Способ определения уровня электрического сигнала и устройство для его осуществления

 

Изобретение может быть использовано для определения уровней электромагнитных , электрических и магнитных колебаний при любых электрои радиотехнических измерениях . Цель изобретения - повышение точности измерения. Это достигается за счет исключения линейной зависимости погрешности измерения от погрешности измерителя уровня электрического сигнала, что достигается нелинейным преобразованием нелинейным элементом 1 измеряемого электрического сигнала с уровнем А0 и частотой f0 в электрический сигнал с уровнем An и частотой nf0, измерением приемником 2 на частоте nf0 уровня Ап преобразованного электрического сигнала и пересчетом цифровым делителем 8, блоком 7 логарифмирования и блоком 6 антилогарифмированич уровня Ап электрического сигнала в уровень А0 путем обратного нелинейного преобразования вида А0 (An). 2 с.п.ф-лы, 2 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК . (я)5 G 01 R 27/28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

«.М 3

О

Ю

6д

ЬЭ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4674476/21 (22) 04.04.89 (46) 30,12.91. Бюл, М 48 (72) В.А. Работкин, Э.Н, Сошников и В.Т.

Толчеев (53) 621.317.75(088,8) (56) Кугушев А,М. и Голубева Н,С. Основы радиотехники и электроники. М.: Энергия, 1969, с.445-448, Измерительный приемник П5-4Б. Техническое описание и инструкция по эксплуатации, 1977, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СИГНАЛА И УСТРОЙ. СТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение может быть использовано для определения уровней электромагнитных, электрических и магнитных колебаний... Ж,, 1702324 А1 при любых электро- и радиотехнических измерениях. Цель изобретения — повышение точности измерения. Это достигается эа счет исключения линейной зависимости погрешности измерения от погрешности измерителя уровня электрического сигнала, что достигается нелинейным преобразованием нелинейным элементом 1 измеряемого электрического сигнала с уровнем А, и частотой 4 в электрический сигнал с уровнем Ап и частотой nfl, измерением приемником 2 на частоте nfl уровня Ап преобразованного электрического сигнала и пересчетом цифровым делителем 8, блоком 7 логарифмирования и блоком 6 антилогарифмирования уровня Ал электрического сигнала в уровень А путем обратного нелинейного преобразования вида А, =arc(F(An)). 2 с.п.ф-лы, 2 ил, 1702324

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения уровней электромагнитных, электрических и магнитных колебаний при любых электро- и радиотехнических измерениях, в основе которых заложено измерение уровней колебаний, в частности измерение уровней электрических сигна;лов.

Цель изобретения — повышение точно,сти определения за счет исключения линей ной зависимости погрешности измерителя уровня электрического сигнала.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг.2 — блок-схеМа калибровки нелинейного элемента.

Устройство для реализации способа содержит послеДовательно соединенные нелинейный элемент 1, выполненный, например, в виде ферритового вентиля 36-34 с квадративной зависимостью F(Ap), вход которого является входом устройства, измерительный приемник 2 и аналого-цифровой преобразователь 3, а также блок 4 памяти, дешифратор 5, блок 6 антилогарифмирования, блок 7 логарифмирования, цифровой делитель 8, цифровой индикатор 9, последовательно соединенные генератор 19 одиночных импульсов и элемент 11 задержки.

При этом последовательно соединены блок

; 4, цифровой делитель 8, управляющий вход, . которого подключен к выходу генератора

; 10, а первые разрядные входы соединены с, выходом преобразователя 3, блок 7, уп равляющий вход которого подключен к первому выходу элемента 11, блок 6, управ ляющий вход которого соединен с вторым выходом элемента 11, дешифратор 5 и индикатор 9;

Блок-схема калибровки нелинейного элемента содержит источник 12 сигнала, полосовой фильтр 13, измеритель 14 мощности, фильтр 15 нижних частот и два переключателя 16 и 17.

Сущность способа состоиг в том, что при измерении уровня электрического сигнала предварительно измеряемый электрический сигнал частотой fp и уровнем А, преобразуют в электрический сигнал частотой nfp и уровнем An = F(Ap) и соответственно увеличивают частоту настройки измерительного приемника в п раз, для чего измерительный приемник настраивают на частоту nfp и измеряют уровень Ап преобразованного электрического сигнала, после чего уровень An электрического сигнала пересчитывают в уровень Ао путем обратного нелинейного преобразования вида

Ap = агс(Р(АП)) .

