Способ измерения среднеквадратического значения переменного напряжения

 

Союз Советскин

Социапистическин

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

{6l) Дополнительное к авт, свид-ву(22) Заявлено 21. 07. 80 (21) 2963426/18-21 с прмсоелинением заявки М(23) Приоритет

Опубликовано 15. 04. 82. Бюллетень Юе14 (53)М. Кл.

G 01 R 19/02

Гесудврсткнны6 квинтет

СССР (53) УДК621. З17.

° 7 (088. 8) ао делам нмбретеннй н вткрытнй

Дата опубликования описания 17.04.82

Б. й. Рудницкий и А. А. Дрю и „ уи у (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Винницкий политехнический институт (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОГО

ЗНАЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электроиэ-т мерительной технике и может быть ис- пользовано и при построении радиотехнических устройств различного назначения.

Известен способ измерения среднеквадратического значения переменного, напряжения, основанный на взаимообратных преобразованиях и предусматривающий, в частности, квадрирование мгновенных значении контролируемого

10 напряжения, усреднения сигнала и извлечения из полученного напряжения квадратного корня flj.

Недостатками известного способа

15 являются увеличенное время измерения, обусловленное . инерционностью применяемых квадраторов,низкая точность контроля, связанная с неидеальностью проходной характеристики квад20 ратирующих элементов, а также ограниченность частотного диапазона контролируемого напряжения, вызванная фиксированным временем усреднения.

Наиболее близким к изобретению является способ измерения среднеквадратического значения переменного напряжения, согласно которому входной сигнал подвергают двухполупериодному выпрямлению, из выпрямленного на-. пряжении вгяделяют переменную составляющую, которую выпрямляют и вновь разделяют на постоянную и переменную составляющие, повторяя данную операцию и раз, каждую из полученных при этом (тт + 1) постоянных составляющих возводят в квадрат, суммируют результаты квадрирования, из суммы квадра" тов извлекают квадратный корень и по найденной величине судят о среднеквадратическом значении контролируемого напряжения (2).

Недостаток известного способа определяется наличием последовательных операций возведения в квадрат и извлечения квадратного корня, о6уславливающих значительное время измерения. Названные операции затрудня3 92 ют также контроль напряжений, имеющих частотные составляющие с периодом, меньшим, чем суммарное время возведения в квадрат и извлечения квадратного корня.

Цель изобре1ения - уменьшение speм ни измерения среднеквадратического значения и расширение частотного диапазона контролируемого переменного напряжения без снижения точности контроля.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения среднеквадрат.:ческого значения переменного напряжения, заключающемся в двухпериодном выпрямлении входного сигнала и выделении из выпрямленного напряжения пос тоянной и переменной составляющих с многохратным повторением указанных опараций в процессе преобразования абаи -нала, формируют дополнительные гармонические колебания, сдвинутые по фазе на 90, сформированные колебания как с одной, так и с другой фазой попеременно модулируют выделенными постоянными составляющими, модулированные колебания попарно суммируют, разбивают на пары полученные суммарные колебания, осуществляют сдвиг по фазе на 90 между колебаниями в каждой паре, снова суммируют колебания образованных пар и повторяют операции парообразования, 90-градусного фазового разнесения и суммирования отделенных колебаний до получения одного результирующего колебания, по амплитуде которой судят о среднеквадратическом значении контролируемого напряжения.

0538 4

Для простоты дальнейших заключе,ний положим, что число операций выпрямления i = 5, т.е.

g, к", ) О K, (I) Если каждой из выделенных постоянных составляющих промодулировать гармонические колебания, сдвинутые друг относительно друга на 90, суммарные колебания пар модулированных колебаний представятся в виде

М Д=Ч соъ Ы фV - gin ®t,=

=ф4 чаа cos)w4*V4), Ч ° (Ц-ío. сс в +ч -вч) ат,- ь,Я;.COS)44)4 Ч,), Г ) 15

20 где 4 г,„ ), V< jt) — суммарные колебания пар модулированных колебаний;

Ц -агСЬс Ы4) — Начальная фаза

01104

«(03) суммарных колебаний;

lu — круговая частота колебаний.

Обеспечивая между суммарными колебаниями ))г- „(t) и U >(t) фазовый

)сдвиг, равный 90, и просуммировав их, определяем третье суммарное колебание Vg<(t)

Ч (4)аЧ )4) Ч Ю = 9 4Ч COS)Wt4V„)+ Ч,+Ч,„- п,)=

40

-СОВ (а1 13)

Б 4

+Ч05 Ь,е а +4 )=

v сов(уф ч+), )1звестно, что при изменении среднеквадратического значения переменного напряжения методом последовательного выпрямления искомое среднеквадратическое значение )))), к определяется как.н

7=. - Ч . +F 1 1)

СК. -,- 1 01 где Ч 0 - значение постоянной составОЧ ляющей, получаемой после каждой операции выпрямления; 55 погрешность, обусловленная конечным числом операций выпрямления. гяа Ч 4ЧЧ

4) агааа) !Yh 04 — нанаяьная фаза

Я о 01 третьего суммарного колебания.

Наконец,.просуммировав третье суммарное колебание и модулированное колебание, полученное в результате модуляции гармонического колебания пятой постоянной составляющей, при условии их взаимного сдвига на 90, опредео ляем результирующее колебание Vg4(t) 920 где

Ч„=агctq

- начальная, фаза результирующего колебания.

Сравнивая амплитуду результирующего колебания по выражению (5) с выражением (2) для определения среднеквадратического значения методом последовательного выпрямления, убеж- 1о даемся в их идентичности.

