Устройство для измерения малых уровней сигнала

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Ресиублнк

111>947786 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 01.10. 80 (23) 2987449/18-21 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 300 782. Бюллетень ¹ 2 8

Дата опубликования описания 30.07.82 (И) М. Кл.з

G 01 R 29/2б

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (33) УДК б21. 381. .62 (088. 8) (72) Автор .. изобретения

В.Ф.Ким

° . г (7! ) Заявитель (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ УРОВНЕЙ

СИГНАЛА

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения уровней гармонических сигналон, лежащих ниже уровня шума усилителя.

Известно устройство для автокорреляционного измерения мощности радиоимпульсного сигнала на фоне аддитивного шума, содержащее усилитель, блок задержки, видеодетектор и коррелятор f1).

Недостатками этого устройства являются низкие разрешающая способность и реальная чувствительность из-за нелинейности вольтамперной характеристики нидеодетектора, значительной инерционности усредняющей цепи, равной периоду следонания импульсов.

Наиболее близким техническим решением является устройство для измерения малых уронней сигналов, содержащее два усилителя, своими входами подключенными к источнику сигнала, а выходами, соответстненно, к двум входам перемножителя, выход которого подключен к индикатору через интегратор (23 .

Недостатками этого устройства являются высокие требования к идентичйости фазовых характеристик, так как разбаланс фаэ приводит к ошибочным отсчетам, обусловленных дополнительным сдвигом при функц;1и взаимной корреляции от q: = 0. Создание двухканальных идентичных усилителей приводит к значительному усложнению устройства.

Пель изобретения — повышение точности измерений и реальной чувствительности устройства путем разверт-ки но времени функции автокорреляции при одноканальном методе анализа.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены установленные на выходе усилителя блок выборки и хранения, подключенный к входу перемножителя, и последовательно соединенные между собой дискриминатор знака и регистр сдвига, через переключатель подключенный к второму входу упоиянутого перемножителя, и кольцевой регистр, тактируемый генератором, выход которого

25 одновременно подключен к управляющему входу блока выборки и хранения.

Блок усреднения выполнен из и конденсаторов, одними своими выводами подключенными к интегрирующему

30 резистору, а вторыми к и ключам, 947786 их

М тк

Ух

Их с

"оел.х(")= у.

r э мап 24 — dt

- Ф.

Тк Ь -"Я к„()= к () к„(60 вторые выводы которых присоединены к общей шине, а Управляющие к выходам кольцевого регистра, соединенного и-ым выходом с тактируюеиым входом регистра сдвига, а установочным входом - с установочной шиной, и входом обнуления регистра сдвига.

На фиг. 1 дана структурная схема устройства для измерения малых уровней сигнала, на фиг. 2 - временные диаграммы работы блока устройства. !О

Устройство содержит усилитель 1 выходом подключенный к входу регистра 2 сдвига через дискриминатор 3 знака и к входу блока 4 выборки и хранения, а входом к входной шине 5.

Выход блока 4 выборки и хранения, подключен к аналоговому входу релей ного перемножителя б, дискретный вход которого подключен к одному иэ выходов регистра 2 сдвига через 20 переключатель 7, а выходом к входу блока 8 усреднения, состоящего иэ резистора 9, одним выводом подключен,ным к входу перемножителя 6, а другим к индикатору 10 и к и конденсаторам 11„,...,11, другие выводы которых йодключейы к входам соответствуюцих ключей 12,...,12п вторыми ,выводами подключенными к общему проводу, а управляющиг. и входами к выхо,ПаМ кольцевого регистра 13, причем п-й выход кольцевого регистра 13 подподключен к тактовому входу регистра 2, а своим тактовым входом с генератором 14 и с.входом блока 4 выборки и хранения, а входом предварительной установки.с входам установки нуля регистра 2 и шиной 15.

Работа устройства заключается в следующем.

При действии на входе устройства 40 сигнала, соизмеримого с собственными шумами усилителя 1, на выходе последнего формируется аддитивная смесь полезного сигнала и шума, которая может быть представлена сле- 45 дующим математическим выражением: у(Е) - У (а) + x(t) где у() - сигнал на выходе усилителя; 50

$(t) - составляющая аддитивного шума на выходе усилителя, x(t) - полезный сигнал на выходе . усилителя. Уч ты ая, что ф(t) и х(й) — процессы статически независимы, функция автокорреляции процесса y(t) равна сумме автокорреляционных функций

f (t) и x(t) При релейном методе корреляции для процесса x(t) = Uxsin 2х функ.t х ция Ксел.х() имеет вид: 65 т

3 (т)= — sin 1» — эср 84п

Ur . - 4 И(++Ф)7 т„т„т„ / о

Г Г+ TX/1

-t г t

sin,l3 — с) ) skag — с Х т

Иэ полученного соотношения следует, что максимум (Кред.(Г) ) пропорционален амплитуде входного сигнала. Форма сигнала х(Г ) и его корреляционная функция Крвб(< ) без учета начальной фазы совпадают и соответствуют гармоническому процессу. Эта особенность взята эа основу работы устройства.