5

10.

В случае нелинейного преобразования, подчиняющегося степенному закону с показателем степени и, Ао" = (Ал/an)..

Снижение относительной погрешности

A Ap/Аоизмерения уровня Ао электрического сигнала, например, за счет нелинейного степенного преобразования измеряемого .электрического сигнала с уровнем Ао и частотой fp в сигнал с уровнем

A> = Ао" а, è.частотой nfp осуществляется путем измерения уровня An сигнал на частоте nfp с последующим вычислением А, электрического сигнала частотой fp по формуле А, = (A>/ap), где и — степень нели1/п нейного преобразования измеряемого электрического сигнала, выбираемая из расчета требуемой точности измерений и применяемого нелинейного элемента; а — коэффициент преобразования применяемого нелинейного элемента, который определяется методом его калибровки. При этом относительную погрешность"измерения электрического сигнала с уровнем Ао и частотой fp основанного на измерении сигнала с уровнем An и частотой п1 с последуюЩим вычислением уровня Ао электрического сигнала частотой fp, определяют по формуле

hQ 1 hAÄ ha с точностью до члеА, К A„ а нов второго порядка малости, Устройство для реализации способа работает следующим образом.

Электрический сигнал с уровнем Ао и частотой fp подается на нелинейный элемент 1, который преобразует его в электрический сигнал с уровнем А2 = 02 Ао и частотой 210. Измерительный приемник 2 настраивается на частоту 210, которым осуществляется измерение уровня Az преобразованного электрического сигнала, поступающего в аналоговой форме на вход аналого-цифрового преобразователя 3, а с его выхода в двоичном коде — на.первые разрядные входы цифрового делителя 8, на вторые разрядные входы которого с блока 4 памяти подается также в двоичном коде значение коэффициента аг .

С помощью генератора 10 (нажатием контактной кнопки) вырабатывается одиночный импульс U1, который подается на входы элемента 11 задержки и цифрового делителя 8. Цифровой делитель 8 срабатывает и на его выходе вырабатывается частное Ap = Az/az, которое поступает на вход

2 блока 7 логарифмирования. С первого выхода элемента 1 задержанный на величину

Т1импульс U1 подается на управляющий вход блока 7 логарифмирования. Блок 7 срабатывает и на его выходе формируется зна1702324

10

55 чение Ig Ap = — Ig (Аг/а2), поступающее на

2 блок 6 антилогарифмирования, на управляющий вход которого с второго выхода элемента 11 задержки подается задержанный на т2 импульс Ui. На выходе блока 6 в двоичном коде образуется значение А0 уровня измеряемого электрического сигнала, которое поступает на вход дешифратора 5. Величин ы т1 и т2 Выбираются исхОдя иэ времени срабатывания цифрового делителя

8 и блока 7 логарифмирования. Дешифратор 5 преобразует напряжение двоичного кода в десятичный и на световом табло цифрового индикатора 9 высвечивается значение Ао уровня измеряемого электрического сигнала частотой fp, Коэффициент а, преобразования нелинейного элемента определяется следующим образом (см.фиг.2).

Источник 12 электрического сигнала, например генератор типа Г4-95, устанавливают на частоту измеряемого электрического сигнала, например, 3 ГГц. Первый и второй переключатели 16 и 17 устанавливают в положение I. При этом с выхода генератора электрический сигнал через первый переключатель 16, нелинейный элемент 2, полосовой фильтр 13, осуществляющий селекцию сигнала на частоте 210, например и = 2 2fp = 6 ГГц, и второй переключатель 17 поступает на прецизионный измеритель 14 мощности, которым измеряется уровень Az преобразованного электрического сигнала с уровнем А0. Затем первый и второй переключатели 16 и 17 устанавливаются в положение 11, При этом с выхода генератора 12 электрический сигнал с уровнем А0 и частотой 3 ГГц через первый переключатель 16, фильтр 15 нижних частот с частотой среза fp

