Способ определения уровня электрического сигнала и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5 6 01 В 27/28 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ИЕ ИЗОБРЕТЕНИСВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСКО 54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СИГНАЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 57) Изобретение может быть использовано для определения уровней электромагнитных, электрических и магнитных колебаний(56) Кугушев А,М.радиотехники и э1969, с.445-448,Измерительныническое описаниатации, 1977,48Э.Н, Сошников и В.Т,и Голубева Н,С, Основ ектроники. М.: Энергия приемник П 5-4 Б, Тех инструкция по эксплуЖ 1702324 А 1 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 нелинейнымэлементом 1 измеряемого электрического сигнала с уровнем А 0 и частотой 10 в электрический сигнал с уровнем Ап и частотой М 0, измерением приемником 2 на частоте п 1 о уровня Ап преобразованного электрического сигнала и пересчетом цифровым делителем 8, блоком 7 логарифмирования и блоком 6 антилогарифмирования уровня Ап электрического сигнала в уровень А 0 путем обратного нелинейного преобразования вида А, =агсГ(Ап 2 с.п.ф-лы, 2 ил,55 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано дляизмерения уровней электромагнитных,электрических и магнитных колебаний прилюбых электро- и радиотехнических измерениях, в основе которых заложено измерение уровней колебаний, в частностиизмерение уровней электрических сигна;лов.Цель изобретения - повышение точно,сти определения за счет исключения линейной зависимости погрешности измерителяуровня электрического сигнала,На фиг,1 представлена структурная схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг.2 - блок-схемакалибровки нелинейного элемента.Устройство для реализации способасодержит послеДовательно соединенныенелинейный элемент 1, выполненный, например, в виде ферритового вентиля 36-34с квадративной зависимостью Цдо), входкоторого является входом устройства, измерительный приемник 2 и аналого-цифровойпреобразователь 3, а также блок 4 памяти,дешифратор 5, блок 6 антилогарифмирования, блок 7 логарифмирования, цифровойделитель 8, цифровой индикатор 9, последовательно соединенные генератор 19 одиночных импульсов и элемент 11 задержки.При этом последовательно соединены блок, 10, а первые разрядные входы соединены с, выходом преобразователя 3, блок 7, уп равляющий вход которого подключен кпервому выходу элемента 11, блок 6, управ ляющий вход которого соединен с вторымвыходом элемента 11, дешифратор 5 и индикатор 9;Блок-схема калибровки нелинейногоэлемента содержит источник 12 сигнала, полосовой фильтр 13, измеритель 14 мощности, фильтр 15 нижних частот и двапереключателя 16 и 17.Сущность способа состоиг в том, чтопри измерении уровня электрического сигнала предварительно измеряемый электрический сигнал частотой 1 О и уровнем А,преобразуют в электрический сигнал частотой п 1 о и уровнем Ал = Р(до) и соответственно увеличивают частоту настройки измерительного приемника в п раз, для чегоизмерительный приемник настраивают на частоту про и иЗмеряют уровень Ап преобразованного электрического сигнала, после чего уровень Ал электрического сигнала пересчитывают в уровень Ао путем обратногонелинейного преобразования видаАо = агс(Р(дпИ. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 В случае нелинейного преобразования,подчиняющегося степенному закону с показателем степени и, Ао" = (Ап/ап)Снижение относительной погрешностиЛ Ао/Аоизмерения уровня Ао электрического сигнала, например, за счет нелинейного степенного преобразованияизмеряемого .электрического сигнала суровнем Ао и частотой 1 О в сигнал с уровнемАл = Ао" а и частотой про осуществляетсяпутем измерения уровня Ап сигнал на частоте про с последующим вычислением А,электрического сигнала частотой 1 О по формуле Ао = (Ап/а), где и - степень нели 1/инейного преобразования измеряемогоэлектрического сигнала,выбираемая из расчета требуемой точности измерений и применяемого нелинейного элемента; а -коэффициент преобразования применяемого нелинейного элемента, который определяется методом его калибровки. При этомотносительную погрешность"измеренияэлектрического сигнала с уровнем Ао и частотой 1 О основанного на измерении сигналас уровнем Ал и частотой про с последуюЩимвычислением уровня Ао электрического сигнала частотой 1 О, определяют по формулеЛАО 1 ЛАЛас точностью до члед, Б д анов второго порядка малости,Устройство для реализации способа работает следующим образом.Электрический сигнал с уровнем Ао ичастотой 1, подается на нелинейный элемент 1, который преобразует его в электрический сигнал с уровнем А 2 = а 2 Ао ичастотой 21 О. Измерительный приемник 2настраивается на частоту 21 О, которымосуществляется измерение уровня А 2преобразованного электрического сигнала,поступающего в аналоговой форме на входаналого-цифрового преобразователя 3, а сего выхода в двоичном коде - на.первыеразрядные входы цифрового делителя 8, навторые разрядные входы которого с блока 4памяти подается также в двоичном кодезначение коэффициента а 2 .