Способ измерения средних значений переменных сигналов Советский патент 1983 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к электрическим измерениям и может быть использовано при исследовании как периодических, так и непериодических сигналов. Известен способ измерения средних значений переменных сигналов, в частности напряжения, эаключгиощийся в линейном детектировании измеряемого напряжения, сравнении продетектированного сигнала с линейио изменяющимся опорньи напряжением/ регистра ции суммарной длительности интервалов времени превышения уровня опорного напряжения многовенными значени ями продетектированного сигнала за время одного периода опорного напряжения и оценке среднего значения измеряемого напряжения по упомянутой суммарной длительности ij . Недостаток указанного способа свя зан с низкой точностью изме1 ения, обусловленной подверженностью измерительного процесса искажающему влиянию помех. Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения переменных сигналов, предусматривающий усреднени.е измеряемого сигнала путем его ин тегрирования в течение определенного времени, задержку усредненного сигна ла, вычитание задержанного усреднен ного сигнала из измеряемого, усреднение сформированной разности, суммирование двух полученных усредненньос сигналов и оценку среднего значе ния измеряемого сигнала по образован ной сумме 2 . К недостаткам известного способа относится узкий частотный диапазон измеряемых сигналов, ограниченный в основном техническими параметрами ин тегрирующих аналого-цифровых преобразователей. Цель изобретения - расширение час тотного диапазона измеряемых сигналов . Поставленная цель достигается тем что согласно способу измерения средних значений переменных сигналов, ос нованному на усреднении измеряемого сигнала путем его интегрирования в течение определенного времени, задержке усредненного сигнала и вычитании задержанного усредненного сигнала из измеряемого, сформированную разность делят на время интегрирования и умножают на время задержки, полученный результат суммируют с задержанным усредненным сигналом и по образованной сумме судят о среднем значении измеряемого сигнала. На чертеже представлена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ. Устройство содержит операционные усилители 1 и 2, преобразователь 3 напряжения в сопротивление (с сопротивлением R), блок 4 задержки, генератор 5 пилообразного напряжения, резисторы 6-11 {с сопротивлениями ) , входную клемму 12 и выходную клемму 13. Один из входных выводов усилителя 1 через резистор б соединен с входной клеммой 12 устройства, а другой через резистор 7 - с первым выходным выводом блока 4 задержки и через резистор 8 с собственным ВЫХОДНЫЕ выводом. Кроме того, выходной вывод усилителя I подключен через резистор 9 к одному из входных выводов преобразователя 3 напряжения в сопротивление, другой входной вывод которого соединен с выходным выводом генератора 5 пилообразного наП13яжения, Один извходных выводов усилителя 2 подключен к выходному выводу преобразователя 3 и через резистор 10 к первому выходному выводу блока 4 Зсщержки, а другой входной вывод через резистор 11 соединен с собственным выходным выводом. Кроме того, выходной вывод усилителя 2 подключен к выходной клемме 13 устройства и к входному выводу блока 4 за- держки, второй выходной вывод которого соединен с входным выводом генератора 5. Среднее значение сигнала u(t) за время усреднения t определяется соотношениеми (t) dt., Если принять Uep (t) в качестве предыдущего среднего значения сигнала, задержанного на время f , то можно показать, что для последующего незадержанного среднего значения (t +.е ) справедливо соотношение IJcplt -UcpW + TM-UcpUll. .(2) Выражение 2 положено в основу алгоритма функционирования устройства, реализующего предлагаемый способ . С помощью операционного усилителя 1 осуществляется вычитание из входногр сигнала U(t) задержанного усредгненного сигнала Уор (t). поступающего нa,инвepтиpyюu ий вход усилителя 4 с выхода блока 4 задержки. Напряжение ll(t) на выходе усилителя 1 соответствуетU.) ггз) Если R R RgjTo выражение (3 ) принимает вид U(t) U(t ) - Ucp (t Напряжение U,(t) через резистор 9 и преобразователь 3 напряжения в сопротивление поступает на вход операционного усилителя 2, в котором складьшается с задержанным усредненным сигналом Ucp(t), поступающим с выхода блока 4 задержки через резистор 10. напряжение U2(t) на выходе усили теля 2, являющееся выходным напряжением УВЫХ) устройстваj соответству ет . U,tll-UBMxl)Ucpit t)--:lil. г , К,+К, « .,-., Если R 40 то с учетом (4) выражение (5) принимает вид U2li)Ueb,(t+1) UcpU) |-lu(t)U,pa, т.е. полностью совпадает с выражением (2).В процессе работы устройства пило образное напряжение с выхода генератора 5 подается на вход преобразователя 3 только при t . При этом время задержки , равное интервалу аппроксимации среднего значения сигнала, выбирается из допустимого значения погрешности от аппроксимации: где frfjax максимальная частота в спектре усредняемого сигнала . Если для упрощения принять t где п - любое положительное вещественное число, то можно показать что напряжение на выходе устройства буде определяться как ивых 11выхС 0 и 1«+1)г --ёш), т.е. равняться среднему значению сигнала U(t) за время усреднения t nt. Анализ выражения (6 показывает, что в данном случае усреднение сигнала происходит с постоянным весом, т.е. каждое слагаемое в сумме соответствующей среднему значению выходного сигналаJ складывается с одинаковым весом, как в идеальном интеграторе. Быстродействие данного устройства также не уступает быстродействию идеального интегратора. Вместе с тем, динамический диапазон работы его функциональных узлов равен динамическому диапазону изменения составляющих усредняемого сигнала, т.е. оказывается значительно меньшим, чем у идеального интегратора. В предлагаемом способе сохранены достоинства и устранены недостатки известных способов, в том числе и способов усреднения с применением . идеального интегратора и интегрируквдей КС-цепочки, что в конечном счете и обеспечивает расширение частотного диапазона измеряемых сигналов. При этом возможность его использования применительно к сигналам не только периодического, но и непериодического характера, предопределяется тем, что в нем нигде не возникает необходимость измерения времени усреднения.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНИХ ЗНАЧЕНИЙ ПЕРЕМЕННЫХ СИГНАЛОВ, основанный на усреднении измеряемого сигнала путем его интегрирования в течение определенного времени, задержке усредненного сигнала и вычитании задержанного усредненного сигнала из измеряемого, отличающийс я .тем, что, с целью расширения частотного диапазона измеряемых сиЬналов, сформированную разность делят на время интегрирования и умножают на время задержки, полученный результат суммируют с задержанньм усредненньам сигналом и по образованной сумме судят о среднем значении измеряемого сигнала.