Способ измерения амплитудного значения электрического сигнала

 

Изобретение служит для повышения точности измерения амплитудного значения электрического сигнала . Устройство, реализующее способ, содержит компараторы 1 и 2, формирователь 3 опорных уровней, триггеры 4-7, нуль-орган 8, генератор 9 тактовых импульсов, элементы И-НЕ 10-12, реверсивный счетчик 13 импульсов , блок 14 инверторов, одновибратор 15, формирователь 16 импульсов сброса, аналого-цифровой преобразователь 17, регистр 18 числа , арифметический блок 19, отсчет иг .2 но-регистрирующий блок 20. Формируют положительные (ПОУ),отрицательные (ОУ) i-e опорные уровни и определяют моменты времени td перехода исследуемого сигнала (С) через i-e ПОУ в положительном направлении и моменты времени t, перехода С через i-e ОУ в отрицательном направлении. Значения i-x ОУ используют как результаты измерений мгновенных значений исследуемого С в первые характеристические моменты времени . После этого измеряют временные интервалы &t,; t,; - tgj и определяют характеристические моменты времени как моменты окончания временных интервалов ut,;/2, отсчитываемых от характеристических моментов времени t,; . Способ предусматривает возможность дополнительно усреднять среднеквадратические значения пар результатов измерений мгновенных значений с тем, чтобы иметь возможность судить об искомом амплитудном значении по получ енному результату усреднения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. с (Л 4 4 Од ГС

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU. 1441321 А1 (51) g G 01 R 19/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4148653/24-21 (22) 27.08.86 (46) 30.11.88. Бюл. У 44 (71) Институт кибернетики им. В.М. Глушкова (72) В.Т. Кондратов (53) 621.317.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

II 847218, кл. G 01 R 19/04, 1979.

Патент Японии 11 - 48-25676, кл. С 01 R19/04,,1973. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДНОГО

ЗНАЧЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СИГНАЛА (57) Изобретение служит для повышения точности измерения амплитудного значения электрического сигнала. Устройство, реализующее способ, содержит компараторы I и 2, формирователь 3 опорных уровней, триггеры 4-7, нуль-орган 8, генератор 9 тактовых импульсов, элементы И-НЕ

10-12, реверсивный счетчик 13 импульсов, блок 14 инверторов, одновибратор 15, формирователь 16 импульсов сброса, аналого-цифровой преобразователь 17, регистр 18 числа, арифметический блок 19, отсчетно-регистрирующий блок 20. Формируютположительные (ПОУ),отрицательные (ОУ) i-e опорные уровни и определяют моменты времени t перехода исследуемого сигнала (С} через i-e

ПОУ в положительном направлении и моменты времени и „ перехода С через

i-e ОУ в отрицательном направлении.

Значения i-x ОУ используют как результаты измерений мгновенных значений исследуемого С в первые характеристические моменты времени

После этого измеряют временные интервалы Д 1, = t „- t ; и определяют характеристические моменты времени t<, как моменты окончания временных интервалов .:h t 6t, /2 отсчитываемых от характеристических моментов времени tÄ; . Способ предусматривает возможность дополнительно усреднять среднеквадратические значения пар результатов измерений мгновенных значений с тем, чтобы иметь возможность судить об искомом амплитудном значении по полученному результату усреднения. 1 s.í. ф-лы, 2 ил.

1441321

Изобретение относится к электроизмерительной технике.

Цель изобретения — повьппение точности измерения.

На фиг. 1 приведена временная диаграмма, поясняющая данный способ; на фиг. 2 — блок-схема устройства для его реализации.

Способ заключается в следующем.

Допустим, что измерению подлежит амплитудное значение U электрического сигнала (фиг.1) N = ht. ° f

11

u(t) = U

Таким образом формируются характеристические моменты времени

1 отстоящие от Е1 на четверть периода исследуемого сигнала.

В моменты времени t измеряют и запоминают мгновенные значения исСле 30 дуемого сигнала

-U>, = U sin(gt „+ п /4) (2) -U cos set

Как видно из выражений (1) и (2), амплитуды выборок U г, и U; исследуемого сигнала являются функциями синус и косинус моментов времени t„;

Совместно со значениями опорных уровней -Uo„; мгновенные значения

-U ; сигнала используют для вычис4О ления среднеквадратичных значений:! /2 -< ) = (1) -U = -U< т, 1 7 откуда

Т Ц

+ — +

2 2

oi лы — 0,5Т °

I где Я = 2 и/Т вЂ” круговая частота, Ч вЂ” начальный фазовый сдвиг, Т вЂ” период сигнала.

Вначале формируют и устанавливают с заданной точностью пары опорных уровней+11„„;, где 1 = 1 2,...,и.

Определяют моменты времени и t „перехода исследуемого сигнала соответственно через положительные и отрицательные значения опорных уровней + U ; и -У „; в положительном и отрицательном направлениях.

