Способ измерения амплитудного значения электрического сигнала

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Цель изобретения - повьшение точности измерения . Способ заключается в формировании сдвинутого по фазе электрического сигнала путем сдвига измеряемого сигнала, формирования суммарного и разностного сигналов путем суммирования и вычитания соответственно измеряемого и сдвинутого по фазе сигналов, функциональном преобразовании отношения суммарного и разност - ного сигналов к значению функционально преобразованного. Смещение сформированных суммарного и разностного. сигналов на калиброванный постоян1и 1й уровень и , измерение экстремальных значений смещенных сигналов, калиброванного постоянного и нулевого уровней , определение амплитуд сумма1 ного и разностного напряжений путем вычитания из результатов измерения смещенных сигналов результата измерения калиброванного уровня и определение амплитудного значения измеряемого сигнала по произведению отношения а тлитуды разностного сигнала к значению функционально преобразова1даого с на коэффициент К и и оп - и , где и; результат измерения нулевого уровня, обеспечивает коррекцию аддитивной, мультипликативной погрешностей и погрешностей нелинейности измерения. 2 ил. (Л с: 4 О) СП sj со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСНИХ

РЕСПУБЛИН ц1), G 01 R 19/04

OllHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 ил.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (61) 847218 (21) 4148413/24-21 (22) 18. 09.86 (46) 15.03.89. Бюл. ¹ 10 (71) Институт кибернетики нм. В.М. Глушкова (72) В.Т. Кондратов (53) 621.317. 726 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 847218, кл. G 01 R 19/04, 1979. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДНОГО

ЗНАЧЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СИГНАЛА (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике. Цель изобретения — повышение точности измерения. Способ заключается в формировании сдвинутого по фазе электрического сигнала путем сдвига измеряемого сигнала, формирования суммарного и разностного сигналов путем суммирования и вычитания соответственно измеряемого и сдвинутого по фазе сигналов, функциональном преобразовании отношения суммарного и разност Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в устройствах для анализа гармоник, фазочувствительных вольтметрах и анализаторах амплитудно-частотных характеристик.

Цель изобретения — повышение точности за счет коррекции аддитивной, мультипликативной погрешностей, а

l также погрешности нелинейности измерения °

„„Я0„„1465790 А 2 ного сигналов к значению функционально преобразованного. Смещение сформированных суммарного и разностного, сигналов на калиброванный постоянный уровень U Ä, измерение экстремальных значений смещенных сигналов, калиброванного постоянного и нулевого уровней, определение амплитуд суммарного и разностного напряжений путем вычитания из результатов измерения смещенных сигналов результата измерения калиброванного уровня U и определение амплитудного значения измеряемого сигнала по произведению отношения амплитуды разностного сигнала к значению функционально преобразованного на коэффициент К =... где Uo—

Uåï (0П результат измерения нулевого уровня, обеспечивает коррекцию аддитивной, мультипликативной погрешностей и погрешностей нелинейности измерения.

На фиг. I изображены временные диаграммы, поясняющие способ; на фиг. 2 — устройство для реализации способа.

Способ заключается в следующем.

В исследуемый электрический сигнал (фиг. fа)

U,(t) = U sin ыt, (1) где U — амплитудное значение сигнала;

ы — круговая частота, 1465790 вводят дополнительный фазовый сдвиг

В результате получают сдвинутый о по фазе электрический сигнал (фиг.1б) U (t) = U„sin(u) t - q,), (2) 5

Электрические сигналы tJ,(t) и

Ug(t) вычитают и суммируют один с другим. В результате получают суммарный U (t) и разностный U ))(t) сиг- 10 налы соответственно (фиг. 1в) Uz(t} = U,(t) + U<(t) = U„(sin(et +

sin(v t -q ) = U „sin(u t + 0,59,) (3)

