Способ измерения амплитудного значения электрического сигнала

(56) Авторское свидетельство ССВ 847218, кл. С 01 К 19/04, 197Патент Японии В 48-25676,кл. С 01 К 19/04, 193.(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДНОГОЗНАЧЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СИГНАЛА(57) Изобретение служит для повышения точности измерения амплитудного значения электрического сигнала. Устройство, реализующее способ,содержит компараторы 1 и 2, формирователь 3 опорных уровней, триггеры 4-7, нуль-орган 8, генератор 9тактовых импульсов, элементы И-НЕ10-12, реверсивный счетчик 13 импульсов, блок 14 инверторов, одновибратор 15, формирователь 16 импульсов сброса, аналого-цифровойпреобразователь 17, регистр 18 числа, арифметический блок 19, отсчетСР 9. еские ерений тобы искомоученном-лы,ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТ О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ЯО 1441321 А 1 но-регистрирующий блок 20. Формируютположительные (ПОУ),отрицательные (ОУ) -е опорные уровни и определяют моменты времени ; перехода исследуемого сигнала (С) через -еПОУ в положительном направлении имоменты времени сперехода С через-е ОУ в отрицательном направлении.Значения ь-х ОУ используют как результаты измерений мгновенных значений исследуемого С в первые характеристические моменты времениПосле этого измеряют временные интервалы Д 1, = - Та; и определяют характеристические моменты времени й, как моменты окончаниявременных интервалов .:Ь;= 61 /2отсчитываемых от характеристическихмоментов времени й, . Способ предусматривает возможность дополнительно усреднять среднеквадрат значения пар результатов и мгновенных значений с тем,иметь возможность судить обамплитудном значении по полрезультату усреднения. 1 з.2 ил1441321 Изобретение относится к электро- измерительной технике,Цель изобретения - повьппение точности измерения.5На фиг. 1 приведена временная диаграмма, поясняющая данный способ; на фиг, 2 - блок-схема устройства для его реализации.Способ заключается в следующем.Допустим, что измерению подлежит амплитудное значение Б электрического сигнала (фиг.1) М = й 1. Еы(С) = Б яж(йС-ц) Ь= О,25 Т; Таким образом, формируются характеристические моменты времени1отстоящие от ; на четверть периода исследуемого сигнала.В моменты времени С, измеряют изапоминают мгновенные значения исСле-30дуемого сигнала-Б соя ЯС,;,Как видно из выражений (1) и (2),амплитуды выборок Б , и 1 Э, исследуемого сигнала являются функциямисинус и косинус моментов времени 1;Совместно со значениями опорныхуровней -Ба; мгновенные значения-БЗ, сигнала используют для вычис Оления среднеквадратичных значений:(-Б сояц,; ) т то выраж ак видно 1 1= - агся 1 Ясреднеквадраттуд выборокстоящих между ески Ц, и обой мому эна Э на ч ампл- +2 2 да, равны ис начению иссл дуемого сиг й опорных у еле могут о Пары модуле и Паа+, в пред между собой на тельному прибо интервалы врем измеряемыми мг лы- О,ЗТразличимуюу величину,ни (1овенными зн равныенала. где Я = 2 Р/Т - круговая частота,- начальный фазовыйсдвиг,Т - период сигнала,Вначале формируют иустанавливают с заданной точностью пары опорых уровней+11 где= 1иОпределяют моменты времении 1перехода исследуемого сигналасоответственно через положительныеи отрицательные значения опорныхуровней + Пап, и -У , в положительном и отрицательном направлениях. Моменты времени; определяются в положительный полупериод исследуемого сигнала иэ равенстваМоменты времени С определяются в отрицательный полупериод исследуемого сигнала из равенства Поа 1 = 1 мяп(дс - .а/2 атем выделяют временные интерва лупериоду исследуемого сиг Временные интервалы ЕСизмеряют. Результаты измерений 11 получают путем квантования этих временных интервалов с частотой квантования Результаты измерений запоминаютПотом от моментов времени (1 отсчитываютвременные интервалы длительность которых в два раза меньше длительности временных интервалов М, т.е. с; = 6 е /2.Временные интервалы 61 , формируют путем отсчитывания значении кодов Мот моментов времени С, с частотой 2 йя,ния амплиравноотверть перудномуала.