Способ измерения среднеквадратического значения переменного напряжения

(51)М. К прмсоелинением заявки МС 0 0 сударетеанный квинтет 3) ПриоритетОпубликовано 15. 01 т. 82. Бюллетень Юю 1 ч Дата опубликования описания 17.0 тт,82 во делам наабретенн н вткрытнй) Авторы Б, Л. Рудницкий А. Д зо ретени 1) Заявитель нницкий политехнический институт ОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕК 8 АДРАТИЧЕСКОГО ЗНАЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ э те значеИзвестен способ измерения среднеквадратицеского значения переменного, напряжения, основанный на взаимообратных преобразованиях и предусматривающий, в частности, квадрирование мгновенных значений контролируемогонапряжения, усреднения сигнала иизвлечения из полученного напряжения квадратного корня 13Недостатками известного способаявляются увеличенное время измерения, обусловленное инерционностьюприменяемых квадраторов,низкая точность контроля, связанная с неидеальностью проходной характеристики квадратирующих элементов, а также ограниченность частотного диапазона контроли руемого напряжения, вызванная фиксированным временем усреднения,ных и и лав рен Изобретение относится к элект ерительной технике и может быть ользовано и при построении ради ических устройств различного на Наиболее близким к изобретению является способ измерения среднеквадратического значения переменного напряжения, согласно которому входной сигнал подвергают двухполупериодному выпрямлению, из выпрямленного на-. пряжение выделяют переменную составляющую, которую выпрямляют и вновь разделяют на постоянную и переменную составляющие, повторяя данную операцию и раз, каждую из полученных при этом (тт + 1) постоянных составляющих возводят в квадрат, суммируют результаты квадрирования, из суммы квадра" тов извлекают квадратный корень и по найденной величине судят о средне- квадратическом значении контролируемого напряжения2.Недостаток известного способаопределяется наличием последовательопераций возведения в квадратзвлечения квадратного корня, обусливающих значительное время измеия. Названные операции затрудня04 05ыделенных постояномодулировать гаря, сдвинутые друг на 90 , суммарные ированных колебаС,К. и из Если каж ных составл монические 10 относительн колебания и ний предстающих олеб друга р моду ятся в виде Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения среднеквадрат.:ческого значения переменного напряжения, заключающемся в двухпериодном выпрямлении входного сигнала и выделении из выпрямленного напряжения постоянной и переменной составляющих с многохратным повторением указанных опараций в процессе преобразования ащчюла, Формируют дополнительные гармонические колебания, сдвинутые по Фазе на 90 , сформированные колебания как с одной так и с другой фазой ПО д переменно модулируют выделенными постоянными составляющими, модулированные колебания попарно суммируют, разбивают на пары полученные суммарные колебания, осуществляют сдвиг позо Фазе на 90 между колебаниями в каждой паре, снова суммируют колебания образованных пар и повторяют операции парообразования, 90-градусного Фазового разнесения и суммирования отделенных колебаний до получения од- З 5 ного результирующего колебания, по амплитуде которой судят о среднеквадратическом значении контролируемого напряжения. Д=Ч СОЬ Ы Ч +М СОВи) 01 0где 1г), Ч й- суммарные колебания пар модулированных колебаний;начальная фазасуммарных колебаний;- круговая частота колебаний. у суммарными коЧ(Й) Фазовый и просуммировавье суммарное коЧО -Огс ЖЙ 44 Й)010 Э) Обеспечивая межлебаниями 1;и сдвиг, равный 90, их, определяем тре лебание Ч(1) Ч 41 01 0д 1 М-)% = + Ч 0+Ч 0 .Упщ 3ют также контроль напряжений, имеющих частотные составляющие с периодом, меньшим, чем суммарное время возведения в квадрат и извлецения квадратного корня,Цель изобре 1 ения - уменьшение вр мни измерения среднеквадратического значения и расширение частотного диапазона контролируемого переменно го напряжения без снижения точности контроля. 9205384Для простоты дальнейших заключе,ний положим, что число операций выпрямления 1 = 5, т.е,1 звест и сред ремено, что пр ческого з довасредн преде.н7 ч ф(ф 1 с,к,где М с - значение постояляющей, получаекаждой операцииния;погрешность, обконечным числом ой состай послеыпрямлеловленнаяпераций ямления,ного напряжения методтельного выпрямленияквадратическое значенляется как зменен ения и м посл скомое ейскальная фаза гд ЯЧ 01 01 третьего суммарного колебания. просуммиание и мученноеическогооставляющсдвигаирующее,(аЧ Ч=5Ч 05.Ьсюь (иАч ) Наконец,марное колеблебание, полляции гармопостояннойих взаимноголяем результ овав третье сумдулированное корезультате моду колебания пятой ей, при условии а 90 , опредеолебание Чл (1)0538Оляторов 7 поступает высокочастотное на пряжение от опорного генератора 9. К си гнальным входам модуляторов 8 то же напряжение подводится через фазовра щатель 10, обеспечивающий сдвиг поФазе на 90 ф. С помощью модуляторов 7 и 8 осуществляется модуляция гармонических колебаний выделенными постоянными составляющими. При этом модулированные колебания оказываются сдвинутыми между собой на 900 . Моду.лированные колебания с выходов модуляторов 7 и 8 поступают в блок суммирования 11 и с помощью сумматоров 5 13 попарно суммируются. При четномчислепреобразовательных блоков 1 к одному из сумматоров 13 подается лишь одно из модулированных колебаний, Напряжения суммарных колебаний на выходах сумматоров 13 определяется из выражения (3).