U (t) = U () — U (t) — V„(sin t

sin(t -((),) = ц cos(t - 0,5ч,),(4) где U а („= 2U„s in0, 5 M„U „=

2ц,„соз0, 5 (; амплитудные значения (разностного и суммарного сигналов, Суммарный и разностный сигналы смещают на калиброванный постоянный уровень ц, = const . (5)

В результате получают смещенные сигналы (фиг. 1г) ц 3 (t ) U() + U() )»» s in ((») t — О, 5 Чо )»,(6 } ц (} = ц,„+ ц sin(() t + 0,5<р,). (7) В моменты времени ; = перехода через нуль суммарного и разностного сигналов измеряют максимальные и минимальные значения ц, =

= U (t„), U = U,(tg), -U, = -U„=

U (t ) -U = -U< = ц4(() смещен4

35 ных сигналов. Поскольку реальный измеритель имеет характеристику

:у = zs(1 + у) + у, (8) где x — измеряемая величина;

Лу — аддитивная составляющая погрешности измерения;

p - мультипликативная составляющая погрешности измерения;

s - -крутизна преобразования; у — результат измерения, то реальные результаты измерения максимальных и минимальных значений смещенных электрических сигналов

U, = (U „+U»)s(i + ) -).aU, U) (ц + U )s(1» ) ьдц (цо()+ ц4в) з(+ ". +

+DU-- -U (1" 1)

55 ц4 — (ц()().+ ц,»)) з(1 + (.) + .+ ю =-ц, и (12) где Ы вЂ” аддитивная составляющая погрешности измерения. (9) 50 (10) Затем измеряют значения калиброванного постоянного уровня ц,Д и нулевого уровня U . Значения калиброванного постоянного уровня измеряют в моменты времени t; + (,, где Гинтервал времени задержки. В результате получают ц, „(t, + «, ) = U,„s(1 + ) + aU (13)

Значение нулевого уровня U, измеряют в моменты времени t; + 2с

U (I + 2 ) =U,s(1+y) +лц,=лц, так как U = О. (14) ц, „= ц, - U,„= 1.„s(1 +Т)

-ц()п,= ц 3- ц о() = -цд»)» з(1 + ) )»

U4 Uo Ug s(1 +f) (15) (16) (17) (18) судят о амплитудных значениях суммарного и разностного сигналов °

Затем определяют коэффициент пропорциональности

/(ю <, ) -(т — — . ()9)

Об амплитудном значении исследуемого электрического сигнала судят по выражению

0,5U (U = К

sin$arctg(цд,„/U „)) (20) или по выражению

0,5U т, U К (21)

cos(are tg (U< /U )1

Устройство для реализации способа содержит фазовращатель 1, блок.2 вычитания, блоки 3-5 суммирования, нуль-органы 6-8, ключи 9-12, логические элементы ИЛИ 13-15, элементы

16-18 задержки, цифроаналоговые преобразователи 19 и 20, аналого-цифровой преобразователь 21, арифметический блок 22, дешифратор 23, счетчик

24 импульсов, задатчик 25 постоянного напряжения, регистр 26,форьщрователь 27 импульсов, выходную шину 28. регистрирующий блок 29.

Результаты измерений калиброванного постоянного уровня вычитают из результатов измерений максимальных и минимальных значений смещенных сигналов. По полученным значениям

1465790

Вход фазовращателя 1 соединен с первыми входами блоков 2 и 3 и нуль-органа 6 и подклвчен к входной клемме устройства. Выход фазовраща5 теля 1 соединен с вторыми входами блоков 2 и 3. Выход блока 3 подключен к первым входам нуль-органа 8 и блока 5. Выход блока 2 соединен с первыми входами нуль-ор- -10 гана 7 и блока 5. Вторые входы нуль-органов 6-8 соединены с земляной шиной, а вторые входы блоков 4 и 5 соединены с входом ключа 10 и подключены к выходу преобразователя 15

20, входы которого соединены с первыми входами блока 22 и выходами задатчика 25. Вьгхады блоков 4 и 5 соединены с входами ключей 9 и 11 соответственно, чьи выходы объедине- 20 ны между собой и с выходами ключей

10 и 12 и подключены к входу преобразователя 21 Вход ключа 12 соединен с земляной шиной.