овнеиличатьсяпо иэмери при котоГ,2, ) междачениями10 15 20 25 30 исследуемых сигналов превьппают времяизмерения амплитуд выборок,В отрицательный полупериод исследуемого сигнала могут быть полученырезультаты п измерений его амплитудного значения.При наличии в исследуемом сигнале шумов и помех результат каждогоиз и измерений получают с погрешностью, обусловленной действием этихшумов и помех. Для уменьшения влиянияшумов, помех и наводок на точность измерения полученные среднеквадратические значения дополнительно усредняют. Причем усреднения проводят в течение интервалов времени Ь й, й 0,25 Т,При периодическом характере помехивремя усреднения выбирают кратным периоду помехи или наводки.Выполнение этого условия уменьшает действие периодических помех и наводок на результат измерения амплитудного значения сигнала.Устройство для измерения амплитудного значения электрического сигнала,реализующее предлагаемый способ при1 = 1, содержит два компаратора 1 и2, формирователь 3 опорных уровней,четыре триггеоа 4-7, нуль-орган 8,генератор 9 тактовых импульсов,трилогических элемента И-НЕ 10-12, ре.версивный счетчик 13 импульсов,блок 14 инверторов, одновибратор 15,формирователь 16 импульсов сброса,аналого-цифровой преобразователь 17,регистр 18 числа, арифметическийблок 19 и отсчетно-регистрирующийблок 20,Первые входы компараторов 1 и 2соединены с парафазными аналоговымивыходами формирователя 3 опорныхуровней. Вторые входы компараторов,1 и 2, один из входов нуль-органа 8,синхронизирующий вход генератора 9и вход преобразователя 17 соединеныс входной клеммой устройства. Выходкомпаратора 1 подключен к входу установки единицы триггера 4, вход установки нуля которого соединен с выходом компаратора 2, к которомуподключен и вход установки единицытриггера 5Выход триггера 5 соединен с первым входом элемента И-НЕ 11,второй и третий входы которого соединены соответственно с инверснымвыходом триггера 4 и выходом генератора 9, к которому подключен и счетный вход триггера 6. Выход триггера 6 соединен с одним из входов элемента И-НЕ 10, второй вход которого подключен к прямому выходу триггера 4, а .выход:; - к суммирующему входу счетчика 13, вычитающий вход которого подключен к выходу элемента ИНЕ 11, а выходы переполнения через блок 14 соединены с авходами элемента И-НЕ 12, и-й вход которого подключен к инверсному выходу триггера 7. Выход элемента И-НЕ 12 подключен к входу установки нуля триггера 5 и управляющему входу регистра 18, информационные входы которого соединены с выходами преобразователя 17, а выходы подключены к одним из входов арифметического блока 19. Вторые входы блока 19 соединены с цифровым выходом формирователя 3, а выходы арифметического блока 19 подключены к отсчетно-регистрирующему блоку 20. Второй вход нуль-органа 8 соединен с земляной шиной, а его выход подключен через цепочку последовательно соединенных триггера 7, одновибратора 15 и формирователя 16 импульсов сброса к входу установки нуля реверсивного счетчика 13 импульсов.Устройство работает следующим образом.На первые входы компараторов 1 и 2 поступают опорные уровни +О и-Бо с парафазных аналоговых выходовформирователя 3. На вторые входы ком- параторов 1 и 2 поступает исследуемый электрический сигнал, которыйодновременно поступает на один извходов нуль-органа 8, на второй вход 40которого поступает нулевой потенциал. В результате на выходе нульоргана 8 в моменты времени й , ю,формируется последовательно. ность коротких импульсов, которая 45поступает на счетный вход триггера7Последний формирует сигнал типамеандр, знаки полупериодов которогосовпадают со знаками полупериодовисследуемого сигнала, Передним фронтом сигнала типа меандр запускаетсяодновибратор 15, который формируетимпульс длительностью с., достаточной для надежной установки в нульсчетчика 13. Предварительно этот импульс усиливается по мощности формирователем 16. Таким образом, устройство подготавливается к процессу измерения.20 1 ж г на всех его выходах переноса появляется потенциал, соответствующий лог."1", После инвертирования с помощью блока 14 инверторов этот сигнал поступает на пвходы элемента И-НЕ 12. На его и-м входе в отрицательный полупериод сигнала устанавливается разрешающий потенциал соответствующий лог, ", поступающий с инверсного выхода триггера 7.В результате на выходе элемента И-НЕ 12 появляется сигналсоответствующий лог, "О", Этот сигнал устанавливает триггер 5 в состояниег,"Очна его,прямом выходе, запрело 5 14413В момент времени 1перехода исследуемого сигнала ц(1) через опорный уровень Уна выходе компаратора 1 формируется короткий импульс,который переводит триггер 4 в состояние 1 ц, В результате на суммирующий вход счетчика 13 с выхода триггера 6 через элемент И-НЕ 10 поступает периодическая последовательность прямоугольных импульсов с частотой следования Х 6 = Е /2. Последние формируются путем деления на двачастоты тактовых импульсов генератора 9 с помощью триггера б. Суммирование счетных импульсов в счетчике13 начинается с момента времени С 1 .Одновременно сигнал с инверсноговыхода триггера 4, соответствующийО запрещает прохождение счетныхимпульсов через элемент И-НЕ 11 навычитающий вход счетчика 13,В момент времени , равенствомгновенного значения электрическогосигнала ц(с) значению опорного уровня -Бна выходе компаратора 2появляется короткий импульс, устанавливающий триггер 4 в нуль, а триггер 5 - в единицу. В результате поступление счетных импульсов на суммирующий вход счетчика 13 прекращается, а на его вычитающий вход начинают поступать импульсы с выхода элемента И-НЕ 11 с частотой следованияй., = 2 Г 835За время 1 = Т 0 - С 0, на суммирующий вход счетчика 13 поступит10 = кя импульсов.С момента времени 1 из счетчика13 число считывается с удвоенной час" 40тотой й = 2 Е 5. В результате по истечении интервала времени2 щая тем самым прохождение выходных импульсов генератора 9 на вычигающий вход счетчика 13 через элемент И-НЕ 11. Одновременно выходной сигнал элемента И-НЕ 12 поступает и на управляющий вход регистра 18, обеспечивая запись выходного кода числа Б аналого-цифрового преобразователя 17 в регистр 18. Код числа И = -ЯУз где Я - коэффициент передачи преобразователя 17, пропорционален мгно" венному значению -Бисследуемого электрического сигнала в момент времениотстоящий отна интервал времени ЬС; .Интервал времени 6 1, равен половине временного интервала Ь Е, т,ечетверти периода исследуемого сигнала.В результате на входы арифметического блока "19 поступают коды чи) сел Ч 1= -Я 031 и 110 = -ЯНОВС помощью арифметического блока 19 амплитудное значение электрического сигнала ц(с) определяется в соответствии с выражением И к о= МКод числа Юиндицируется с помощью блока 20. Формула изобретения1. Способ измерения амплитудного значения, электрического сигнала, заключающийся в том, что измеряют пары мгновенных значений исследуемого сигнала в моменты времени 1,; и 1Ьу отстоящие друг от друга на четверть периода сигнала, и определяют искомое амплитудное значение как средне- квадратическое значение пар полученных результатов измерений мгновенных значений, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, предварительно формируют положительные и отрицательные х-е опорные уровни:, где 6 = 1,2,3п, определяют моменты времени Ьд, перехода исследуемого сигнала через д-е положитель-, ные опорные уровни в положительном направлении и моменты времени ;перехода исследуемого сигнала через х-е отрицательные опорные уровни в отрицательном направлении, при этом значения -х отрицательных опорных уровней используют как результаты измерений мгновенных значений иссле1441321 П ставитель С, Рыбин Техред А. Кравчук ректор Э, Лончакова едактор М ов Тиразс 772 ПВНИИПИ Государственного комитетапо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раувская наб., д, 4 одписноеСССР з 6284/49 Производственно-полиграФическое предприятие, г. Уагород, ул, Проектная дуемого сигнала в первые характеристические моменты времени с , измеряют временные интервалы д 1,; щ 1- 1 О; и определяют вторые характеристические моменты времени й как моменты окончания временных инЬ;тервалов 6 е . =, отсчитывае 2 мых от характеристических моментов времени Т,; .2. Способ по п. 1, о т л н ч .а ющ и й с я тем, что среднеквадратические значения пар результатов измерений мгновенных значений дополнительно усредняют и судят об искомом амплитудном значении по полученному результату усреднения.