Далее суммарные колебания вновьразбиваются на пары и суммируются в блоке суммирования 12 с помощью сумматоров 14. При этом колебания, поступающие .на одни входы сумматоров 14, сдвигаются на 90 относительнооколебаний, поступающих на другие входы, за счет блоков Фазовой автоподстройки 15, Напряжение колебаний на выходе каждого из сумматоров 14 соот- .ветствует выражению 14) с учетом изменения индекса в зависимости от числа используемых преобразовательных блоков 1. Амплитуда результирующего колебания по выражению (5) отображает, как уже указывалось, среднеквадратическае значение контролируемого напряжения, определяемое в соответствии с выражением (1). Величина этой амплитуды и фиксируется измерителем 16.При реализации предлагаемого устройства число модуляторов 7 и 8 берется равным 0+1, число сумматоров13 - (й + 1)/2 а число сумматоров 14 - ( + 1)/2-1, с округлением в сторону большего целого числа, При использовании в качестве модулируемых колебаний сигналов, имеющих частоту значительно выше высшей из спектральных составляющих измеряемого напряжения (например, СВЧ и оптического диапазона), время измерения среднеквад" ратического значения составляет несколько периодов модулируемого сигнала, в отличие от известного способа, при котором среднеквадратическое значение определяется за несколько периогде Ч,:ай- начальная,0 тоянные составлве группы модуальныи входам ятооду" фаза результирующегоколебания.Сравнивая амплитуду результирующего колебания по выражению (5) свыражением (2) для определения среднеквадратического значения методомпоследовательного выпрямления, убеждаемся в их идентичности,Таким образом, по амплитуде результирующего колебания можно судить осреднеквадратическом значении контролируемого напряжения. 1На чертеже приведена функциональная схема устройства, реализующегопредложенный способ измерения среднеквадратического значения переменного.напряжения. В. частном случае принято 20выделение четырех переменных и пяти. постоянных составляющих выпрямленныхнапряжений.Устройство содержит последовательное соединенные преобразовательныеблоки 1, состоящие из Фильтра 2 высоких частот, Фильтра 3 низких час-тот и формирователя 4 модуля, В состав устройства входят также Фильтр5 низких частот, дополнительный Формирователь 6 модуля, модуляторы 7 и8, разбитые на две группы, опорныйгенератор 9, фазовращатель .10, блоки суммирования 11 и 12, состоя-.щие иэ сумматоров 13 и 14 блок 15фазовой автоподстройки, измеритель,16 амплитуды.Работа устройства происходит следующим образом.Контролируемое переменное напряжЕние подается на дополнительнь 1 й формирователь 6 модуля, на выходе которо-го формируется однополярныйсигнал,Далее фильтром 2 высоких частот первого преобразователя блока 1 выделяется переменная составляющая выпрям 1ленного напряжения, которая сновапреобразуется Формирователем 4 моду"ля в однополярный сигнал, поступающий затем на следующий преобразова 50тельный блок, Постоянная составляю"щая в каждом преобразовательном бло"ке выделяется фильтром 3 низких частот, а на выходе последнего преобразовательного блока - фильтром 5 низ5ких частот.Выделенные пос яющие подаются на д лров 7 и 8, К сигнмдов контролируемого напряжения, Это .обстоятельство обеспечивает, наряду с устранением операций непосредственного квадрирования и извлечения квадратного корня, существенное уменьшение времени измерения.В связи с тем, что в предложенном способе осуществляются операции, описываемые линейными (в смысле показателя степени), функциями по отношению 10 к сигналам, (выпрямление, модулирование, линейная фильтрация), погрешности измерения могут быть снижены введением частотнонезависимых обратных связей и применением аддитивных 45 методов коррекции. Ввиду того, что измерение среднеквадратического значения производится на фиксированной частоте, не связанной с частотой контролируемого напряжения, не предс тавляет сложности также снижение погрешностей, вносимых паразитными параметрами и дрейферами реальных зле" ментов, т.е. появляется возможность расширения частотного диапазона конт ролируемого напряжения без снижения точности контроля.Формула изобретенияСпособ измерения среднеквадратического значения переменного напряжения, заключающийся в двухполупериодном выпрямлении входного сигнала и выделении из выпрямительного напряжения постоянной и переменной составляющих с многократным повторением указанных операций в процессе преобразования сигнала, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшения времени измерения и расширения частотного диапазона контролируемого напряжения, формируют дополнительные гармонические колебания, сдвинутые по фазе на 90 ф, сформированные колебаниякак с одной, так и с другой фазойпопеременно модулируют выделеннымипостоянными составляющими, модулированные колебания попарно суммируют,разбивают на пары поперечные суммарные колебания, осуществляют сдвиг пофазе на 90 между колебаниями в каждой паре, снова суммируют колебанияобразованных пар и повторяют операции преобразования, 90-градусного фазового разнесения и суммированияотдельных колебаний до получения одного результирующего колебания, поамплитуде которого судят о среднеквадратическом значении контролируемого напряжения.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Волгин Л. И, Измерительные преобразования переменного напряженияв постоянное. И., "Советское радио",197, с. 139.2. Авторское свидетельство СССРУ Щ 6 12, кл. С 01 К 19/02, 193.