Таким образом, по амплитуде результирующего колебания можно судить о среднеквадратическом значении контро лируемого напряжения. 15

На чертеже приведена функциональная схема устройства, реализующего предложенный способ измерения среднеквадратического значения переменного. напряжения. В. частном случае принято 20 выделение четырех переменных и пяти . постоянных составляющих выпрямленных напряжений.

Устройство содержит последовательное соединенные преобразовательные блоки 1, состоящие из фильтра 2 высоких частот, фильтра 3 низких час- тот и формирователя 4 модуля. В состав устройства входят также фильтр

5 низких частот, дополнительный формирователь 6 модуля, модуляторы 7 и

8, разбитые на две группы, опорный генератор 9, фазовращатель .10, блоки суммирования 1 1 и 12, состоя-. щие иэ сумматоров 13 и 14> блок 15 фазовой автоподстройки, измеритель, 16 амплитуды.

Работа устройства происходит следующим образом.

Контролируемое переменное напряжение подается на дополнительный формирователь 6 модуля, на выходе которо-.. го формируется однополярный сигнал.

Далее фильтром 2 высоких частот первого преобразователя блока 1 выделяется переменная составляющая выпрям1 ленного напряжения, которая снова преобразуется формирователем 4 моду" ля в однополярный сигнал, поступающий затем на следующий преобразоваS0 тельный блок. Постоянная составляю" щая в каждом преобразовательном бло" ке выделяется фильтром 3 низких частот, а на выходе последнего преобразовательного блока - фильтром 5 низ

Ы ких частот.

Выделенные постоянные составляющие подаются на две группы модулято- ров 7 и 8. К сигнальным входам моду" !

538

6 ляторов 7 поступает высокочастотное на пряжение от опорного генератора 9. К си гнальным входам модуляторов 8 то же напряжение подводится через фазовращатель 10, обеспечивающий сдвиг по фазе на 90 . С помощью модуляторов

7 и 8 осуществляется модуляция гармонических колебаний выделенными постоянными составляющими. При этом модулированные колебания оказываются сдвинутыми между собой на 90 . Моду.лированные колебания с выходов модуляторов 7 и 8 поступают в блок суммирования 11 и с помощью сумматоров

13 попарно суммируются. При четном числе и преобразовательных блоков 1 к одному из сумматоров 13 подается лишь одно из модулированных колебаний. Напряжения суммарных колебаний на выходах сумматоров 13 определяется из выражения (3).

Далее суммарные колебания вновь разбиваются на пары и суммируются в блоке суммирования 12 с помощью сумматоров 14. При этом колебания, поступающие .на одни входы сумматоров

14, сдвигаются на 90 относительно о колебаний, поступающих на другие входы, за счет блоков фазовой автоподстройки 15. Напряжение колебаний на выходе каждого из сумматоров 14 соот- . ветствует выражению (4) с учетом изменения индекса в зависимости от числа используемых преобразовательных блоков 1. Амплитуда результирующего колебания по выражению (5) отображает, как уже указывалось, среднеквадратическае значение контролируемого напряжения, определяемое в соответствии с выражением (1). Величина этой амплитуды и фиксируется измерителем

16.

При реализации предлагаемого устройства число модуляторов 7 и 8 берется равным 0+1, число сумматоров

13 - (й + 1)/2, .а число сумматоров

14 — (y + 1)/2-1, с округлением в сторону большего целого числа. При использовании в качестве модулируемых колебаний сигналов, имеющих частоту значительно выше высшей из спектральных составляющих измеряемого напряжения (например, СВЧ и оптического диапазона), время измерения среднеквад" ратического значения составляет несколько периодов модулируемого сигнала, в отличие от известного способа, при котором среднеквадратическое значение определяется за несколько перио920538 дов контролируемого напряжения. Это .обстоятельство обеспечивает, наряду с устранением операций непосредственного квадрирования и извлечения квадратного корня, существенное уменьшение времени измерения.

В связи с тем, что в предложенном способе осуществляются операции, описываемые линейными (в смысле показателя степени), функциями по отношению 10 к сигналам, (выпрямление, модулирование, линейная фильтрация), погрешности измерения могут быть снижены введением частотнонезависимых обратных связей и применением аддитивных 45 методов коррекции. Ввиду того, что измерение среднеквадратического значения производится на фиксированной частоте, не связанной с частотой контролируемого напряжения, не предс- 20 тавляет сложности .также снижение погрешностей, вносимых паразитными параметрами и дрейферами реальных зле" ментов, т.е. появляется возможность расширения частотного диапазона конт- 25 ролируемого напряжения без снижения точности контроля.

Формула изобретения

Способ измерения среднеквадратического значения переменного напряжения, заключающийся в двухполупериодном выпрямлении входного сигнала и выделении из выпрямительного напряжения постоянной и переменной. составляющих с многократным повторением указанных операций в процессе преобразования сигнала, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшения вре1 мени измерения и расширения частотного диапазона контролируемого напряжения, формируют дополнительные гармонические колебания, сдвинутые по фазе на 90, сформированные колебания как с одной, так и с другой фазой попеременно модулируют выделенными постоянными составляющими, модулированные колебания попарно суммируют, разбивают на пары поперечные суммарные колебания, осуществляют сдвиг по фазе на 90 между колебаниями в каждой паре, снова суммируют колебания образованных пар и повторяют операции преобразования, 90-градусного фазового разнесения и суммирования отдельных колебаний до получения одного результирующего колебания, по амплитуде которого судят о среднеквадратическом значении контролируемого напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Волгин Л. И. Измерительные преобразования переменного напряжения в постоянное. И., "Советское радио", 1977 с. 139.

2. Авторское свидетельство СССР

У 4956 12, кл. 6 01 R 19/02, 1973.