Моменты времени „; определяются в положительный полупериод исследуемого сигнала иэ равенства

+О „; = U sin(Gt ; -g) = U< откуда

U), Ч>

= — arcsin †+—

Oi Q U1

Моменты времени t определяются в отрицательный полупериод исследуемого сигнала из равенства

-U„; Т Ч

= — arcsin — + — +—

1 — Б 2 <2

Затем выделяют временные интерваравные полупериоду исследуемого сигнала.

Временные интервалы с, измеряют ° Результаты измерений N< ïàëó÷sþò путем квантования этих временных интервалов с частотой квантования f

Результаты измерений запоминают °

Потом от моментов времени tgj отсчиты вают .. временные интервалы длительность которых в два раза меньше длительности временных интервалов т.е. 1г, = dt„ /2

Временные интервалы dt s формируют путем отсчитывания значении кодов

М„ от моментов времени t<, с частотой

2f s, <:ð.ке.i

= - (U s1ngt ) +(-U cosgt ; )

Как видно из этого выражения, среднеквадратические значения амплитуд выборок — U и -Б, равноотстоящих между собой на четверть периода, равны искомому амплитудному значению исследуемого сигнала.

Пары модулей опорных уровней Uä„ и Б „,, в пределе могут отличаться между собой на различимую по измерительному прибору величину, при которой интервалы времени (t г „ —,2; ) между измеряемыми мгновенными значениями

1441321

30 исследуемых сигналов превьппают время измерения амплитуд выборок.

В отрицательный полупериод исследуемого сигнала могут быть получены результаты и измерений его амплитудного значения.

При наличии в исследуемом сигнале шумов и помех результат каждого из и измерений получают с погрешностью, обусловленной действием этих шумов и помех. Для уменьшения влияния шумов, помех и наводок на точность из мерения полученные среднеквадратические значения дополнительно усредняют. Причем усреднения проводят в течение интервалов времени 11 е и 0,25Т.

При периодическом характере помехи время усреднения выбирают кратным периоду помехи или наводки.

Выполнение этого условия уменьшает действие периодических помех и наводок на результат измерения амплитудного значения сигнала.

Устройство для измерения амплитудного значения электрического сигнала, реализующее предлагаемый способ при

1, содержит два компаратора 1 и

2, формирователь 3 опорных уровней, четыре триггера 4-7, нуль-орган 8, генератор 9 тактовых импульсов,три логических элемента И-НЕ 10-12, ре.версивный счетчик 13 импульсов, блок 14 инверторов, одновибратор 15, формирователь 16 импульсов сброса, аналого-цифровой преобразователь 17, регистр 18 числа, арифметический блок 19 и отсчетно-регистрирующий блок 20.

Первые входы компараторов 1 и 2 соединены с парафазными аналоговыми выходами формирователя 3 опорных уровней. Вторые входы компараторов ,1 и 2, один из входов нуль-органа 8, синхронизирующий вход генератора 9 и вход преобразователя 17 соединены с входной клеммой устройства. Выход компаратора 1 подключен к входу установки единицы триггера 4, вход установки нуля которого соединен с выходом компаратора 2, к которому подключен и вход установки единицы триггера 5 ° Выход триггера 5 соединен с первым входом элемента И-НЕ 11, второй и третий входы которого соединены соответственно с инверсным выходом триггера 4 и выходом генератора 9, к которому подключен и счетный вход триггера 6. Выход триггера

6 соединен с одним из входов элемента И-НЕ 10, второй вход которого подключен к прямому выходу триггера

4, а .выход:: — к суммирующему вхоI ду счетчика 13, вычитающий вход которого подключен к выходу элемента ИНЕ 11, а выходы переполнения через блок 14 соединены с и 1 входами элемента И-НЕ 12, и-й вход которого подключен к инверсному выходу триггера 7. Выход элемента И-НЕ 12 подключен к входу установки нуля триггера

5 и управляющему входу регистра 18, информационные входы которого соединены с выходами преобразователя 17, а выходы подключены к одним из входов арифметического блока 19. Вторые входы блока 19 соединены с цифровым выходом формирователя 3, а выходы арифметического блока 19 подключены к отсчетно-регистрирующему блоку 20.

Второй вход нуль-органа 8 соединен с земляной шиной, а его выход подключен через цепочку последовательно соединенных триггера 7, одновибратора 15 и формирователя 16 импульсов сброса к входу установки нуля реверсивного счетчика 13 импульсов.

Устройство работает следующим образом.

На первые входы компараторов 1 и

2 поступают опорные уровни +О „и

-Бо„ с парафазных аналоговых выходов формирователя 3. На вторые входы ком параторов 1 и 2 поступает исследуемый электрический сигнал, который .одновременно поступает на один из входов нуль-органа 8, на второй вход

40 которого поступает нулевой потенциал. В результате на выходе нульоргана 8 в моменты времени и „, t<, ... формируется последовательно . ность коротких импульсов, которая

45 поступает на счетный вход триггера

7 ° Последний формирует сигнал типа меандр, знаки полупериодов которого

I совпадают со знаками полупериодов исследуемого сигнала. Передним фронтом сигнала типа меандр запускается одновибратор 15, который формирует импульс длительностью Т„, достаточной для надежной установки в нуль счетчика 13. Предварительно этот импульс усиливается по мощности формирователем 16. Таким образом, устройство подготавливается к процессу измерения.

