Способ измерения векторов гармонических сигналов с постоянной составляющей Российский патент 2017 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к области электроизмерительной техники. Способ может быть применен в средствах измерений пассивных и активных, в том числе комплексных, величин, например в мостах и компенсаторах переменного тока или в измерителях (анализаторах) параметров электрических цепей, а также в векторных вольтметрах.

Известен способ измерения постоянной составляющей множества совместно действующих гармонических сигналов [Агамалов Ю.Р. Измерение сигнала постоянного тока, инвариантное к некогерентным гармоническим помехам // Датчики и системы - 2014 - №12 - С. 2-6]. Между тем в ряде случаев, например при измерении параметров нелинейных многоэлементных комплексных электрических цепей (в частности, двухполюсников), возникает задача совместного инвариантного измерения как постоянной составляющей, так и самих гармонических сигналов. Данный способ не позволяет решить эту задачу, что является его недостатком.

Известен также принятый автором за прототип способ измерения вектора гармонического сигнала , действующего совместно с другими гармоническими сигналами , где , имеющими, как и сигнал G(t), известные, но не кратные друг другу значения периодов (T_m и T), согласно которому проекции p' и pʺ сигнала G(t) на два ортогональных совпадающих с измеряемым сигналом по частоте вектора опорных сигналов, связанные с А и ϕ₀, например, соотношениями и , измеряют путем выборки и суммирования дискретных отсчетов, или дискрет, суммарного сигнала с помощью мгновенных импульсов, действующих в моменты времени, образующие множества и , а значения проекций p' и pʺ определяют по соотношениям и , где - нормирующий множитель, причем формируют с помощью пошаговой процедуры, начинающейся с произвольного начального момента t₀, выступающего в качестве исходного множества, и получения на первом шаге дополнительного множества путем сдвига исходного на нечетное число полупериодов первого подавляемого сигнала или гармонической помехи, и далее получения на каждом последующем шаге дополнительного множества посредством сдвига полученного на предыдущем шаге множества на нечетное число n_m полупериодов m-го подавляемого сигнала до тех пор, пока число шагов не станет равным М-1 (RU №2377577 С1, 27.12.2009).

Недостатком данного способа является отсутствие возможности совместного инвариантного измерения нескольких участвующих в измерительном процессе гармонических сигналов и сопутствующей им постоянной составляющей (понижающей при всем этом точность измерения самих гармонических сигналов). Вместе с тем совместное инвариантное измерение данных сигналов необходимо в ряде случаев, например, при измерении параметров нелинейных комплексных объектов измерения, требующих их смещения по постоянному напряжению или току.

Техническим результатом изобретения является возможность совместного измерения в реальном масштабе времени множества некогерентных гармонических сигналов с сопутствующей им постоянной составляющей и повышение точности измерения благодаря исключению их взаимного влияния при инвариантности результата измерения к моменту начала измерения.

Технический результат достигается тем, что в способе измерения векторов гармонических сигналов , где , имеют известные некратные друг к другу периоды T_j и действуют вместе с постоянной составляющей W₀, при котором амплитуды A_j и начальные фазовые сдвиги ϕ_0j сигналов G_j(t) определяют по соотношениям и , где P_{1j и} P_2j - проекции векторов сигналов G_j(t) на пары ортогональных опорных сигналов, совпадающих с G_j(t) по частоте, а значения , получают путем неравномерной дискретизации суммарного сигнала и суммирования его дискрет, выборку которых производят мгновенными импульсами, действующими в моменты времени, образующие для , множества и , где , r=0,1,2, …, которые формируют пошагово согласно условиям: , где , , k_m=(2s+1), s=0,1,2, …, m - номер шага, благодаря чему сигналы G_n(t), становятся подавленными, сигналы G_j(t) нумеруют согласно условию T_j>T_j-1, множества и формируют согласно условию , а сигналы W₀ и , определяют по соотношениям:

и ,

где , а .

Сущность изобретения состоит в том, что путем особой частотозависимой дискретизации участвующих в измерительном процессе сигналов, построенной на учете их специфики и организованной так, чтобы в качестве первичной измерительной информации выступали получаемые в реальном времени суммы дискрет этих сигналов, формируют измерительную процедуру, инвариантную по отношению к множеству совместно действующих и при этом одновременно измеряемых гармонических сигналов и их постоянной составляющей, а также к моменту ее начала.