С помощью генератора 10 (нажатиемконтактной кнопки) вырабатывается одиночный импульс 01, который подается навходы элемента 11 задержки и цифровогоделителя 8. Цифровой делитель 8 срабатывает и на его выходе вырабатывается частное Ао = А 2/а 2, которое поступает на вход2блока 7 логарифмирования. С первого выхода элемента 1 задержанный на величинуТ 1 импульс 01 подается на управляющийвход блока 7 логарифмирования. Блок 7 срабатывает и на его выходе формируется знаИо = чение 19 Ао = - 1 ц (А 2/а 2), поступающее на12блок 6 антилогарифмирования, на управляющий вход которого с второго выхода элемента 11 задержки подается задержанный на т 2 импульс 01, На выходе блока 6 в двоичном коде образуется значение Ао уровня измеряемого электрического сигнала, которое поступает на вход дешифратора 5, Величины 71 и т 2 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 1 о,Коэффициент а, преобразования нелинейного элемента определяется следующим образом (см.фиг.2).Источник 12 электрического сигнала, например генератор типа Г 4-95, устанавливают на частоту измеряемого электрического сигнала, например, 3 ГГц. Первый и второй переключатели 16 и 17 устанавливают в положение 1. При этом с выхода генератора электрический сигнал через первый переключатель 16, нелинейный элемент 2, полосовой фильтр 13, осуществляющий селекцию сигнала на частоте 21 о, например и = 2 21 о = 6 ГГц, и второй переключатель 17 поступает на прецизионный измеритель 14 мощности, которым измеряется уровень А 2 преобразованного электрического сигнала с уровнем Ао Затем первый и второй переключатели 16 и 17 устанавливаются в положение 11, При этом с выхода генератора 12 электрический сигнал с уровнем Ао и частотой 3 ГГц через первый переключатель 16, фильтр 15 нижних частот с частотой среза 1 о = 3 ГГц и затуханием, идентичным затуханию первого фильтра 13, и второй переключатель 17 также поступает на вход прецизионного измерителя 14 мощности для измерения уровня Ао электрического сигнала. Эффективность преобразования нелинейного элемента при квадратичном преобразовании измеряемого электриче- ского сигнала (и = 2) равна среднему значению Й измерений отношения уровня электрических сигналов А 2, измеренных на частоте 21 о, к соответствующим значениям уровней Ао электрических сигналов на час 1 " Агтоте 1 о, а именно а = дЧ, - 1 АоКоличество 1 ч измерений и динамический диапазон уровней электрических сигналов определяется исходя из априорно заданного динамического диапазона изме 5 10 15 20 25 30 35 40 рения уровней электрических сигналов и заданной точности экспериментального определения коэффициента ао преобразования нелинейного элемента.Относительная погрешность измерения современных измерителей мощности не превышает 10. Поэтому, учитывая, что Ао =2 = А 2/а, предельная погрешность определения коэффициента а преобразования нелинейного элемента ед = едо 0,1 +0,1 =0,14, где ядоиед 2 - относительные погрешности измерения Ао и А 2.Погрешность измерения уровня Ао электрического сигнала частотой 1 о прямым методом, например измерительным приемником П 5-27 согласно его инструкции по эксплуатации, составляет 3 дБ. Следовательно, предельная относительная;погрешность измерения уровня электрического сигнала предлаг/эемым методом с учетом, что А, = (А 2/а) и использовании квадратичного преобразования электрического сигнала с уровнем Ао и частотой 1 о в сигнал с УРовнем А 2 = а Ао и частотой 21 о, Равнаг В случае использования в предлагаемом устройстве измерительного приемника типа П 5-25 с относительной погрешностью измерения 3 дБ или 200% предельная относительная погрешность измерения уровня Ао электрического сигнала едо = 4+ 0,02)/41/2= 1, т.е, едо 1 = 100 %.Из сравнения погрешностей измерения уровня электрического сигнала Ао прямым методом (измерительным приемником типа П 5-25) и предлагаемым способом и устройством (с использованием нелинейного элемента с квадратичной характеристикой и измерительного приемника П 5-27) очевидно, что погрешность измерения уровня Ао электрического сигнала предлагаемым способом и устройством при п = 2 уменьшается почти в два раза. При увеличении и погрешность измерения уровня Ао при использовании, например, измерительных приемников типа П 5-25-П 5-28 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 уров. Тираж ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 акаэ 454 ВНИИ оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужго 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 Ь и уровем Ао в электрический сигнал с частотой о и уровнем Ао"агде п - степень нелинейного преобразования;а - коэффициент преобразования нелинейного элемента,соответственно увеличивают в и раз частоту настройки приемника и измеряют уровень А преобразованного электрического сигнала, который пересчитывают к уровню Исходного сигнала путем обратного нелинейного преобразования вида Ао = (А,/а)1/п2.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 антило гарифмирования подключены к первому ивторому выхоам элемента задержки соответственноо.