Способ измерения средних значений переменных сигналов

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНИХ ЗНАЧЕНИЙ ПЕРЕМЕННЫХ СИГНАЛОВ, основанный на усреднении измеряемого сигнала путем его интегрирования в течение определенного времени, задержке усредненного сигнала и вычитании задержанного усредненного сигнала из измеряемого, отличающийс я .тем, что, с целью расширения частотного диапазона измеряемых сиЬналов , сформированную разность делят на время интегрирования и умножают на время задержки, полученный результат суммируют с задержанньм усредненньам сигналом и по образованной сумме судят о среднем значении измеряемого сигнала.

СОЮЗ COBETCHHX

lal

РЕСПУБЛИК

ОЮ (11) ЗАД) 0 01 R 19/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ll IESTOPCNOMV CNlg_#_lCIbCTEV

ГОСУДМ СТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 2953872/18-21 (22) 08.07.80 (46) 30.12.83. Бюл. 9 48 (72) В. Г. Цывинский и В. Е. Быков (71) Главный вычислительный центр

Министерства просвещения УССР (53) .621.317.7(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 216134, G 01 и 19/25, 1967.

2. Гришанов A. A. Интегрирующие цифровые вольтметры. М., Энергоиздат, 1981, с. 56-57. (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНИХ

ЗНАЧЕНИЙ ПЕРЕМЕННЫХ СИГНАЛОВ, осиованный на усреднении измеряемого сигнала путем его интегрирования в те- чение определенного времени, задержке усредненного сигнала и вычитании задержанного усредненного сигнала из измеряемого, о т л и ч а ю щ и йс я .тем, что, с целью расширения частотного диапазона измеряемых си1налов, сформированную разность делят на время интегрирования и умножают на время задержки, полученный результат суммируют с задержанньм усредненным сигналом и по образованной сумме судят о среднем значении измеряемого сигнала.

1064212

Изобретение относится к электрическим измерениям и может быть использовано при исследовании как периодических, так и непериодических сигналов.

Известен способ измерения средних значений переменных сигналов, в частности напряжения, заключающийся в линейном детектировании измеряемого напряжения, сравнении продетектиро- . ванного сигнала с линейно изменяющимся опорным напряжением, регистрации суммарной длительности интервалов времени превышения уровня опорного напряжения многовенными значениями продетектированного сигнала за 15 время одного периода опорного напряжения и оценке средиего значения измеряемого напряжения по упомянутой суммарной длительности 1) .

Недостаток указанного способа свя-20 зан с низкой точностью измерения, обусловленной подверженностью измерительного процесса искажающему влиянию помех.

Наиболее близким к предлагаемому 25 является способ .измерения переменных сигналов, предусматривающий усреднение измеряемого сигнала путем его интегрирования в течение определенного времени, задержку усредненного сигна- 0 ла, вычитание задержанного усредненного сигнала из измеряемого, усреднение сформированной разности, суммирование двух полученных усредненньцс сигналов и оценку среднего значения измеряемого сигнала по образован- ной сумме 2) .

К недостаткам известного способа относится узкий частотный диапазон измеряемых сигналов, ограниченный в основном техническими параметрами ин.40 тегрирующих аналого-цифровых преобразователей.

Цель изобретения — расширение частотного диапазона измеряемых сигналов. 45

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения средних значений переменных сигналов, основанному на усреднении измеряемого сигнала путем его интегрирования в течение определенного времени, за- >» держке усредненного сигнала и вычитании задержанного усредненного сигнала из измеряемого, сформированную разность делят на время интегрирова- 55 ния и умножают на время задержки, полученный результат суммируют с задержанным усредненным сигналом и по образованной сумме судят о среднем значении измеряемого сигнала. 60

