Способ амплитудного компарирования напряжений инфразвуковой частоты Советский патент 1988 года по МПК G01R17/00 

ю

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в метрологии для сличения калибраторов (К) переменного напряжения инфразвуковой частоты. Способ амплитудного компанирования pea- лизован в устройстве. Сигналы (С) с образцового К I и поверяемого К 2 поступают на сумматор 3. При этом С с образцового К 1 поступает через фаэосдвигающее устройство 4(90) на схему 5 управления, которая выраба- тьшает.импульс включения аналого- цифрового преобразователя 6 в моменты времени, когда опорный С проходит через нулевое значение. Этим достигается измерение проекции вектора сум- марного С на вектор образцового С. В момент времени, определяемый анализатором 8, когда амплитуда биений суммарного С минимальна, регистратор 7 фиксирует отсчет, представляющий собой разность амплитуд компарируе- мых напряжений. Способ имеет повьшен- ные точность и быстродействие. 3 ил.

4

:о

РИ2.1

I Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть ис- пЬльзовано в метрологии для сличения калибраторов переменного напряжения и нфразвуковой частоты.

i Цель изобретения - повьппение точ- н|ости и быстродействия процесса ком- яарнрования за счет исключения операций выравнивания амплитуд и синхронизации компарируемых колебаний по г астоте и фазе,

I На фиг, 1 приведена структурная схема устройства реализующего спо- с об компарирования напряжений инфра- вуковой частоты; на фиг. 2 - векторная диаграмма компарируемых напряже- 1ГИЙ в момент времени, когда амплитуда биений результирующего сигнала Минимальна; на фиг, 3 - временные диаг- ;)аммы результирующего и образцового (сигналов в этот же момент времени. I Известно, что при сложении двух |гармонических колебаний с различными частотами, фазами и амплитудами результирующий сигнал является бигар- :моническим, т.е. представляет собой чередование групп периодических колебаний с переменной амплитудой. Такой тип колебаний назьгоается биениями ко :лебаний. При этом период колебаний является средним между периодами сла гаемых колебаний, а частота биений определяется разностью частот этих же колебаний. Естественно, что мини- -мальное значение амплитуды биений за висит от амплитуд складьшаемых колебаний.

Пусть образцовый сигнал будет представлен в виде

и.

U sinfo t +CPJ, , (1)

где Ujj - амплитуда сигнала; сОо - частота; tpo - начальная фаза,,

тогда компарируемый сигнал можно вы ра зить следующим образом через параметры образцового сигнала:

и ( siп(cOo + Q)t, (2)

где Л и - разность амплитуд- сигналов

Л со - разность частот сигналов.

Согласно формулам сложения колебаний имеем:

Uc 2и„, sinCw t + t + 2-)

Kcos(|-t - -) + M sin()t. .22(3

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Рассмотрим поведение результйр у- ющего сигнала вб}1изи минимума амплитуды биений, т.е. когда выполняется условие: &w i,, Т

--На:-. (4)

Подставив это соотношение в (3) и обозначив через at (t) весьма мало,е значение косинусоидального амплитудного множителя, имеем:

2«i,(t)UpCos(cO,t +tf) + + bU sin(capt + tpe) .(5)

Сравнение выражений (1) и (5) показывает, что вблизи момента времени, когда амплитуда биений минимальна, результирующий сигнал содержит составляющую, синфазну с образцовым сигналом, амплитуда которой как раз и представляет собой искомую разность между амплитудами компарируемых напряжений. Векторная диаграмма, соответствующая этому моменту времени, приведена на фиг. 2,

Таким образом, для определения разности амплитуд компарируемых напряжений необходимо и достаточно определить составля ющую результирующего сигнала, синфазную с образцовым сигналом, в момент времени, когда амплитуда биений суммарного сигнала минимальна, т.е. требуется определить проекцию вектора результирующего - : сигнала на вектор образцового сигнала.

Из .соотношения (5) следует что для измерения искомой разности достаточно положить:

cosCcOj, t +(|д ) О, (6)

тогда Uj iiU. Очевидно, если сформировать опорный сигнал, сдвинутый на 90° относительно образцового, то в моменты прохождения опорного сигнала через нулевое значение достаточно измерить мгновенное значение суммарного сигнала (фиг. 3),

Способ амплитудного компарирования напряжений инфразвуковой частоты может быть реализован с помощью устройства, представленного на фиг. 1. Сигналы с образцового калибратора 1 и поверяемого калибратора 2 поступают на сумматор 3. При этом сигнал с образцового калибратора 1 поступает через фазосдвигающее устройство 4 (90 ) на схему 5 управления, вькод

которой подключен к управляющему входу аналого-цифрового преобразователя 6 (АЦП). На сигнальньй вход АЦП 6 поступает суммарный сигнал, при этом сигнал с сумматора 3 через анализатор 8 подключен к входу регистратора.

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом,

На выходе сумматора 3 формируется результирующий сигнал биений, Фазо- сдвигающее устройство 4 формирует опорный сигнал, представляющий собой образцовый сигнал, сдвинутый на 90° (фиг, 3), Схема 5 управления выра- батьтает импульс включения АЩ1 6 в моменты времени, когда опорный сигнал проходит через нулевое значение. Этим достигается измерение проекции векто- ра суммарного сигнала на вектор образцового сигнала. В момент времени, определяемый анализатором 8, когда амплитуда биений суммарного сигнала минимальна, регистратор 7 фщссирует отсчет, представляющий собой разность амплитуд компарируемых напряжений.

Устройство не требует предварительного выравнивания амплитуд, а также синхронизации компарируеьЛк ко- лебаний по частоте и фазе, что значительно упрощает процесс компарирова- ния.

При неидеальности выполнения условия (4) соотношение (5) представить в виде:

Uc 2Ue ot + ли,

тогда относительную погрешность ком- парирования можно определить как;

, . (8)

§i

и.

ю

|5 2о 25

зо

35

40

где J относительная погрешность

компарирования;

Од - абсолютная погрешность ком- парирования; jf относительная погрешность

определения контролируемого сигнала при непосредственном его измерении. При значении ск 0,1 радиан 0,01 2J, что обеспечивает существенное повьш1ение точности в данном техническом решении.

Таким образом, исключение предварительного выравнивания амдли уд компарируемых сигналов, а также их синхронизацию по частоте и фазе и измерение проекции вектора суммарного сигнала на вектор образцового сигнала позволяют значительно упростить процесс амплитудного компарирования и повысить точность в 20-30 раз. Формула изобретения

Способ амплитудного компарирования напряжений инфразвуковой частоты, заключающийся в том, что суммируют напряжения образцового и контролируемого сигналов, отличающий- с я тем, что, с целью повьщтения точности и быстродействия процесса компарирования, одновременно с суммированием образцового и контролируемого сигналов производят сдвиг по фазе на 90 напряжения образцового сигнала, изменяют напряжения биений суммарного сигнала в моменты времени прохождения образцового сигнала, сдвинутого на 90 через нулевое значение в интервале времени, когда амплитуда напряжения биений суммарного сигнала минимальна.

л1Г

a;/4a)

.2

Редактор С. Пекарь

Составитель Б. Семенчук

Техред л.Олийнык , Корректор В. Романенко

Заказ 5120/42

Тираж 772

ВИИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб. , д. А/5

uJot

и,г.З

Подписное