Выход нуль-органа 6 подключен к . входу установки нуля счетчика 24 и к входу элемента ИЛИ 14. Выход нульоргана 7 соединен с управляющим входом ключа 11, первым входом элемента

ИЛИ 15 и с вторым входом элемента 30

ИЛИ 13. Выход нуль-органа 8 подключен к управляющему входу ключа 9, третьему входу элемента ИЛИ 15 и к первому входу элемента ИЛИ 13.

Выход элемента KIH 13 через элемент 16 подключен к управляющему входу ключа 10, к второму входу элемента ИЛИ 15 и к входу элемента 17.

Выход элемента 17 соединен с первым входом элемента ИЛИ 14, чей выход 40 подключен к управляющему входу ключа

12 и к четвертому входу элемента

ИЛИ 15. Выход последнего через формирователь 27 соединен со счетным входом счетчика. Выходы счетчика 24 45 подключены к входам дешифратора 23, чьи шесть выходов соединены с управ- ° ляющими входами блока 22. Шестой выход дешифратора 23 через элемент

18 задержки соединен с шиной 28 и с управляющим входом регистра 26, входы которого подключены к выходам блока 22. Вторые входы блока 22 подключены к выходам преобразователя 21 °

Выходы регистра 26 соединены с входами блока 29, с шиной 28 и. с входами преобразователя 19.

Устройство работает следующим образом.

На вход фазовращателя f и на первые входы блока 2 вычитания, блока 3 суммирования и нуль-органа 6 поступает электрический сигнал V,(t).

В момент времени перехода через нуль сигнала U,(t) на выходе нуль-органа 6 появляется импульс, который через элемент ИЛИ 14 поступает на управляющий вход ключа 12, обеспечивая его кратковременное замыкание на землю.

В результате, на вход аналогоцифрового преобразователя 21 поступает сигнал нулевого уровня. Выходной код нуля преобразователя 21 поступает на входы регистров арифметического блока 22. Одновременно выходной импульс нуль-органа 6 поступает на вход установки в нуль счетчика 24.

В результате на выходах счетчика 24, а следовательно, и на выходах дешнфратора 23 устанавливается потенциал логического нуля, запрещающий запись выходного кода преобразователя 21 в регистры блока 22 в последукщие моменты времени до поступления на счетчик 24 первого импульса с выхода элемента ИЛИ 15. На выходе блока 29 установится код нуля. Устройство готово к работе.

С помощью фазовращателя 1 формируется сдвинутый по фазе на с, сигнал U (t) который поступает на вторые входы блока 2 вычитания и первого блока 3 суммирования. С помощью блоков 2 и 3 формируются, соответственно, разностный и суммарный сигналы U „ (t) и U (t), которые поступают на первые входы сумматоров 4 и 5 соответственно. На вторые входы сумматоров 4 и 5 поступает постоянное напряжение 0, с выхода цифроаналогового преобразователя 20. Значение

U . устанавливается с помощью задатчика 25.

В результате на входы ключей 9,и

11 поступают смещенные сигналы U>(t) +

+ U U (t) + U Одновременно на входы ключей 10 и 12 поступают соответственно напряжение U,„è нулевое напряжение U,,т.е. потенциал земли.

Поскольку выходы ключей 9-12 объединены и соединены с входом преобразователя 21, то укаэанные сигналы будут преобразовываться в цифровой код прч кратковременном и поочередном замыкании ключей 9-12, управление которыми осуществляется выходными

1465790 импульсами нуль-Органов 6-8 непосредственно или после задержки кх на время . с помощью элементов 16 и 17 задержки.

