Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в устройствах измерения действующего значения переменного напряжения или тока произвольной формы.
Известны [1] аналоговые устройства измерения действующего значения тока и напряжения, реагирующие на средневыпрямленное значение, шкала которых градуируется в действующих значениях гармонического сигнала, а для негармонических сигналов необходимо проводить пересчет их показаний. При неизвестной форме сигнала корректные измерения невозможны.
Известны [1, 2] аналоговые измерители достаточно больших действующих значений токов на основе термоэлектрических преобразователей. Они позволяют измерять токи произвольной формы, а их недостатком является необходимость достаточно большой мощности сигнала.
Общим недостатком аналоговых приборов является достаточно высокая погрешность измерений, обусловленная необходимостью пересчета показаний для произвольных сигналов и неидентичностью различных термопреобразователей.
Известны [1] цифровые измерители уровня переменного сигнала на базе аналого-цифрового преобразователя (АЦП), в которых используется измерение средневыпрямленного значения со всеми рассмотренными недостатками аналоговых измерителей.
Известны цифровые вольтметры [3, 4], в которых вычисляется среднеквадратическое значение периодического напряжения методом интегрирования произведения квадрата мгновенного значения входного сигнала на линейно изменяющееся вспомогательное напряжение. Его недостатком является необходимость предварительного определения периода входного сигнала для установки интервала интегрирования и точного формирования пилообразного сигнала от заданного опорного напряжения. Нарушение этих условий повышает погрешность измерения.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является цифровой обнаружитель узкополосных сигналов [5]. Его недостатком является отсутствие возможности измерения действующего значения входного сигнала.
Задачей предлагаемого технического решения является обеспечение возможности измерения действующего значения входного переменного сигнала произвольной формы с высокой точностью при отсутствии необходимости определения его периода повторения и при минимальных аппаратных затратах.
Поставленная задача решается тем, что цифровой измеритель действующего значения сигнала, содержащий аналого-цифровой преобразователь (АЦП), генератор тактовых импульсов (ГТИ) и n последовательно соединенных блоков обработки отсчетов (БОО), при этом количество БОО определяется двоичным логарифмом числа N обрабатываемых периодов сигнала,
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 – результаты моделирования работы измерителя при гармоническом входном сигнале, на фиг. 3 – результаты моделирования измерения гармонического напряжения силовой сети, на фиг. 4 – результаты моделирования измерения негармонического напряжения силовой сети, а на фиг. 5 – результаты моделирования измерения действующего значения шума.
Измеряемый входной сигнал
Устройство работает следующим образом.
Входной сигнал
Действующее (среднеквадратическое) значение периодического сигнала
которая совпадает с (1) только при
Для гармонического сигнала
где S – амплитуда,
Здесь
где
Если имеется выборка из N отсчетов сигнала
Известно [6, 7], что методы численного интегрирования требуют формирования
Значения
Поступающие в формирователь кода ФК 9 двоичные коды значений
Блок вычисления квадратного корня наиболее целесообразно реализовать на базе постоянного запоминающего устройства, в котором по адресу с двоичным кодом y записан код величины
Проведем моделирование измерителя при входном гармоническом сигнале (3). На фиг. 2а приведена зависимость нормированного действующего значения
При частоте квантования 1 МГц работоспособность измерителя сохраняется в диапазоне частот от 1 кГц до 490 кГц. На более низких частотах необходимо снижать частоту квантования или увеличивать N. При увеличении частоты f сигнала от 490 кГц до 500 кГц резко падает точность измерения, а на частоте 500 кГц отклик практически равен нулю (период сигнала равен
Таким образом, предлагаемый измеритель действующего значения сигнала обеспечивает высокую точность в широком диапазоне частот. Аналогичные результаты имеют место и для негармонических сигналов.
Особый интерес представляет измерение действующего значения напряжения силовой электросети с частотой 50 Гц и действующим значением 220 В. Форма колебаний напряжения может существенно отличаться от гармонической, при этом возникает значительная погрешность при измерении традиционными вольтметрами, реагирующими на средневыпрямленное значение измеряемого напряжения. Аналогичные проблемы возникают и при измерении тока силовой сети.
На фиг. 3а приведена временная диаграмма нормированного к амплитуде гармонического напряжения силовой сети, а на фиг. 3б – нормированный отклик
Форма напряжения (и тока) в силовой сети может отличаться от гармонической, пример показан на фиг. 4а, результат его измерения предлагаемым устройством показан на фиг. 4б (усредняются 40 периодов, на каждом формируется 100 отсчетов). При измерении прибором, реагирующим на средневыпрямленное значение, шкала которого проградуирована в действующих значениях гармонического сигнала (типичная процедура измерения), он покажет значение
Устройство позволяет измерять действующее значение случайного сигнала (шума). На фиг. 5а показана реализация отсчетов случайного процесса
Таким образом, предлагаемый измеритель среднеквадратического значения сигнала обеспечивает высокую точность для сигналов различной формы в широком диапазоне частот (в том числе и выше частоты квантования).
