Устройство для измерения случайных электрических сигналов

5 г) а пцтентнстн 1746303 Союз Советски кСоциалистически кРеспублик СПИ ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51)М. Кл. с присоединением заявки Рй 6 О 1 В 19/00 Гоеударстевиный комитет СССР,7 (088.8) до делам нзобретеиий и открытий(72) Авторы изобретения Г. П. Морозов и Г. Ш. Нисман Специальное конструкторское бюро "Виброприбор" производственного объединения "Виброприбор"(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СЛУЧАЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВИзобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к уст 1 юйствам для из. мерения действующих значений переменных напряжений низкого уровня произвольной формы.Известны устройства для юмерения случай.5 ных электрических сигналов, содержащие ис.точник сигнала, входной усилитель, делитель напряМения, усилитель и детектор Ц.В этом устройстве при юмерении уровня собственных шумов тракта требуется ручная подстройка цепей компенсадии этих шумов.Кроме того, при работе с различными источ. никами сигналов имеется погрешность иэ.эа изменения уровня собственных шумов, выз.ванная неоптимальным согласованием полного входного сопротивления входного усилителя с полным сопротивлением источника сигнала.Наиболее блюкое по технической сущное. ти к изобретению устройство, содержащее модулятор и последовательно соединенные.коммутатор, входной усилитель, детектор, усилитель низкой частоты, ключ, преобразо, ватель аналог-код, реверсивный счетчик и циф. ровой индикатор, триггер, схема временных,м ь., - .-, .-;,с ;жмк" йгФФмювфчщжФ 2 жьъйж ФФфмйию фмйм";,мюиж :ФФмю 46 М интервалов, входном соединенная с модулятором, коммутатором, преобразователем аналогкод, триггером, а выходом с ключом и реверсивным счетчиком, причем к реверсивномусчетчику подключен также выход триггера 121. Недостатками этого устройства являются погрешность из-за изменения выходного сопро. тивления коммутатора и погрешность временной дискретизации входного электрическогосигнала,Действительно, собственные шумы устройства в основном состоят ю шумов переклю. чения коммутатора и шумов входного усили. теля, причем шумят входного усилителя в ос. новном определяются условиями согласования с источником сигнала. Разное различие условий согласования при разных положениях ключа коммутатора ведет к существенному изменению уровня собственных шумов входного усили. теля и, как слет 1 ствие; к росту погрешности измерения.Кроме того, временная дискретизация не. прерывного случайного сигнала, согласно теории25 3 746303измерений случайных сигналов, ведет к погреш.ности при восстановлении. "Цель изобретения - повышение точности.Поставленная цель достигается тем, что вустройство для измерения случайных электричес.5ких сигналов, содержащее последовательно сое.диненные входной переключатель, входнойусилитель. делительпромежуточный усилитель,детектор, второй переключатель и соединенныепоследовательно преобразователь аналог.код, 10счетчик и цифровой индикатор, управляющийвход счетчика через блок выработки временных/интервалов подключен к генератору опорнойчастоты, введены блок эквивалентов источниковсигналов, подключенный ко второму входу 15входного переключателя, включенные последовательно аналоговое запоминающее устройствои вычитатель, выходом подключенный к пре.образователю аналог.код и к введенному стре.лочному прибору, а другим входом к первомувыходу второго переключателя, вторым выхо.дом соединенного со входом аналогового за.поминающего устройства, управляющий входкоторого соединен с выходом блока выработки временных интервалов, с управляющимивходами переключателей и введенным блокомвыбора постоянных времени усреднения, выходкоторого подключен к детектору и также квведенному блоку выбора кратности времениизмерения, соединенному с блоком выработ Оки временных интервалов.На чертеже представлена структурная схема устройства для измерения случайных элек.трических сигналов,Устройство содержит источник 1 сигнала,блок 2 эквивалентов источников сигналов,входной переключатель 3, входной усилитель4, делитель 5, промежуточный усилитель 6,детектор 7, второй переключатель 8, аналоговое запоминающее устройство 9, вычитатель 10, 40преобразователь аналог-код 11, стрелочныйприбор 12, счетчик 13, цифровой индикатор 14,блок 15 выбора постоянных времени усреднения, блок 16 выбора кратности времениизмерения, блок 17 выработки временных интер-А 5валов 17 и генератор 18 опорной частоты.Устройство работает следующим образом,Входной переключатель 3 поочередно подключает к входному усилителю 4 источник 1сигнала или заранее выбранный по известноиинформации об источнике сигнала эквивалентиз блока 2 эквивалентов источников сигналов.Прошедший через делитель 5 и промежуточныйусилитель 6 сигнал представляет, при подключении входного усилителя 4 к блоку 2 эквивалентов источников сигналов, собственныйшум входного усилителя 4, При этом собственным шумом эквивалента источника сигна.ла, представляющего последовательное и/или4. параллельное соединение пассивных резистив. ных, емкостных и индуктивных элементов можно пренебречь,), а при подключении к источнику 1 сигнала аддитивную смесь сигнала и собственного шума входного уси лителя 4.Величина сигнала, прошедшего через де тектор 7 действующего значения, представляет собой в одном случае действующее значение напряжения (тока) собственного шума входного усилителя 4, а в другом - сумму действую щих значения напряжения (токов) собственного шума и измерительного сигнала.