для каждого фазового сдвига (фиг.1) получают четыре интервала на периоде одного из сигналов и соответственно четыре значений модулей отношений, которые не отличаются между собой с учетом минимальной погрешности используемого метода сравнения для сигнала без линейных искажений. При увеличении нелинейных искажений отклонения модулей отношений между собой при различных фазовых сдвигах будут увеличиваться, а отношение максимального абсолютного значения отклонения от среднего значения к самому среднему значению и будет определять нелинейность.

Действительно, если на исследуемое устройство подать выходное синусоидальное напряжение, то нелинейность n можно определить по следующему выражению

n [(U_вых U_л)]/U_л]100% (1), где n нелинейность, выраженная в процентах;

U_вых амплитуда выходного напряжения исследуемого устройства;

U_л амплитуда выходного напряжения идеального (линейного) устройства.

Выражение (1) можно представить в следующем виде

n[U_вх(К_а + К_i) (U_вхК_а)]/(U_вхК_а)}100%

(2), где U_вх амплитуда входного синусоидального сигнала,

К_а коэффициент передачи идеального устройства,

(К_а + К_i) коэффициент передачи исследуемого устройства.

После преобразования выражения (2) получим выражение для определения нелинейности в процентах

n (К_m/К_а)100% (3), где К_m максимальное отклонение коэффициента передачи от своего номинального значения.

При использовании данного способа осредненное значение получаемых отношений амплитуд для множества различных фазовых сдвигов стремиться к определенному значению.

Устройство (фиг.2) содержит исследуемый блок 1, фазовращатель 2 и двухлучевой асциллограф 3. На вход исследуемого блока 1 поступает с выхода опорного генератора (на схеме он не показан) синусоидальный сигнал напряжения

U_o(t) A_osin t, (4), который поступает и на вход фазовращателя 2, который может изменять фазу выходного напряжения относительно фазы входного. На выходе фазовращателя 2 по- лучают также синусоидальное напряжение

U₂(t) A_osin( t + F_i) (5) той же амплитуды, значение которое не изменяется при изменениях фазовых сдвигов. На выходе исследуемого устройства получают выходное напряжение

U₁(t) (K_a + K)A_o sin t (6).

Таким образом, на два входа двухлучевого осциллографа 3 поступают исследуемые сигналы U₁(t) и опорные синусоидальные сигналы напряжения U₂(t), имеющие между собой фазовый сдвиг F_o, к примеру, как показано на фиг.1.

Для каждого фазового сдвига F_o в каждый из четырех моментов времени, соответствующих середине выбранных интервалов, определяют модули отношений значений амплитуд (К_а + К), осредняют полученный результат, измеряют максимальное абсолютное значение отклонения текущих значений модулей отношений Кm от осредненного результата и по отношению К_m/K_a определяют нелинейность в исследуемом сигнале. Для повышения разрешающей способности следует увеличивать количество фазовых сдвигов для анализа, при необходимости можно проводить исследования в режиме большого сигнала и в режиме малого сдвига. Следует отметить, что амплитуда опорного генератора не влияет на погрешность измерений, так как относительные отклонения значений модулей отношений не зависят от получаемых значений К_а.