Способ измерения амплитудного значения переменного напряжения

 

Использование: в измерительной технике для измерения амплитуды электрических сигналов при низких отношениях сигналшум. Устройство, реализующее способ, содержит фазовращатель 1, блок сравнения 2, блок интегрирования 3, блок интегрирования 4, пороговый элемент 5, аналого-цифровой преобразователь 6, нуль-орган 7, таймер 8, блок деления 9, блок умножения 10, блок задания коэффициента умножения 11, блок индикации 12. Формируют дополнительный сигнал, сдвинутый по фазе относительно исследуемого. В момент равенства этих сигналов to начинают интегрирование обоих сигналов до того момента, пока интегральное значение исследуемого сигнала не достигнет нуля. В этот момент времени ti измеряют интегральное значение дополнительного сигнала, а значение амплитуды определяют по формуле (ti) (тг-F) / /2(ti-to)sinFcos j, где S2(ti) - результат интегрирования дополнительного сигнала на временном интервале (); F - фазовый сдвиг. Причем величину фазового сдвига выбирают равной .6929693 рад ( 97°). 1 з.п. ф-лы, 3 ил. СО с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (! 1) (51)5

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

llO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4823872/21 (22) 07.05,90 (46) 23.06,92, Бюл. ¹ 23 (71) Киевский институт инженеров гражданской авиации им. 60-летия СССР (72) Н.В, Боголюбов, B,А, Игнатов и Ф.И. Яновский (53) 621.317.326(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 847218, кл. G 01 R 19/04, 1981.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1269041, кл. G 01 R 19/04, 1985. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДНОГО ЗНАЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Использование: в измерительной технике для измерения амплитуды электрических сигналов при низких отношениях сигналшум. Устройство, реализующее способ, содержит фазовращатель 1, блок сравнения 2, блок интегрирования 3, блок интегрироваИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения амплитуды электрических сигналов, в частности при низких отношениях сигнал-шум;

Известен способ измерения амплитудного значения переменного напряжения, основанный на введении дополнительного фазового сдвига, сравнении мгновенных значений исследуемого и сдвигутого по фазе электрических сигналов, измерении в момент их равенства значения напряжения и определении отношения, Недостатки этого способа заключаются в сложности практиния 4, пороговый элемент 5, аналого-цифровой преобразователь 6, нуль-орган 7, таймер 8, блок деления 9, блок умножения 10, блок задания коэффициента умножения 11, блок индикации 12, Формируют дополнительный сигнал, сдвинутый по фазе относительно исследуемого. В момент равенства этих сигналов to начинают интегрирование обоих сигналов до того момента, пока интегральное значение исследуемого сигнала не достигнет нуля. В этот момент времени т. измеряют интегральное значение дополнительного сигнала, а значение амплитуды определяют по формуле А=Яг(Т1) {к-F) /

/2(!1-tp)sinFcos —, где $г(11) — результат инF

2 тегрирования дополнительного сигнала на временном интервале (t>-to); F — фазовый сдвиг. Причем величинуфазового сдвига выбирают равной F=1,6929693 рад (=97 ), 1 з.п, ф-лы, 3 ил. ческой реализации и низкой точности измерений при низких отношениях сигнал-шум, Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ измерения ампли-.удного значения переменного напряжа:-!Ия, основанный на введении в него дополнительного фазового сдвига, сравнении мгновенных значений исследуемого и сдвинутого по фазе электрических сигналов, измерении в момент их равенства значения напряжения, определении отношения, причем в момент равенства исследуемого и сдвинутого по фазе электрических сигналов измеряют значение исследуемого

1742737 сигнала, при этом о значении амплитуды исследуемого сигнала судят по отношению измеренного напряжения к постоянной величине, равной синусу половины фазового сдвига.

Недостатком известного способа является низкая точность измерений при воздействии помех на исследуемый сигнал, в частности при низких отношениях сигналшум. При низких отношениях сигнал-шум в известном способе теряется устойчивость и повторяемость результатов измерений, причем последние имеют большой разброс.