Второй переключатель 8 осуществляет син. хронное с входным переключателем 3 подключение выхода детектора 7 ко входу вычи. тателя 10 "Уменьшаемое", при подключении ко входу входного переключателя 3 источника 1 сигнала и к информационному входу аналогового запоминающего устройства 9 при другом положении входного переключателя 3, Аналоговое запоминающее устройство 9 хранит величину действующего значения напряжения собственного шума. Это напряжение поступает на вход вычи. тателя 10 "вычитаемое". На выходе вычитатель 10 имеет разность напряжения "сигнал-шум" и "шум", которая поступает на преобразователь аналог-код 11. Напряжение с выхода вычитателя 10 преобраэовывается в пропорциональную частоту импульсной последовательности на выходе преобразователя аналог код 11, которая подсчитывается счетчиком 13 и отображается на цифровом индикаторе 14.Блок 15 выбора постоянных времени усреднения позволяет; выбирать для измеряемых сигналов с различной шириной частотного спект. ра и различными временами корреляции такую постоянную времени детектора 7, что статис. тическая погрешность, равная Я= - яЛЯ 7 ю где Т - время усреднения;Ю - ширина полосы частот измеряемого сигнала, сохраняется достаточно малой. При этом,стрелочный прибор 12 служит индика тором правильности выбора времени усреднения, о чем можно судить по амплитуде колебаний стрелки в установившемся режиме. Одновременно блок 15 выбора постоянных времени усреднения через блок 16 выбора кратности времени измерения воздействует на блок 17 выработки временных интервалов, задающий время подключения входного уси лителя 4 к источнику. 1 сигнала (время для измерения собственного шума задается пос. тоянным и определяется шириной полосы пропускания тракта усиления), Связь между вы5 7463 ходом блока 17 выработки временных интер. . валов и блоком 15 выбора постоянных времени усреднения обеспечивает синхронное с переключателями 3 и 8 изменение постони. ных времени детектора 7. При подключении источника 1 сигнала постоянная времени детектора 7 устанавливается равной величине, заданной механически или электрически в блоке 15 выбора постоянных времени усреднения, а в другом положении входного переключателя 1 О 3 постоянная времени детектора 7 определя. ется фиксированной электрической цепью, входящей в его схему.Все временные интервалы вырабатываются из последовательности импульсов, поступающих И от генератора 18 опорной частоты, Блок 17 выработки временных интервалов выдает сиг. палы заданной длительности для управления переключателями 3 и 8, аналоговым запо. минающим устройством 9 и счетчиком 13, а 26 также осуществляет их синхроиизащпо.. При этом время подключения источника 1 сигнала определяется блоком 15 выбора постоянных времени усреднения и.блоком 16 выбора кратности измерения, с помощью которого 2 время подключения источника 1 сигнала выби. рается в целое раз больше заданного времени усреднения. .сиг.Время подключения источника сиг нала с одной стороны ограничивается требуе мой величиной Времени усреднения, а с друтоймаксиыально возможным временем хранения действующего значенйя напряжения собственного шума в аналоговом запоминающем устройстве 9 и временными климатическими измене.- Зз пнями действующего значения напряжения собственного шума, что определяет время между двумя измерениями собственного шума с целью поддержания высокой точности его ком. пенсации. 46Импульсы управления счетчиком 13 засни. хронизованы с началом и окончанием импульса, задающего время подключения источника 1 сиг. нала, таким образом, что измерение, частоты на выходе преобразователя аналог-код 11 иа. 45 чинается по окончании одного времени усред. йеиия, т. е. переходного процесса на выходе детектора 7.Повышение точности достигается благодаря тому, что при любом положении входного пе- М реключателя 3 сохраняется оптимальное согла 03 бсование на входе входного усилите,.я 4, т.е. постоянный и минимальный уровень его соб. ственных шумов, которые компенсируются в вычитателе 10. Погрешность временной дискретизатши устраняется вследствие того, что осуществляется непрерывное измерение случайного электрического сигнала с периодической коррекцией величины собственного шума, в блоках, обеспечивающих его компенсацию, при длительности реализации измеряемого сигнала в несколько раз превышающей его максимальное время корреляции. Формула изобретения Устройство для измефения случайных электрических сигналов, содержащее последователь.но соединенные входной переключатель, вход.ной усилитель, делитель, промежуточный усилитель, детектор, второй переключатель и соединенные последовательно преобразователь аналог.код, счетчик и цифоовой индикатор, управляющий вход счетчика через блок выработки временных интервалов подключен к генераторуопорной частоты, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что с целью повышения точности, в неговведены блок эквивалентов источников сигналов, подключенный ко второму входу входного переключателя, включенные последовательно аналоговое запоминающее устройствои вычйтатель, выходом подключенный к пре.образователю аналогкод и к введенномустрелочному прибору, а другим входом кпервому выходу второго переключателя, вто.рым выходом соединенного со входом аналогового запоминаощего устройства, управляющий .вход которого соединен с выходом блока выработки временных интервалов, с управляющи.мивходами переключателей и введенным.блоком выбора постоянной времени усреднения,выход которого подключен к детектору и так.,же к введенному блоку выбора кратности времени измерения, соединенному с блоком вы.работки временных интервалов.Источники информации,нринятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРИф 467281, кл. 6 0 й 1902, 1972,2; Авторское свидетельство СССРЮф 444116, кл. 0 01 й 19/00, 1972., Веремейкинаталош,Состав Техред Ушак едакто Подписноета СССР 931/31 Зака ого комнтеи открыпйушскан наб.,45 113--- 3"Патент , г. Ужгород,ктн Тираж 1019 ИИПИ Государственн о делам изобретений 5, Москва, Ж 35, Р Корректор М П