专利名称：一种基于频率自动跟踪技术的陷波网络系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种陷波网络系统，尤其涉及一种基于频率自动跟踪技术的陷波网络系统，从而实现失真度的高精度、自动测量。
背景技术：
陷波网络系统是失真度测量仪用来测量波形失真的方法之一，那什么是波形失真呢？信号通过电路后，其输出波形和输入波形不同，失去了信号波形原有的形状，就叫波形失真。产生波形失真的根本原因是信号通过的电路具有非线性作用。像二极管、三极管、变压器等，这些电子元器件具有非线性，因此，由这些元器件组成的电路、放大器就具有了非线性作用。所以，波形失真又叫非线性失真。低频信号通过电路时引起的非线性失真较大，高频信号通过电路时引起的非线性失真相对较小。 在低频电子线路中，对波形失真(非线性失真)是有一定要求的，超过了这个要求就说明这个电子线路(如放大电路)不合格。例如，输送到收音机喇叭的信号就是这种输出信号，这个输出信号的非线性失真若很严重，超过了技术要求，质量就不好，声音就难听。为了测量这种失真的大小，就需要一个衡量失真大小的参量，这个参量就叫非线性失真系数，简称失真度。失真度用d表示，则d=u’ /u式中u是输出信号的总电压的有效值；u’是从输出信号中滤除基波分量后的电压有效值。因此，只要测量出U’和U，就可以测出失真信号的失真度了。测量失真度大致可分2种方法模拟法和数字化方法。模拟法主要有基波抑制法、谐波分析法两种。前者测量准确度较高，测量较方便，实现成本较低，但当失真较小或较大时，难实现对低失真的精确测量，频率范围较窄；后者测量频率范围宽，能计算出各种谐波的电压，但操作繁琐，实现成本较高。数字化方法主要是频谱分析法，它虽然是失真测量发展的方向，但目前还存在不少问题。频率分析法的核心是FFT法，FFT法应用时存在“栅栏效应”、“泄漏”和谐波阶次截断造成的测量误差，限制了测量准确度的提高，特别在小失真度测量时误差更明显。
发明内容本实用新型的目的在于针对目前国产失真度测量仪大都采用文氏桥基波抑制法，该类仪器存在测量准确度不高，测量范围不宽，测量与调试麻烦，测量值受环境影响大等问题而提供的一种基于频率自动跟踪技术的陷波网络系统。本系统采用陷波网络，通过测量待测信号源频率，实现对被测信号的自动跟踪。有效克服测量准确度不高，测量范围不宽的缺点，提高了测量水平。本实用新型的技术方案是这样实现的一种基于频率自动跟踪技术的陷波网络系统，它包括主控制单元、频率测试单元、基波抑制单元、数据采集单元、显示单元和键控单元，频率测试单元的信号输入端与待测信号源相连，采集待测信号，频率测试单元的三个信号输出端分别与基波抑制单元、数据采集单元和主控制单元的对应输入端相连，基波抑制单元的信号输出端与数据采集单元的信号输入端相连，数据采集单元的信号输出端与主控制单元信号输入端相连。所述的频率测试单元包括信号输入衰减器、整形模块，N组双刀双掷切换开关和N组单刀单掷切换开关，整形模块包括比较器和逻辑电路，输入衰减器的输入端采集信号源，输出端分别与整形模块、基波抑制单元的陷波网络模块和数据采集模的一个真有效值转换模块相连，经整形模块的信号输出端与主控制单元对应信号输入端相连，双刀双掷切换开关和单刀单掷切换开关的输出端分别与输入衰减器的控制端相连。所述的基波抑制单元包括陷波网络模块、乘法器、I组双刀双掷切换开关、N个场效应管、N个比较器、低通滤波模块、模拟开关和谐波输出模块，其中陷波网络模块的输入端与频率测试单元的输入衰减器相连，信号依次通过模拟开关、低通滤波模块、乘法器、陷波网络模块，形成回路，低通滤波模块的输出端作为基波抑制单元的输出端，与数据采集单元对应输入端相连。所述的数据采集单元包括两个真有效值转换模块、A/D转换模块和N个模拟开关，其中两个真有效值转换模换的输入端分别与频率测试单元和基波抑制单元的对应输出端相连。两个真有效值 转换模换的输出端分别与模拟开关的对应信号输入端相连，模拟开关的输出端与A/D转换模块的信号输入端相连，A/D转换模块的输出信号作为数据采集单元输出端与主控制单元对应输入端相连。