Достигают этого путем учета особенностей принятого метода измерений и измеряемых сигналов - множества некогерентных гармонических сигналов с взаимно не кратными частотами и сопутствующей им постоянной составляющей, а также специфики используемого метода измерений, заключающейся в том, что информацию об измеряемых сигналах здесь несут алгебраические суммы дискрет суммарного сигнала σ(t), выборку которых осуществляют на множествах моментов времени, сформированных с учетом условий упорядоченности этих множеств, означающих соответствие последовательностей номеров моментов времени и их значений согласно соотношению .

Сделаем теперь пояснения относительно приведенных выше соотношений, по которым определяют сигналы W₀ и , . Отличие множества , на котором производится измерение W₀, от аналогичного множества в указанном выше аналоге [Агамалов Ю.Р. Измерение сигнала постоянного тока, инвариантное к некогерентным гармоническим помехам // Датчики и системы - 2014 - №12 - С. 2-6.] заключается в том, что в последнем данное множество не зависит от приведенных выше условий: T_j>T_j-1, где и , где . Различие это существенно, поскольку в зависимости от соотношения значений T_j радикально влияет на продолжительность процедуры получения первичной измерительной информации, так что в аналоге она может быть меньше, чем в предлагаемом способе (предлагаемом изобретении).

Что касается измерения проекций , , то в данном случае сигнал W₀ является источником (аддитивных) погрешностей, которые устраняют путем вычитания из суммы дискрет , обеспечивающей в данном случае лишь искаженное измерение , компенсирующей влияние сигнала W₀ суммы дискрет .

Относительно погрешностей измерения в целом следует сказать, что они прямо пропорциональны погрешностям значений частот, участвующих в измерительном процессе некогерентных гармонических сигналов, а также погрешностям устройств выборки и хранения дискрет.

Наконец, вместо приведенных в ограничительной части формулы изобретения соотношений, связанных с измерением амплитуд A_j и начальных фазовых углов ϕ_0j некогерентных гармонических сигналов G_j(t), могут выступать соотношения, как получаемые путем тригонометрических преобразований из содержащихся в формуле изобретения, так и другие, фигурирующие в векторном исчислении.

Изобретение относится к области электроизмерительной техники. Сигналы , где , имеют известные некратные друг к другу периоды T_j и действуют вместе с постоянной составляющей W₀, при этом амплитуды A_j и начальные фазовые сдвиги ϕ_0j сигналов G_j(t) определяют по соотношениям и , где p_1j и p_2j - проекции векторов сигналов G_j(t) на пары ортогональных опорных сигналов, совпадающих с G_j(t) по частоте, а значения p_lj, получают путем неравномерной дискретизации суммарного сигнала и суммирования его дискрет. Выборку производят мгновенными импульсами, действующими в моменты времени, образующие для p_lj, l=1,2 множества и , где ΔT_j=(2r±1)T_j/4, r=0, 1, 2, …, которые формируют пошагово согласно условиям: , где , , k_m=(2s+1), s=0, 1, 2, …, m - номер шага, благодаря чему сигналы G_n(t), становятся подавленными. При этом сигналы G_j(t) нумеруют согласно условию T_j>T_j-1. Множества и формируют согласно условию , а сигналы W₀ и p_lj, определяют по соотношениям:

где

Технический результат заключается в возможности совместного инвариантного измерения в реальном масштабе времени множества некогерентных гармонических сигналов.

Способ измерения векторов гармонических сигналов, характеризующийся тем, что сигналы , где , имеют известные некратные друг к другу периоды T_j и действуют вместе с постоянной составляющей W₀, при котором амплитуды A_j и начальные фазовые сдвиги ϕ_0j сигналов G_j(t) определяют по соотношениям и , где p_1j и p_2j - проекции векторов сигналов G_j(t) на пары ортогональных опорных сигналов, совпадающих с G_j(t) по частоте, а значения p_lj, получают путем неравномерной дискретизации суммарного сигнала и суммирования его дискрет, выборку которых производят мгновенными импульсами, действующими в моменты времени, образующие для p_lj, l=1,2 множества и , где ΔT_j=(2r±1)T_j/4, r=0, 1, 2, …, которые формируют пошагово согласно условиям: , где , , k_m=(2s+1), s=0, 1, 2, …, m - номер шага, благодаря чему сигналы G_n(t), становятся подавленными, отличающийся тем, что сигналы G_j(t) нумеруют согласно условию T_j>T_j-1, множества и формируют согласно условию , а сигналы W₀ и p_lj, определяют по соотношениям:

где