- Ha чертеже представлена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит операционные усилители 1 и 2, преобразователь 3 напряжения в сопротивление (с сопротивлением R< ), блок 4 задержки, генератор 5 пилообразного напряжения, резисторы 6-11 (с сопротивлениями RgR ), входную клемму 12 и выходную клемму 13. Один иэ входных выводов усилителя 1 через резистор б соединен с входной клеммой 12 устройства, а другой через резистор 7 - с первым выходньМ выводом блока 4 задержки и через резистор 8 с собственным выходным выводом. Кроме того, выходной вывод усилителя 1 подключен через резистор 9 к одному иэ входных выводов преобразователя 3 напряжения в сопротивление, другой входной вывод которого соединен с выходным выводом геиератора 5 пилообразного напряжения, Один из входных выводов усилителя 2 подключен к выходному выводу преобразователя 3 и через резистор 10 к первому выходному выводу блока 4 задержки, а другой входной вывод через резистор 11 соединен с собственным выходным выводом. Кроме того, выходной вывод усилителя 2 подключен к выходной клемме 13 устройства и к входному выводу блока 4 за— держки. второй выходной вывод которого соединен с входным выводом генератора 5.

Среднее значение сигнала U(t) за время усреднения t определяется соотношением

1 ср «> = ) < lt> бй. (1 )

О

Если принять Ucp (t ) в качестве предыдущего среднего значения сигнала, задержанного на время, то можно показать, что для последующего незадержанного среднего значения

U > (t + Ф ) справедливо соотношение cp(< ) =()gp(t) t (U(t) Н (0) .

Е .. àæåHèå 2 положено в основу алго:.>нтма функционирования устройства, реализующего предлагаемый способ.

С помощью операционного усилителя

1 осуществляется вычитание из входного сигнала U(t) задержанного усред. ненного сигнала р () поступающего на:инвертируюций вход усилителя .f c выхода блока 4 задержки. Напряжение

U<(t ) на выходе усилителя 1 соответст вует

0,Ù= — u(t)- — о, (ц.

8 8

6 "т Р (3)

Если R 6 Н 7 = R 8 то выражение (3) гнэинимает вид

" (") = U(t) - Нср (t) (4)

Напряжение (1) через резистор 9 и преобразователь 3 напряжения в сопротивление поступает на вход операционного усилителя 2, в котором скла1064212

Состав тель Л. Морозов

Редактор A. Лежнина Техред q.Ïèëèïeíêo Корректор r.Реыетник

Тирам 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета CCCP по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 10516/46

Филиал ППП "Патент", г. Умгород, ул. Проектная. 4 дывается с задержанным усредненным сигналом U (t), поступающим с выхода блоха 4 задержки через резистор

10. Напряжение U<(t) на выходе усилителя 2, являющееся выходным напряжением оэ,„ (t) устройства, соответствует

u (ì О (1) 0 8, 2)- u,(Ц

"м

RgtR

+ — "0 (t)

10 ср

Если Rg = Н <о R<< и Р "З то с учетом (4) выражение (5) принимает вид

0ф,)*0щц,(Ч=Ч р(1) =()<<(t)i 15 (u(t) U,ð®1

Ф т.е. полностью совпадает с выражением (2). 20

В процессе работы устройства пило образное напряжение с выхода генератора 5 подается на вход преобразователя 3 только при t > . При этом время задержки С, равное интервалу 25 аппроксимации среднего значения сиг= нала, выбирается из допустимого значения погрешности от аппроксимации:

4 зо где „ а„ вЂ” максимальная частота в спектре усредняемого сигнала .

Если для упрощения принять t и 2, где n — любое положительное вещест- 35 венное число, то можно показать что напряжение на выходе устройства будет определяться как т.е. равняться среднему значению сигнала U(t) за время усреднения t

nni, .

Анализ выражения (6) показывает, что в данном случае усреднение сигнала происходит с постоянным весом, т.е. каждое слагаемое в сумме, соответствующей среднему значению выходного сигнала складывается с одинаf ковым весом, как в идеальном интеграторе. Быстродействие данного устройства также не уступает быстродействию идеального интегратора. Вместе с тем, динамический диапазон работы его функциональных узлов равен динамическому диапазону изменения составляющих усредняемого сигнала, т.е. оказывается значительно меньшим. чем у идеального интегратора.

В предлагаемом способе сохранены достоинства и устранены недостатки известных способов, в том числе и способов усреднения с применением . идеального интегратора и интегрирующей RC-цепочки, что в конечном счете и обеспечивает расширение частотного диапазона измеряемых сигналов.

При этом возможность его использования применительно к сигналам не только периодического, но и непериодического характера, предопределяется тем, что в нем нигде не возникает необходимость измерения времени усреднения.