Цель изобретения — повышение точности измерения при низких отношениях сигнал-шум.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства, реализующего предложенный способ; на фиг, 2 — временная диаграмма, поясняющая сущность предложенного способа; на фиг. 3 — график выигрыша по точности.

Устройство, реализующее способ, содержит фазовращатель 1, блок 2 сравнения, блоки 3 и 4 интегрирования, пороговый элемент 5, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 6, нуль-орган 7, таймер 8, блок деления 9, блок умножения 10, блок 11 задания коэффициента умножения, блок 12 индикации, Вход устройства соединен с входом фазовращателя 1, входом блока 3 интегрирования и первым входом блока 2 сравнения.

Выход фазовращателя 1 соединен с вторым входом блока 2 сравнения и входом блока 4 интегрирования, выход которого соединен с входом АЦП 6, выход которого соединен через блок деления 9 с входом блока умножения 10, выход которого соединен с входом блока 12 индикации. Выход блока 2 сравнения соединен с первыми управляющими входами блоков 3 и 4 интегрирования и первым управляющим входом таймера 8, Выход блока 3 интегрирования соединен через пороговый элемент 5 с входом нульоргана 7, выход которого соединен с вторыми управляющими входами блоков 3 и 4 интегрирования, управляющим входом АЦП

6 и вторым управляющим входом таймера 8, выход которого соединен с управляющим входом блока деления 9. Выход блока 11 соединен с управляющим входом блока умножения 10.

Изобретение осуществляется следующим образом, Входной сигнал y)(t)=Asin N t+ ((т), где

А — амплитуда, 2 X f=cu — круговая частота, ((t) — мгновенное значение помехи, сдвигается фазовращателем 1 по фазе на угол F.

Сдвинутый сигнал у2(т)=Аз!п(в t — F)+ (т) сравнивается с входным в блоке 2 сравнения. В момент времени to (см, фиг. 2) их

5 равенства блок 2 сравнения формирует импульс разрешения. По этому импульсу включается таймер 8, и блоки 3 и 4 начинают интегрирование сигналов у1() и Y2(t) в соответствии с уравнениями (1) и (2):

Sl(rl)= ) ys(t)dt

to ц

32(т1)= J У2(т)от.

<о (2) (3) 45 У2= т1 to

Значение у2 в блоке 10 умножается на постоянный коэффициент

50 г р

К=

2sinF cos (4) значение которого заранее вводится в блок

11. Величина

52(11) K

t1 то (5) Интегральное значение S<(t) поступает на вход порогового элемента 5.

Когда интегральное значение S1(t) превысит пороговое значение, то элемент 5 начнет пропускать сигнал $1(т) на вход нуль-органа 7. Наличие порогового элемента 5 исключает срабатывание нуль-органа 7 в начальный момент времени to (см.

25 фиг. 2).

В момент времени t>, когда будет выполнено условие S>(t>)=0, нуль-орган 7 выдает сигнал на второй управляющий вход таймера 8, на вторые управляющие входы блоков 3 и 4 интегрирования и на управляющий вход АЦП 6. По этому сигналу таймер

8 прекращает отсчет времени, блоки 3 и 4 прекращают интегрирование, а АЦП 6 осуществляет преобразование значения сигнала S2(t>) в цифровой эквивалент, который поступает на вход блока деления 9. На управляющий вход блока деления 9 поступает значение интервала времени t1 — to с выхода таймера 8, Цифровой эквивалент. сигнала

S2(t>j в блоке 9 делится на значение t> — to. В результате на входе блока деления 9 формируется значение отношения

1742737 ц

31(т1)= j y1(t)dt=

<о

= д 1 о (сов p — соз p!)+R (6)

20 ц

S2(t!)= . у2(т)сп=

to

= д 1 о (соз(ро — F) соз(р| — F))+R((7)

3десь ро, <р1 — фазы исследуемого сигнала, отвечающие моментам времени to и t1 (см. фиг. 2)

2(1 (8) 30 — Po °

На практике интервал корреляции помехи обычно существенно меньше периода исследуемого сигнала, поэтому ц

R . =,| ((t)dt=0.