Для аппаратной реализации предлагаемого устройства целесообразно использовать программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС).
Литература
1. Кушнир Ф.В. Электрорадиоизмерения. – Л.: Энергоатомиздат, 1983. – 320 с.
2. Витковский В.Г., Мальцев Ю.С., Чернин М.М., Шевченко В.Д. Устройство для измерения действующего значения напряжения // Авторское свидетельство SU 983559, МПК G01R19/02 от 23.12.82 (Бюлл. № 47).
3. Грибок Н.И., Обозовский С.С., Садовая А.Я., Ткаченко С.С. Цифровой вольтметр действующего значения // Авторское свидетельство SU 1073707А, МПК G01R19/25 от 15.02.84 (Бюлл. № 6).
4. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. – М.: Высшая школа, 1973. – 752 с.
5. Глушков А.Н., Литвиненко В.П., Проскуряков Ю.Д. Цифровой обнаружитель узкополосных сигналов // Патент № 2257671С1, МПК H04B1/10 от 27.07.2005 (Бюлл. № 21); заявка № 2003135817/09 от 09.12.2003.
6. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. – М.: Наука, 1970. – 720 с.
7. Гусак А.А., Гусак Г.М., Бричикова Е.А. Справочник по высшей математике. – Мн.: ТетраСистемс, 1999. – 640 с.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
Цифровой измеритель отношения сигнал/шум сигналов с фазовой манипуляцией | 2023 |
|
RU2799234C1 |
ЦИФРОВОЙ ОБНАРУЖИТЕЛЬ ФАЗОМАНИПУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ | 2018 |
|
RU2693930C1 |
Цифровой измеритель коэффициента корреляции случайного сигнала | 2020 |
|
RU2747725C1 |
ЦИФРОВОЙ ДЕМОДУЛЯТОР СИГНАЛОВ С АМПЛИТУДНО-ФАЗОВОЙ МАНИПУЛЯЦИЕЙ | 2022 |
|
RU2786159C1 |
ЦИФРОВОЙ ДЕМОДУЛЯТОР ДВОИЧНЫХ СИГНАЛОВ С ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ФАЗОВОЙ МАНИПУЛЯЦИЕЙ ВТОРОГО ПОРЯДКА | 2018 |
|
RU2690959C1 |
Цифровой демодулятор сигналов с двухуровневой амплитудно-фазовой манипуляцией и относительной оценкой амплитуды символа | 2022 |
|
RU2790140C1 |
ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ | 2017 |
|
RU2662412C1 |
Цифровой демодулятор сигналов с амплитудной - относительной фазовой манипуляцией | 2022 |
|
RU2790205C1 |
Цифровой обнаружитель фазоманипулированных сигналов | 2015 |
|
RU2634382C2 |
ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СДВИГА ФАЗ ГАРМОНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ | 2020 |
|
RU2751020C1 |
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в устройствах измерения действующего значения переменного напряжения или тока произвольной формы. Измеритель содержит АЦП, генератор тактовых импульсов (ГТИ) и n последовательно соединенных блоков обработки отсчетов (БОО), каждый из которых состоит из регистра сдвига многоразрядных кодов (МРk) и сумматора (СУМk). Также содержит управляемый делитель (УД) уровня сигнала, квадратичный преобразователь (КП), формирователь кода (ФК), вычислитель квадратного корня (ВКК) и индикатор (И). При этом измеряемый сигнал поступает на вход УД, выход которого подключен к входу АЦП, управляющий вход которого соединен с выходом ГТИ, а выход подключен к входу КП, выход которого подключен к входу первого БОО, а выход последнего БОО соединен с входом ФК, выход которого подключен к входу ВКК, а выход ВКК – к входу индикатора И, отображающего результат измерения. В каждом БОО первый вход сумматора СУМ и вход регистра МР соединены вместе и образуют общий вход БОО, выход МР соединен с вторым входом СУМ, а выход сумматора СУМ образует выход БОО. Управляющий выход ФК соединен с управляющими входами УД и индикатора, тактовые входы всех БОО и ФК соединены с выходом ГТИ. Технический результат заключается в обеспечении возможности измерения действующего значения входного переменного сигнала произвольной формы с высокой точностью при отсутствии необходимости определения его периода повторения и при минимальных аппаратных затратах. 5 ил.
Цифровой измеритель действующего значения сигнала, содержащий аналого-цифровой преобразователь (АЦП), генератор тактовых импульсов (ГТИ) и n последовательно соединенных блоков обработки отсчетов (БОО), при этом количество БОО определяется двоичным логарифмом числа N обрабатываемых периодов сигнала,
Цифровой измеритель действующего значения сигнала | 1978 |
|
SU752170A1 |
Устройство для определения действующего значения сигнала | 1983 |
|
SU1141421A1 |
Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь | 1984 |
|
SU1223364A1 |
CN 102466750 A, 23.05.2012. |
Авторы
Даты
2019-04-16—Публикация
2018-07-17—Подача