所述的键控单元的输出端与主控制单元的对应输入端相连，主控制单元的显示信号输出端与显示单元的对应输入端相连。所述的主控制单元的控制信号输出端分别与频率测试单元、基波抑制单元和数据采集单元对应信号输入端相连。本实用新型的有益效果在于I. 一种基于频率自动跟踪技术的陷波网络系统采用最新的陷波网络，二次谐波损耗较小，滤除特性最高可达IlOdB,克服了老式文氏桥滤除特性只能达到80dB，剩余失真大，小失真滤谐时滤不下去的缺点，从而保证了 O. 01%的低失真测量精度。2.本实用新型设计了 30kHz、80kHz两种低通滤波器，在使用中可根据需要加入适当滤波器，可有效抑制高频干扰及噪声的影响，提高测量精度；同时还设计的400Hz高通滤波器，测量信号高于400Hz时，可以大大降低50Hz的电源干扰。3.本实用新型采用高精度的真有效值检波器，使信号的波峰因素在不大于3的情况下不会带来像采用平均值或准有效值检波器带来的检波误差。4.本实用新型采用宽带超低噪放大器，使仪器的底度噪声很小，残余失真较小，从而保证了测量的准确度。5.本实用新型采用大屏IXD显示，可以同时显示被测信号源频率和失真度，也可通过RS232通讯接口传输到PC接口进一步处理。

图I是本实用新型的原理框图。图中1_主控制单元、2-频率测试单元、3-基波抑制单元、4-数据采集单元、5-显示单元、6-键控单元。
具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。如图1，一种基于频率自动跟踪技术的陷波网络系统，它包括主控制单元I、频率测试单元2、基波抑制单元3、数据采集单元4、显示单元5和键控单元6，频率测试单元2的信号输入端与待测信号源相连，采集待测信号，频率测试单元2的三个信号输出端分别与基波抑制单元3、数据采集单元4和主控制单元I的对应输入端相连，基波抑制单元3的信号输出端与数据采集单元4的信号输入端相连，数据采集单元4的信号输出端与主控制单元I信号输入端相连。所述的频率测试单元2包括信号输入衰减器、整形模块，N组双刀双掷切换开关和
N组单刀单掷切换开关，整形模块包括比较器和逻辑电路，输入衰减器的输入端采集信号源，输出端分别与整形模块、基波抑制单元3的陷波网络模块和数据采集模块4的一个真有效值转换模块相连，经整形模块的信号输出端与主控制单元I对应信号输入端相连，双刀双掷切换开关和单刀单掷切换开关的输出端分别与输入衰减器的控制端相连。所述的基波抑制单元3包括陷波网络模块、乘法器、I组双刀双掷切换开关、N个场效应管、N个比较器、低通滤波模块、模拟开关和谐波输出模块，其中陷波网络模块的输入端与频率测试单元2的输入衰减器相连，信号依次通过模拟开关、低通滤波模块、乘法器、陷波网络模块，形成回路，低通滤波模块的输出端作为基波抑制单元(3)的输出端，与数据采集单元4对应输入端相连。所述的数据采集单元4包括两个真有效值转换模块、A/D转换模块和N个模拟开关，其中两个真有效值转换模换的输入端分别与频率测试单元2和基波抑制单元3的对应输出端相连。两个真有效值转换模换的输出端分别与模拟开关的对应信号输入端相连，模拟开关的输出端与A/D转换模块的信号输入端相连，A/D转换模块的输出信号作为数据采集单元4输出端与主控制单元I对应输入端相连。工作时，待测信号源与输入衰减器的输入端相连。主控制单元I通过数据采集，输出信号与双刀双掷切换开关、单刀单掷切换开关的控制端相连，使输入衰减器工作于合适量程。整形模块与输入衰减器的输出端相连后，其输出端与主控制单元I对应输入端相连，主控制单元I计算出待测信号源频率后，通过显示单元显示出来。同时待测信号源经过输入衰减器后连接到陷波网络输入端，主控制单元I根据待测信号源的频率输出信号，控制场效应管的开关，选择适合的电阻和电容值，组成适合待测信号源的陷网络从而达到抑制基波的目的。本系统选用场效应管做开关，具有开关内阻低、响应速度快，使陷波网络更可靠。