Способ измерения амплитудного значения электрического сигнала Советский патент 1989 года по МПК G01R19/04 

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в устройствах для анализа : армоник, фазочувствитёльных вольтметрах и анализаторах амплитудно-частотных характеристик.

Цель изобретения - повьшение точности за счет коррекции аддитивной, мультипликативной погрешностей, а также погрешности нелинейности измерения .

На фиг. 1 изображены временные диаграммы, поясняющие способ; на фиг. 2 - устройство для реализации способа.

Способ заключается в следующем.

В исследуемый электрический сигнал (фиг. 1а)

U,(t) U sinwt,(1)

где и - амплитудное значение сигнала;W - круговая частота.

Ni

31465790

вводят дополнительный .фазовый сдвигЗатем измеряют значения калиброLp, В результате получают сдвинутыйванного постоянного уровня 1) и нупо фазе электрический сигнал (фиг, 16)левого уровня Uj, . Значения калиброU,(t) U sinCwt -ч,),(2) постоянного уровня измеряют

моменты времени t + -Г, где Электрические сигналы U(t) иинтервал времени задержки, В резульUjCt) вычитают и суммируют один стате получают

другим. В результате получают сум- УОП (t i ) onS Р

марный ) и разностньй U л (t) cur-fn„ ,,

,.,. х Значение нулевого уровня U . изменалы соответственно (фиг. 1в),

ряют в моменты времени t ,. + 2-е

ii,(t)uxt) .u,(t) -u.sinu.t.7u;(,,.,2.)u.s(i .,) ..и.ли,

вхпСы t и,.в1п(ы t . 0,54) (3) 0,(1)

U.Ct) Ui (t) -- U, (t) Uh sinwt . „

л Результаты измерении калиброван-sin(u3t -Ч с) (w t - 0,544),(4)НОГО постоянного уровня вычитают из

оу, п (;io IT -результатов измерений максимальных

где ид 2UmSinO,54oj U-tm- „

олт л с ,ли минимальных значении смещенных сиг- ZUuCOsO, 5 амплитудные значения„

20налов о По полу 1енным значениям

разностного и суммарного сигналов,

Суммарный и разностньй сигналы л on -Vm - смещают на калиброванный постоянный, г „, ,„ „ ,, , /,-ч

уровень и.. const.(5) . .п ..«(1 н- ) , (16)

В результате получают смещенные Uj- )

сигналы (фиг. 1 г) ... .„ц U - uin + ), (18) iu,(t) Uor,+ Ua,,sin(co t 0,5q),), (6) i

судят о амплитудных значениях суммарy Ct) UDO + (w t + Oj5%). (/;НОГО и разностного сигналов, : в моменты времени t t „ t,, t - Затем определяют коэффициент про|t4 перехода через нуль суммарного порциональности. и разностного сигналов измеряют максимальные и минимальные значения U,

u3-(t,), и г luCtO, -Uj -и; к (и;„ - и; ) .. (19)

U(tj), (l смещен-3

ных сигналов. Поскольку реальный из- 5дб амплитудном значении исследумеритель имеет характеристикуемого электрического сигнала судят

у xs(1 +г) .(8)по выражению

:где X - измеряемая величина; :и К 0,5Uam. . (20)

у - аддитивная состаетяющая по- 40 sinfarctg( )

грешности измерения;-:.льп w

V - мультипликативная составля-или по выражению

ющая погрешности измерения;0

S - крутизна преобразования; U К-1 - 2)

у - результат измерения,45 cos arctg()

то реальные результаты измеренияУстройство для реализации способа

максимальных и минимальти значенийсодержит фазовращатель 1, блок.2 высмещенных электрических сигналовчитанияд блоки 3-5 суммирования,

-,,„.нуль-органы 6-8, ключи 9-12, логии , (Uoo+ йп)зС -f-y -. /5 50,еские элементы ИЛИ 13-15, элементы

и (Uo + lL-)s(1 ) +/IU, (10)16-18 задержки, цифроаналоговые преобразователи 19 и 20, аналого-цифро Uj (Uon+ Uflfn)s(l + ) + преобразователь 21, арифметичес4- ли -UT ,(t1)кий блок 22, дешифратор 23, счетчик