= 3 ГГц и затуханием, идентичным затуханию первого фильтра 13, и второй переключатель 17 также поступает на вход прецизионного измерителя 14 мощности для измерения уровня А0 электрического сигнала. Эффективность преобразования нелинейного элемента при квадратичном преобразовании измеряемого электрического сигнала (n = 2) равна среднему значению N измерений отношения уровня электрических сигналов Az, измеренных на частоте 2fp, к соответствующим значениям уровней А0 электрических сигналов на час1 П АГ! тоте fp, а именно а = к-, Я А

Количество N измерений и динамический диапазон уровней электрических сигналов определяется исходя из априорно заданного динамического диапазона измерения уровней электрических сигналов и заданной точности экспериментального определения коэффициента а преобразования нелинейного элемента.

Относительная погрешность измерения современных измерителей мощности не превышает 10 . Поэтому, учитывая, что А =

= А2/а, предельная погрешность определения коэффициента а преобразования нелинейного элемента ед = Ед, 0,1 +0,1 =0,14, где яд„иод — относительные погрешности измерения Ар и Az.

Погрешность измерения уровня А0 электрического сигнала частотой fp прямым методом, например измерительным приемником П5-27 согласно его инструкции по эксплуатации, составляет 3 дБ. Следовательно, предельная относительная;погрешность измерения уровня электрического сигнала предлагаемым методом с учетом, что Ap = (Аг/a2) и использовании квадра12 тичного преобразования электрического сигнала с уровнем Ар и частотой fp в сигнал с уровнем А2 = а Ао и частотой 2fo, равна г 0

В случае использования в предлагаемом устройстве измерительного приемника типа

П5-25 с относительной погрешностью измерения 3 дБ или 200 предельная относительная погрешность измерения уровня А электрического сигнала ед ((4 + 0,02)/4) /г

=1, т.е. <А01.= 100

Из сравнения погрешностей измерения уровня электрического сигнала Ао прямым методом (измерительным приемником типа

П5-25) и предлагаемым способом и устройством (с использованием нелинейного элемента с квадратичной характеристикой и измерительного приемника П5-27) очевидно, что погрешность измерения уровня А0 электрического сигнала предлагаемым способом и устройством при п = 2 уменьшается почти в два раза. При увеличении и погрешность измерения уровня А0 при использовании, например, измерительных приемников типа П5-25-П5-28 можно уменьшить почти в

8 раз.

Формула изобретения

1.Способ определения уровня электрического сигнала, заключающийся в приеме измеряемого сигнала, преобразовании частоты этого сигнала в промежуточную частоту, усилении преобразованного сигнала до заданной величины и сравнении его с уров1702324

Составитель Н.Михалев

Техред М, Mîðãåí Tàë Корректор О. Кундрик

Редактор Т;Горячева

Заказ 4541 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва. Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101 нем образцового сигнала, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения за счет исключения линейной зависимости погрешности измерения от погрешности измерителя уровня, предварительно осуществляют степенное нелинейное преобразование измеряемого электрического сигнала с частотой fo и уровем Ао в электрический сигнал с частотой

fo и уровнем Ao Qn, где п — степень нелинейного преобразования; ап — коэффициент преобразования нелинейного элемента, соответственно увеличивают в и раз частоту настройки приемника и измеряют уревень А> преобразованного электрического сигнала, который пересчитывают к уровню

Исходного сигнала путем обратного нелиней. ного преобразования вида Ao = (An/Qn)

1/п

2.Устройство для определения уровня электрического сигнала, содержащее измерительный приемник, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, в него введенный нелинейный эле-, мент, вход которого является входом устройства, а выход соединен с входом

5 измерительного приемника, блок памяти, последовательно соединенные генератор одиночных импульсов и элемент задержки, последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, вход

10 которого подключен к выходу измерительного приемника, цифровой делитель, управляющий вход которого соединен с выходом генератора одиночных импульсов. а вторые разрядные входы соединены

15 с разрядными выходами блока памяти, блок логарифмирования, блок антилогарифмирования, дешифратор и цифровой индикатор, при этом управляющие входы блока логарифмирования и блока антило20 гарифмирования подключены к первому и второму выхо,ам элемента задержки соответственноо.