double arrow

Анализатор спектра с перестраиваемым фильтром.


f

 

ВУ – входное устройство;

ПФ – перестраиваемый по частоте полосовой фильтр;

Пр – преобразователь напряжения среднеквадратических значений (детектор);

УОИ – устройство отображения измерительной информации (обычно магнитоэлектрический измерительный механизм).

Полосовой фильтр настраивают на частоту исследуемой гармонической составляющей и УОИ показывает ее среднеквадратическое значение напряжения. Критерий настройки ПФ – максимум показаний УОИ.

Достоинство – простота.

Разрешающая способность анализатора спектра – минимальный частотный промежуток между составляющими спектра, при котором они могут быть измерены раздельно.

U(f)/Um

DfФ

 

x

f

DfР fФ

Разрешающая способность DfР зависит от формы амплитудно-частотной характеристики ПФ (см. рис.). Чем круче характеристика (выше избирательность) фильтра, тем лучше разрешающая способность. Безразмерный параметр характеризует степень избирательности фильтра.

Основной недостаток – низкая разрешающая способность, так как перестраиваемый ПФ нельзя сделать высокоизбирательным. Обычно применяют простейшие RC- и LC- фильтры и их избирательность, а, следовательно, разрешающая способность анализаторов очень низкая.




Анализатор спектра с перестраиваемым гетеродином.

Структурная схема

Fi
 
 

ГSIN– перестраиваемый по частоте генератор гармонических колебаний (гетеродин);

ПФ – полосовой фильтр, центральную частоту которого принято называть промежуточной fПР;

- усилитель сигнала промежуточной частоты fПР;

ЭВ – электронный вольтметр с преобразователем среднеквадратических значений;

П – преобразователь частоты сигнала.

 

Преобразование спектра исследуемого сигнала U(f) показано на рисунке:

U(f)

                   
   
 
   
     
       
 
 
 

 

 


F1 F2 F3 F4
f

fГ

 

F

На нижней спектрограмме показан спектр сигнала на выходе преобразователя частоты UП(f) и частотная характеристика ослабления фильтра a(f).

Частоты составляющих спектра на выходе преобразователя П определяют в соответствии с выражением: fГ ± Fi . В анализаторах спектра предпочтение отдается нижней боковой полосе частот fГ - Fi – удобнее убирать помехи по зеркальному каналу. В этом случае условие выделения составляющей спектра исследуемого сигнала Fi принимает вид: . Главный ограничитель скорости анализа спектра – переходные процессы в полосовом фильтре. Время установления переходного процесса tу определяет выражение:

, где

В – безразмерный коэффициент, определяемый формой импульсной характеристики фильтра. В»0,8¸2. Тогда выражение для скорости анализа спектра V примет вид:



Чем уже полоса, тем дольше мы должны анализировать, скорость анализа низкая. Таким образом, анализатор с перестраиваемым гетеродином может обладать высокой разрешающей способностью и чувствительностью, однако, имеет низкую скорость анализа и пригоден для анализа спектра периодических сигналов и стационарных случайных процессов.

 

Одновременный фильтровой анализ.

 

Исследуемый спектр в этом случае подают на набор включенных параллельно фильтров и на выходе отдельных фильтров получают отклики. Одновременные анализаторы могут анализировать любые случайные и непериодические процессы, но они дороги и сложны.

 

Измерение нелинейных искажений.

 

Параметры искажений

 

Неискаженный сигнал– идеальный гармонический сигнал.

Степень нелинейности сигнала (степень отличия от гармонического сигнала) оценивают с помощью:

Коэффициента гармоник:

Коэффициента нелинейных искажений:

Коэффициента гармоник n-го порядка:

Коэффициента комбинационных частот:

Затухание нелинейности:

U1, U2 … Unсреднеквадратические значения напряжения гармонических составляющих спектра сигнала.



UВГ– среднеквадратическое значение напряжения высших гармоник сигнала.

– среднеквадратическое значение напряжения разностной частоты сигнала на выходе, если на вход поданы два гармонических сигнала Uf1 и Uf2.

Расчетные формулы:

Измеряемый параметр Измерение анализатором спектра (избирательным вольтметром)  
КГn

 

Коэффициенты КГиКНсвязанны соотношением:

ЕслиКН< 10%, то:КН » КГ

Измеритель нелинейных искажений с подавлением первой гармоники (с заграждающим фильтром).

Структурная схема

к
калибровка

ЗФ
ЭВ
Ус
ВУ
1 f

2

искажения

 

 

ВУ – входное устройство;

Ус –усилитель с регулируемым коэффициентом передачи;

П – переключатель;

ЗФ – заграждающий фильтр, перестраиваемый по частоте;

ЭВ – электронный вольтметр с преобразователем среднеквадратичного напряжения.

Для реализации этой формулы с помощью ЭВ необходимо измерить числитель и знаменатель, поэтому измерение проводят в два этапа:

1) калибровка - переключатель П в положении 1:

путем регулировки коэффициента передачи усилителя К устанавливают напряжение равным калиброванному значению UКАЛИБР, поддерживая знаменатель постоянным;

2) искажения – переключатель П в положении 2

производят настройку фильтра ЗФ на первую гармонику, исключая её тем самым из спектра сигнала. Критерий настройки ЗФ – минимум показаний ЭВ.

 

Измерение нелинейности устройств.

 

Метод измерения Условия применения Измеряемый параметр
  Гармонический Частота входного сигнала f=(0,1¸0,2)fPMAX выбирается с таким расчетом, чтобы на выходе устройства можно измерить 5¸10 гармоник КГ КН
f=(0,2¸0,3)fPMAX нелинейные искажения оценивают по коэффициентам нелинейности по 2-ой и 3-ей гармоник   КГn
Комбинационный Продукты нелинейности лежат в верхней части рабочего диапазона КК
Статистический Сигналы имеют случайный характер КСТ

fPMAX – максимальная частота рабочего диапазона устройства.

 

 

Гармонический метод измерения нелинейных искажений устройств

Структурная схема

ИО
  ФНЧ
ИНИ
Г»
Uf Uf, U2f,

           
     

 


Г – генератор гармонических колебаний с малыми НИ;

ФНЧ – фильтр нижних частот, уменьшающий нелинейные искажения сигнала путем подавления высших гармоник;

ИО – исследуемый объект;

ИНИ – измеритель нелинейных искажений.

 

 

ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ ПО КУРСУ "МЕТРОЛОГИЯ СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ"







Сейчас читают про: