Способ измерения амплитудного значения переменного напряжения

(с с" САНИЕ ИЗОБРЕТЕН ОП ут инженеров граждалетия СССРВ,А, Игнатов 8)етельство СССР 19/04, 1981.етельство СССР В 19/04, 1985. НИЯ(57) Использование:ке для измерения амсигналов при низк шум. Устройство, редержит фазовращатблок интегрировани в измерительнойтехниплитуды электрических их отношениях сигналализующее способ, соель 1, блок сравнения 2, я 3, блок интегрироваГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Киевский инститской авиации им. 60(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДНОГО ЗНАЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения амплитуды электрических сигналов, в частности при низких отношениях сигнал-шум;Известен способ измерения амплитудного значения переменного напряжения, основанный на введении дополнительного фазового сдвига, сравнении мгновенных значений исследуемого и сдвигутого по фазе электрических сигналов, измерении в момент их равенства значения напряжения и определении отношения, Недостатки этого способа заключаются в сложности практиния 4, пороговый элемент 5, аналого-цифровой преобразователь 6, нуль-орган 7, таймер 8, блок деления 9, блок умножения 10, блок задания коэффициента умножения 11, блок индикации 12, Формируют дополнительный сигнал, сдвинутый по фазе относительно исследуемого. В момент равенства этих сигналов то начинают интегрирование обоих сигналов до того момента, пока интегральное значение исследуемого сигнала не достигнет нуля. В этот момент времени т измеряют интегральное значение дополнительного сигнала, а значение амплитуды определяют по формуле А=Я 2(т 1) 7 Г-Е) / /2(11-то)зпг сов - , где 52(11) - результат ин 2тегрирования дополнительного сигнала на временном интервале (т 1-то); Р - фазовый сдвиг. Причем величинуфазового сдвига выбирают равной Р=1,6929693 рад ( =97 ), 1 з.п, ф-лы, 3 ил. Ь 3 ческой реализации и низкой точности измерений при низких отношениях сигнал-шум,Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ измерения ампли.удного значения переменного напряжения, основанный на введении в него дополнительного фазового сдвига, сравнении мгновенных значений исследуемого и сдвинутого по фазе электрических сигналов, измерении в момент их равенства значения напряжения, определении отношения, причем в момент равенства исследуемого и сдвинутого по фазе электрических сигналов измеряют значение исследуемогосигнала, при этом о значении амплитуды исследуемого сигнала судят по отношению измеренного напряжения к постоянной величине, равной синусу половины фазового сдвига,Недостатком известного способа является низкая точность измерений при воздействии помех на исследуемый сигнал, в частности при низких отношениях сигналшум. При низких отношениях сигнал-шум в известном способе теряется устойчивость и повторяемость результатов измерений, причем последние имеют большой разброс.Цель изобретения - повышение точности измерения при низких отношениях сигнал-шум.На фиг. 1 приведена структурная схема устройства, реализующего предложенный способ; на фиг, 2 - временная диаграмма, поясняющая сущность предложенного способа; на фиг. 3 - график выигрыша по точности.Устройство, реализующее способ, содержит фазовращатель 1, блок 2 сравнения, блоки 3 и 4 интегрирования, пороговый элемент 5, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 6, нуль-орган 7, таймер 8, блок деления 9, блок умножения 10, блок 11 задания коэффициента умножения, блок 12 индикации,Вход устройства соединен с входом фазовращателя 1, входом блока 3 интегрирования и первым входом блока 2 сравнения. Выход фазовращателя 1 соединен с вторым входом блока 2 сравнения и входом блока 4 интегрирования, выход которого соединен с входом АЦП 6, выход которого соединен через блок деления 9 с входом блока умножения 10, выход которого соединен с входом блока 12 индикации. Выход блока 2 сравнения соединен с первыми управляющими входами блоков 3 и 4 интегрирования и первым управляющим входом таймера 8, Выход блока 3 интегрирования соединен через пороговый элемент 5 с входом нуль- органа 7, выход которого соединен с вторыми управляющими входами блоков 3 и 4 интегрирования, управляющим входом АЦП 6 и вторым управляющим входом таймера 8, выход которого соединен с управляющим входом блока деления 9. Выход блока 11 соединен с управляющим входом блока умножения 10.Изобретение осуществляется следующим образом,Входной сигнал у 1(т)=Азп а т+;"(т), где А - амплитуда, 2 К 1=в - круговая частота, (с) - мгновенное значение помехи, сдвига ется фазовращателем 1 по фазе на угол Е.Сдвинутый сигнал у 2(т)=Аз п(в т - Е)+ ф(т) сравнивается с входным в блоке 2 сравнения. В момент времени 1 о (см, фиг, 2) их 5 равенства блок 2 сравнения формирует импульс разрешения. Поэтому импульсу включается таймер 8, и блоки 3 и 4 начинают интегрирование сигналов у 1(1) и у 2(т) в соответствии с уравнениями (1) и (2):10 Я(0)= ) уф)й 1 о 11 32(т 1) 3 У 2(Х)от 1 о(3) 45 У 2=т 1 то Значение у 2 в блоке 10 умножается напостоянный коэффициент 50 г р К= 2 зпР соь(4) значение которого заранее вводится в блок11, Величина 32(О 1) Кт 1 то(5) Интегральное значение Яф) поступаетна вход порогового элемента 5.Когда интегральное значение 31(т) превысит пороговое значение, то элемент 5 начнет пропускать сигнал 51(т) на входнуль-органа 7. Наличие порогового элемента 5 исключает срабатывание нуль-органа 7 в начальный момент времени то (см,25 фиг. 2),В момент времени т 1, когда будет выполнено условие Яф 1)=0, нуль-орган 7 выдает сигнал на второй управляющий входтаймера 8, на вторые управляющие входыблоков 3 и 4 интегрирования и на управляющий вход АЦП 6. По этому сигналу таймер8 прекращает отсчет времени, блоки 3 и 4прекращают интегрирование, а АЦП 6 осуществляет преобразование значения сигнала 52(т 1) в цифровой эквивалент, которыйпоступает на вход блока деления 9, На управляющий вход блока деления 9 поступаетзначение интервала времени т 1 - 1 о с выходатаймера 8, Цифровой эквивалент. сигналаЯф 1) в блоке 9 делится на значение 11 - то. Врезультате на входе блока деления 9 формируется значение отношения(8) 30Р 1 =2 К - Ро,На практике интервал корреляции помехи обычно существенно меньше периода исследуемого сигнала, поэтому цй =(т)О=0.1 о40После преобразования уравнения (7) сучетом соотношений (8) получают к-РА=Я 2(т 1)(9) 45 Величину оптимального фазового сдвига, при которой нестабильность фазового сдвига практически не влияет на дисперсию 50 результата измерения амплитуды А, опредАделяют из условия Е =О, откуда находят Еор 1=1,6929693 рад, при этом 55(1 0) А=1,1 О Я 2(т 1) /(т 1 - 1 о) Если фазовый сдвиг выбрать Е= л/2,тогда равная амплитуде исследуемого сигнала, отображается на устройстве индикации 12.Повышение точности измерений при низких отношениях сигнал-шум достигает ся за счет существенного уменьшения влияния помехи ф(т) и влияния нестабильности фазового сдвига на результат измерения амплитуды А, При этом особенности формирования сигналов Я 1(т 1) и Я 2(т 1) состоят в 10 следующем, После интегрирования исследуемого и сдвинутого по фазе сигналов на интервале времени 11-1 о сигналы на выходе. блоков 3 и 4 равны А=1,11 Я 2(т 1)/(т 1-со).Достигаемый выигрыш в точности измерения амплитуды для предложенного способа в сравнении с известным для случая Е=- л/2 составляет(12)где о, А - относительные дисперсии результатов измерений амплитуды для известного и предложенного способов;2 2О, ор - относительные дисперсии помехи и фазового сдвига соответственно, 1 - отношение сигнал-шум.Изобретение иллюстрируется следующим примером.Например, при Ь=З; О =ог =0,05 выигрыш в точности измерений амплитуды составляет 2=6,7 раза (см, фиг. 3),При выборе оптимального фазового сдвига Ео; достигаемый выигрыш резко возрастает,При реализации предложенного способа может осуществляться сдвиг по фазе как по отставанию, так и по опережению выходного сигнала фазовращателя 1 относитель.- но исследуемого сигнала. В случае, если используется опережение по фазе, то выход фазовращателя 1 следует соединить с входом блока 3 интегрирования, а вход фазовращателя 1 - соединить с входом блока 4 интегрирования.При этом интегриоование сигналов у(т) и у 2(т) прекращают при выполнении условия Я 2(т 1)=0, а значение амплитуды исследуемого сигнала определяют по формуле косвенного измерения(13)где Я 1(т 1) - результат интегрирования исследуемого сигнала у 1(т 1) на интервале времени с 1-то.Предложенный способ в сравнении с известным обеспечивает более высокую точность измерения амплитуды благодаря уменьшению коэффициентов влияния соответствующих первичных погрешностей (дисперсии фазового сдвига и дисперсии помехи) на погрешносгь косвенного измерения амплитудь.Таким образом, предложенный способ обеспечивает повышение точности измерений амплитуды при низких отношениях сиг 1742737нал-шум, Достигаемый выигрыш в точностиизмерений возрастает с уменьшением отношения сигнал-шум. Формула изобретения 1. Способ измерения амплитудного значения переменного напряжения, основанный на формировании дополнительного напряжения путем введения фазового сдвига в исследуемый сигнал, сравнении мгновенных значений исследуемого и дополнительного электрических сигналов и определении амплитудного значения по расчетной формуле, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения при низких отношениях сигнал-шум, в момент ьо равенства исследуемого и дополнительного сигналов интегрируют оба(т 1 - то) 5 Р - фазовый сд 2, Способ по п.1 тем, что величину фа ют равной Р=1,69296егрирования дополинтервале времени отличающиисового сдвига приним93 рад ( = 97),сигнала до тех пор, пока интегральное значение исследуемого сигнала не достигнет нуля, в этот момент времени т 1 измеряют интегральное значение дополнительного 5 сигнала, значение амплитуды исследуемогосигнала определяют по формуле1742737 10 Фиг, 3 30 35 40 45 50 Составитель Н. БоголюбовТехред М,Моргентал Корректор Н, Ревская Редактор О. Стенина Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 2282 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5