Ключи 9 и 11 управляются непосредственно выходными импульсами нуль-органов 8 и 7. Ключи 10 и 12 управляются импульсами, объединенными элементами ИЛИ 13 и 14. Причем на входы элемента ИЛИ 13 выходные импульсы нуль-органов 7 и 8 поступают непосредственно. На первый вход элемента ИЛИ 14 выходные импульсы нуль-органов 7 и 8 поступают через элемент ИЛИ 13 и элементы 16 и 17 задержки, задержанными на время, равное 2, где r, — время задержки элементов 16 и 17.

В результате ключ 10 управляется 20 выходными импульсами нуль-органов 7, и 8, задержанными на время "., а четвертый ключ 12 — импульсами, задержанными на время 2 .

В момент t:, перехода через нуль 25 суммарного сигнала на выходе нульоргана 8 формируется импульс, замы1 кающий ключ 9 на время, достаточное для преобразования в код N мгновенf .

1 ного значения смещенного разностного сйгнала

N „= (И,„+ Н „) (1 +,) + а Ы, (22) где ЛИ u y — аддитивная и мультипликативная составлянщие погрешности преобразователя 21; истинное значение постОянногО напряжения; истинное амплитудное значение разностного сигнала.

Код N, запоминается в блоке 22.

Через время выходной импульс нуль-органа 8 поступает на управляющий вход ключа 10, а через время

2 - HB. p333JIBI0IIIHH вхО кпюча 12.

Одновременно задержанные импульсы будут поступать и на счетчик 24, меняя его состояние.

В результате в блоке 22 запоминаются кОды чисел

N, „= N,„(1 + ) + IIN

N - И,(1 +)) + dN соответствующие значениям постоянного напряжения U,„è I-yaeaoI.o уровня

0 в моменты времени и „ * 3 и t + л„, В моменты времени перехода разностного сигнала через нуль на выходе нуль-органа 7 появляется импульс, замыкающий ключ 11. Код числа юп + N ) (1 + у) + dN, (25) где N — истинное амплитудное значение суммарного сигнала, запоминается в блоке 22.

Аналогично, в моменты времени

t< + i u t < + 2 в блоке 22 записываются коды чисел

N,„=-.Ngn (1 + y ) + rl N, N" = N, (1+ ) + IlN, (26) (27) соответствующие значениям напряжения U„ и нулевого уровня U o.

Искомое амплитудное значение U вычисляется в блоке 22 по формуле (20) .

Результат вычисления поступает на выходную шину 28, цифроаналоговый преобразователь 19 и на регистрирующий блок 29, что обеспечивает представление результата измерения в цифровом и аналоговом видах.

Формула изобретения

Способ измерения амплитудного значения электрического сигнала по авт. св. Р 847218, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности, суммарный и разностный сигналы смещают на калиброванньй постоянььпл уровень U в моменты времени перехода через нуль суммарного и разностного сигналов измеряют максимальные и минимальные значения смещенных разностного и суммарного сигналов соответственно, затем измеряют значения калиброванного постоянного уровня и нулевого уровня, результат измерения калиброванного постоянного уровня U, âû÷èòàþò из результатов измерений максимальных и минимальных значений смещенных суммарного и разностного сигналов и получают амплитудные значения суммарного и разностного сигналов, затем определяют коэффициент пропорциональности К = U „(U „, — U, ), где U,— результат измерения нулевого уровня, амплитудное значение электрического сигнала определяют по произведению коэффициента пропорциональности на отношение половины амплитуды разностного напряжения к значению функ ционально преобразованного напряжеНИЯ о

1465790

Составитель С. Рыбин

Редактор И. Касарда Техред A. Кравчук Корректор И. Пожо

Заказ 940/45 Тираж 711 Подписное

ВНИИПЙ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при м п и ГКНТ СССР

1 1 Э035 Москва Ж35 Раушская наб е 1 де 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, у . р в 66 л. Гага ина 101