В момент прихода импульса по шине

15 кольцевой регистр устанавливается в состояние, при котором на первом выходе устанавливается единица,а на остальных ноль,а регистр 2 обнуляется. пи мере прохождения импульсов с тактового генератора 14 единица на выходах кольцевого регистра 13 по каждому импульсу перемещается в более старший разряд и через и тактов импульс c n-ro разряда поступает на тактовый вход регистра 2. B этот момент регистром 2 фиксируется текущий знак процесса Sgny(t) с выхода дискриминатора 3 знака и затем по каждому импульсу п-го разряда кольцевого регистра 13 сдвигает записанный знак в более старший разряд регистра 2, а в. первый вновь записывается текущее .значение знака.

Одновременно по каждому импульсу с генератора 14 (фиг.2) формируется текущая аналоговая информация в устройстве 4 выборки и хранения и удерживается до прихода следующего импульса. Таким образом, на выходе перемножителя б имеем " Я " !("" "М где i - порядковый номер выхода кольцевого регистра 13, - порядковый номер выхода регистра 2 сдвига, о — период следования импульсов с генератора 14.

Учитывая то, что потенциалы с выходов кольцевого регистра 13 управляют ключами 12„,...,12„, причем единице соответствует замыкание ключа, а нулю разиыкание, и перемещение единицы происходит по каждому импульсу .с генератора 13, на конденсатоРах 11,...,11п накапливается потенциал, тождественно равный

U, — указывает на усреднение.

947786

Если учесть, что величина (i +

+ М)СО значительно больше максимального интервала корреляции процесса (1) и принимается такой, что

< а к„„(((+In) )!« то ПС„ можно представить в виде !

Ol

Q . -„ .«х (и a0)оп+1+,1М)1 О)СС11

Принимаем, что за один цикл Т =

И О укладйвается и целых периодов

1 1 1

ТВЫк где — = — — Тог.ца прос

ВЫх "О Х то получить соотношения для определения периодов следования импульсов ьц с генератора 14

Так как в течение одного цикла

Т укладывается целое число периодов

Т „,Ä Ä 11„,...,11 переключаются последовательно и подают информацию в виде напряжения на индикатор 10 об аргументе функции автокорреляции соответственно Т =

+ 1" ) о "п = (+ 11 о) от то на выходе блока 8 усреднения имеем непрерывный дискретизироваиный 35 синусоидальный сигнал, аппроксимированный последовательностью прямоугольных импульсов, длительностью равной периоду дискретизации > с периодом Тбьщ„и амплитудой, пропор- 4Q циональной амплитуде входного сиг» нала. х °

В качестве индикатора 10 может быть использован распространенный вольтметр переменного тока, работаю- 45 щий по принципу измерения среднего значения. При достаточном количестве Il ошибка, вызванная дискретизацией при используемой аппроксимации сигнала на выходе блока 8 усреднения, может быть сведена к минимуму, так как значение в этом случае практически не изменяется, Если принять j = - .вЂ, где количество целых периодов Т„, укладывающихся на интервале задержки регистра 2 сдвига до переключателя

7,.то при этом ошибка, вызванная неточностью установки ь, будет миО нимальная и йезначительная, так как 60 на конденсаторе 11 „и 11„установится напряжение. соответствующее

К« . х(0) .

Предлагаемое одноканальное устройство при отсутствии второгб ка- 65 нала усиления и использования более простого релейного перемножителя позволяет повысить точность измерения и реальную чувствительность.

Кроме того, преобразование частоты входного сигнала Т " в более низкох частотную Т дпоэволяет расширить частотную облаоть применения устройства и применять в качестве индикатора более низкочастотный вольтметр.

Для уменьшения дисперсии статистической ошибки, а, следовательно, и повышение чувствительности измерения целесообразно, помимо увеличения постоянной времени блока 8 усреднения, уменьшить полосу усилителя 1 или выполнить его в виде селективного усилителя, построенного на час,тоту входного сигнала, При этом некоторая неточность подстройки существенно не повлияет на результат измерения, так как величина фазового набега не влияет на результат измерения по сравнению с двухканальным устройством.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения малых уровней сигнала, содержащее усилитель, блок усреднения и перемножитель, своим выходом подключенный к индикатору через интегрирующий резистор блока усреднения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и реальной чувствительности устройства, в него введены установленные на выходе усилителя блок выборки и хранения, подключенный к входу перемножителя, и последовательно соединенные между собой дискриминатор, знака и регистр сдвига, через переключатель, подключенный к второму входу упомянутого перемножителя, и кольцевой регистр, тактируемый генератором, выход которого одновременно подключен к управляющему входу блока выборки и хранения.

2, ьстройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок усреднения выполнен иэ п конденсаторов, -одними своими выводами подключенными к интегрирующему резистору, а вторыми к п ключам, вторые выводы которых присоединены к общей шине, а управляющие — к выходам кольцевого регистра, соединенного и-ым выходом с тактируемым входом регистра сдвига, а установочным входом — с установочной шиной и входом обнуления регистра сдвига.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1..Авторское свидетельство СССР

9172366, кл. G 01 R 29/26, 1965.

2. Воюцкий В.С. Корреляционный метод обнаружения и измерения слабых сигналов. "Недра", 1965, рис, 3, с. 5 7 (прототип).

947786

ВыхОО

Дюка й

Юыход длдка я

Фи г.2.

Редактор Н.Гришанова

Заказ 5645/69 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Составитель Л.Муранов

Техред С. Мигунова Корректор Ю.Макаренко

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4