% t21 t41 на всех его выходах переноса появляется потенциал, соответствующий лог."1". После инвертирования с помощью блока !4 инверторов этот сигнал поступает на п-1 входы элемента И-НЕ 12. На е"o п-м входе в отрицательный полупериод сигнала устанавливается разрешающий потенциал,; соответствующий лог. !", поступающий с инверсного выхода триггера 7.

В результате на выходе элемента И-HE 12 появляется сигнал ° соответствующий лог. "0". Этот сигнал устанавливает триггер 5 в состояние лог."p"на его,прямом выходе, запре5 14413

В момент времени t < перехода исследуемого сигнала u(t) через опорный уровень U „„ на выходе компаратора 1 формируется короткий импульс, который переводит триггер 4 в состояние "1" В результате на суммирующий вход счетчика 13 с выхода триггера 6 через элемент И-HE 10 поступает периодическая последовательность прямоугольных импульсов с частотой следования Х 6 = Е /2. Последние формируются путем деления на два частоты тактовых импульсов генератора 9 с помощью триггера 6. Суммиро- 15 вание счетных импульсов в счетчике

13 начинается с момента времени С1 . Одновременно сигнал с инверсного выхода триггера 4, соответствующий

"0 запрещает прохождение счетных импульсов через элемент И-НЕ 11 на вычитающий вход счетчика 13.

В момент времени t равенство мгновенного значения электрического сигнала u(t) значению опорного уров- 25 ня -U „,, на выходе компаратора 2 появляется короткий импульс, устанавливающий триггер 4 в нуль, а триггер 5 — в единицу. В результате поступление счетных импульсов на сум- 30 мирующий вход счетчика 13 прекращается, а на его вычитающий вход начинают поступать импульсы с выхода элемента И-НЕ !1 с частотой следования и = 2К„8.

За время gt „= t, — р, на суммирующий вход счетчика 13 поступит

N u = LB 5 t я импульсов °

С момента времени t,„из счетчика

l3 число считывается с удвоенной час- 40 тотой и = 2Е 5. В результате по истечении интервала времени

2! щая тем самым прохождение выходных импульсов генератора 9 на выч;;aÿþùèé вход счетчика 13 через элемент И-НЕ

ll. Одновременно выходной сигнал элемента И-НЕ 12 поступает и на управляющий вход регистра 18, обеспечивая запись выходного кода числа N аналого-цифрового преобразователя 17 в регистр !8. Код числа N = -SU где S — коэффициент передачи преобразователя 17, пропорционален мгновенному значению -U исследуемого электрического сигнала в момент времени,, отстоящий от » на интервал времени Дt; .

Интервал времени !!С, равен половине временного интервала Ь, т.е ° четверти периода исследуемого сигнала.

В результате на входы арифметического блока "19 поступают коды чи) се.п N,, = -SU» и Nр = -ЯБр;,!.

С помощью арифметического блока

19 амплитудное значение электрического сигнала u(t) определяется в соответствии с выражением

Код числа N„„индицируется с помощью блока 20.

Ф о р и у л а изобретения

l. Способ измерения амплитудного значения, электрического сигнала, заключающийся в том, что измеряют пары мгновенных значений исследуемого сигнала в моменты времени t и t

Ьу отстоящие друг от друга на четверть периода сигнала, и определяют искомое амплитудное значение как среднеквадратическое значение пар полученных результатов измерений мгновенных значений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, предварительно формируют положительные и отрицательные i-e опорные уровни.", где !. = 1,2,3,...,n, определяют моменты времени Ьр, перехода исследуемого сигнала через i-e положитель-, ные опорные уровни в положительном направлении и моменты времени t; перехода исследуемого сигнала через

i-e отрицательные опорные уровни в отрицательном направлении, при этом значения i-х отрицательных опорных уровней используют как результаты измерений мгновенных значений иссле1441321

Don

Составитель С. Рыбин

Редактор М. Петрова Техред А. Кравчук Корректор 3. Лончакова

Заказ 6284/49 Тирах 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раутская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, у . р л. П оектная 4

1 дуемого сигнала в первые характеристические моменты времени t„,, измеряют временные интервалы и определяют вторые характеристические моменты времени t как моменты окончания временных HH

h t<, тервалов Ь с . =, отсчитывае2 мых от характеристических моментов времени

2. Способ по п. 1, о т л н ч.а ю5 шийся тем, что среднеквадрати ческие значения пар результатов измерений мгновенных значений дополнительно усредняют и судят об искомом амплитудном значении по полученному результату усреднения.