<о

После преобразования уравнения (7) с учетом соотношений (8) получают к-F

А=Я2(т1) (tq — t2} 2з|пРсоз—

2 (9) 45

Величину оптимального фазового сдвига, при которой нестабильность фазового сдвига практически не влияет на дисперсию 50 результата измерения амплитуды А, опредА деляют из условия =О, откуда находят

Рорс=1,6929693 рад, при этом

55 (10) А=1,10:S2(11)/(т1 — to).

Если фазовый сдвиг выбрать F= _#_/2, тогда равная амплитуде исследуемого сигнала, отображается на устройстве индикации

12.

Повышение точности измерений при низких отношениях сигнал-шум достигает- 5 ся за счет существенного уменьшения влияния помехи ф(т) и влияния нестабильности фазового сдвига на результат измерения амплитуды А. При этом особенности формирования сигналов Я1(т1) и S2(t>) состоят в 10 следующем, После интегрирования исследуемого и сдвинутого по фазе сигналов на интервале времени t<-to сигналы на выходе. блоков 3 и 4 равны

А=1,1 1-S2(tq)/(т1-tp).

Достигаемый выигрыш в точности измерения амплитуды для предложенного способа в сравнении с известным для случая F=- л/2 составляет

z= (=)139+ — — -., 0)À Я .Р (12) 31 t1! Ф вЂ” р3

А=

2(6 —,}sinF cos> (13) где S)(t<) — результат интегрирования исследуемого сигнала у1(т1) на интервале времени

tl to.

Предложенный способ в сравнении с известным обеспечивает более высокую точность измерения амплитуды благодаря уменьшению коэффициентов влияния соответствующих первичных погрешностей (дисперсии фазового сдвига и дисперсии помехи) на погрешносгь косвенного измерения амплитуды.

Таким образом, предложенный способ обеспечивает повышение точности измерений амплитуды при низких отношениях сиггде с4, A — относительные дисперсии результатов измерений амплитуды для известного и предложенного способов;

2 2

0, о р — относительные дисперсии гомехи и фазового сдвига соответственно, h— отношение сигнал-шум.

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

Например, при h-3; сг = o F =0,05 выигрыш в точности измерений амплитуды составляет Z=6,7 раза (см, фиг. 3).

При выборе оптимального фазового сдвига FpF„достигаемый выигрыш резко возрастает, При реализации предложенного способа может осуществляться сдвиг по фазе как по отставанию, так и по опережению выходного сигнала фазовращателя 1 относите»;— но исследуемого сигнала. В случае, если используется опережение по фазе, то выход фазовращателя 1 следует соединить с входом бло"а -3 интегрирования, а вход фазовращателя 1 — соединить с входом блока 4 интегрирования.

При этом интегриоование сигналов y!(t) и y2(t) прекращают при выполнении условия

$2(т1)=0, а значение амплитуды исследуемого сигнала определяют по формуле косвенного измерения

1742737

А2(t) — tp)sinF cos>

2 нал-шум, Достигаемый выигрыш в точности измерений возрастает с уменьшением отношения сигнал-шум.

Формула изобретения

1. Способ измерения амплитудного значения переменного напряжения, основанный на формировании дополнительного напряжения путем введения фазового сдвига в исследуемый сигнал, сравнении мгновенных значений исследуемого и дополнительного электрических сигналов и определении амплитудного значения по расчетной формуле, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения при низких отношениях сигнал-шум, в момент to равенства исследуемого и дополнительного сигналов интегрируют оба сигнала до тех пор, пока интегральное значение исследуемого сигнала не достигнет нуля, в этот момент времени т1 измеряют интегральное значение дополнительного

5 сигнала, значение амплитуды исследуемого сигнала определяют по формуле где Sz(tt) — результат интегрирования дополнительного сигнала на интервале времени (т1 то);

15 F — фазовый сдвиг, 2, Способ по п.1, отличающийся тем, что величину фазового сдвига принимают равной F=1,6929693 рад (= 97 ).

1742737

Фиг. 3

35

45

Составитель Н. Боголюбов

Техред М,Моргентал Корректор H. Ревская

Редактор О. Стенина

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2282 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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