[0001]待测信号源经输入衰减器后，送入到真有效值检波器A，经过模拟开关后，送入A/D转换模块，经主控制单元计算出基波值。基波抑制单元2输出端经真有效值检波器B、A/D转换模块后，主控制单元I计算出谐波分量值。谐波分量值比基波值即可得出待测信号源的失真度。基本技术指标如下频率范围IOHz I5OkHz电压范围50mV 300V滤除特性90dB IlOdB残余失真[0032]20Hz 20kHz: ^ 0. 0055% IOHz 50kHz: ( 0. 0098%50kHz 110kHz: ( 0.0125% IlOkHz 150kHz: ( 0.0162输入阻抗ΙΟΟΚΩ/ΙΟΟΡ ·电源电压220V±10% 50Hz/60Hz 功率消耗20VA
权利要求1.一种基于频率自动跟踪技术的陷波网络系统，其特征在于它包括主控制单元(I)、频率测试单元(2)、基波抑制单元(3)、数据采集单元(4)、显示单元(5)和键控单元(6)，频率测试单元(2)的信号输入端与待测信号源相连，采集待测信号，频率测试单元(2)的三个信号输出端分别与基波抑制单元(3)、数据采集单元(4)和主控制单元(I)的对应输入端相连，基波抑制单元(3)的信号输出端与数据采集单元(4)的信号输入端相连，数据采集单元(4)的信号输出端与主控制单元(I)信号输入端相连。
2.根据权利要求I所述的一种基于频率自动跟踪技术的陷波网络系统，其特征在于所述的频率测试单元(2)包括信号输入衰减器、整形模块，N组双刀双掷切换开关和N组单刀单掷切换开关，整形模块包括比较器和逻辑电路，输入衰减器的输入端采集信号源，输出端分别与整形模块、基波抑制单元(3)的陷波网络模块和数据采集模块(4)的一个真有效值转换模块相连，经整形模块的信号输出端与主控制单元(I)对应信号输入端相连，双刀双掷切换开关和单刀单掷切换开关的输出端分别与输入衰减器的控制端相连。
3.根据权利要求I所述的一种基于频率自动跟踪技术的陷波网络系统，其特征在于所述的基波抑制单元(3)包括陷波网络模块、乘法器、I组双刀双掷切换开关、N个场效应管、N个比较器、低通滤波模块、模拟开关和谐波输出模块，其中陷波网络模块的输入端与频率测试单元(2)的输入衰减器相连，信号依次通过模拟开关、低通滤波模块、乘法器、陷波网络模块，形成回路，低通滤波模块的输出端作为基波抑制单元(3)的输出端，与数据采集单元(4)对应输入端相连。
4.根据权利要求I所述的一种基于频率自动跟踪技术的陷波网络系统，其特征在于所述的数据采集单元(4)包括两个真有效值转换模块、A/D转换模块和N个模拟开关，其中两个真有效值转换模换的输入端分别与频率测试单元(2)和基波抑制单元(3)的对应输出端相连，两个真有效值转换模换的输出端分别与模拟开关的对应信号输入端相连，模拟开关的输出端与A/D转换模块的信号输入端相连，A/D转换模块的输出信号作为数据采集单元(4)输出端与主控制单元(I)对应输入端相连。
5.根据权利要求I所述的一种基于频率自动跟踪技术的陷波网络系统，其特征在于所述的键控单元(6)的输出端与主控制单元(I)的对应输入端相连，主控制单元(I)的显示信号输出端与显示单元(5)的对应输入端相连。
6.根据权利要求I所述的一种基于频率自动跟踪技术的陷波网络系统，其特征在于所述的主控制单元(I)的控制信号输出端分别与频率测试单元(2)、基波抑制单元(3)和数据采集单元(4)对应信号输入端相连。
专利摘要一种基于频率自动跟踪技术的陷波网络系统,它包括主控制单元、频率测试单元、基波抑制单元、数据采集单元、显示单元和键控单元,频率测试单元的信号输入端与待测信号相连，采集待测信号，频率测试单元的三个信号输出端分别与基波抑制单元、数据采集单元和主控制单元的对应输入端相连，基波抑制单元的信号输出端与数据采集单元的信号输入端相连，数据采集单元的信号输出端与主控制单元信号输入端相连。
文档编号G01R23/20GK202522625SQ20122018453
公开日2012年11月7日 申请日期2012年4月25日 优先权日2012年4月25日
发明者丁杨, 刘进 申请人:常州中策仪器有限公司