-UV (Ubn+ и )s(1 + /У ) 24 импульсов, задатчик 25 постоянно.4- dU (12)го напряжения, регистр 26,формцровагде ли - аддитивная составляюпшя по-тель 27 ш-тульсов, выходную шину 28

грешности измерения,регистрируккщий блок 29,

Вход фазовращателя 1 соединен с первыми входами блоков 2 и 3 и нуль-органа 6 и подкл эчен к входной клемме устройства. Выход фазовращателя 1 соединен с вторыми входами блоков 2 и 3. Выход блока 3 подключен к первым входам нуль-органа 8 и блока 5. Выход блока 2 соединен с первыми входами нуль-ор- гана 7 и блока 5. Вторые входы нуль-органов 6-8 соединены с земляной шиной, а вторые входы блоков 4 и 5 соединены с входом ключа 10 и подключены к выходу преобразователя 20, входы которого соединены с первыми входами блока 22 и выходами задатчика 25, Выходы блоков 4 и 5 соединены с входами ключей 9 и 11 соответственно, чьи выходы объединены между собой и с выходами ключей 10 и 12 и подключены к входу преобразователя 21. Вход ключа 12 соедине с земляной шиной.

Выход нуль-органа 6.подключен к входу установки нуля счетчика 24 и к входу элемента ИЛИ 14, Выход нуль- органа 7 соединен с управляющим входом ключа 11, первым входом элемента ШШ 15 и с вторым входом элемента ИЛИ 13, Выход нуль-органа 8 подключен к управляющему входу ключа 9, третьему входу элемента ИЛИ 15 и к первому входу элемента ИЛИ 13,

Выход элемента ИЛИ 13 через элемент 16 подключен к управляющему входу ключа 10, к второму входу элемента ИЛИ 15 и к входу элемента 17. Выход элемента 17 соединен с первым входом элемента ШШ 14, чей выход подключен к управляющему входу ключа 12 и к четвертому входу элемента ИЛИ 15, Выход последнего через формирователь 27 соединен со счетным входом счетчика. Выходы счетчика 24 подключены к входам дешифратора 23, чьи шесть выходов соединены с управ- ляющими входами блока 22, Шестой выход дешифратора 23 через элемент 18 задержки соединен с шиной 28 и с управляющим входом регистра 26, входы которого подключены к выходам блока 22, Вторые входы блока 22 подключены к выходам преобразователя2 Выходы регистра 26 соединены с входами блока 29, с шиной 28 и- с входами преобразователя 19,

Устройство работает следуювщм образом.

н

657906

На вход фазовращателя 1 и на первые входы блока 2 вычитания, блока 3 суммирования и нуль-органа 6 посту пает электрический сигнал U i(t) , В момент времени перехода через нуль сигнала U,(t) на выходе нуль-органа 6 появляется импульс, который через элемент ИЛИ 14 поступает на уп-

10 равляющий вход ключа 12, обеспечивая его кратковременное замыкание на землю,

В результате.на вход аналого- цифрового преобразователя 21 посту15 пает сигнал нулевого уровня. Выходной йЬд нуля преобразователя 21 поступает на входы регистров арифметического блока 22. Одновременно выходной ш-тульс нуль-органа 6 поступает

20 на вход установки в нуль счетчика 24. В результате на выходах счетчика 24, а следовательно, и на выходах дешифратора 23 устанавливается потенциал логического нуля, запрещающий запись

25 выходного кода преобразователя 21 в регистры блока 22 в последукщие моменты времени до поступления на счетчик 24 первого импульса с выхода элемента ИЛИ 15 На выходе блока 29

30 установится код нуля. Устройство готово к работе,

С помощью фазовращателя 1 формируется сдвинутый по фазе на Lf сигнал U(t), которьй поступает на вто5 рые входы блока 2 вычитания и первого блока 3 суммирования. С помощью блоков 2 и 3 формируются, соответственно, разностный и суммарный сигналы и /1 (t) и ), которые поступают

0 на первые входы сутчматоров 4 и 5 соответственно. На вторые входы сумматоров 4 и 5 поступает постоянное напряжение и on с выхода цифроаналого- вого преобразователя 20. Значение

Б и (,п устанавливается с помощью задатчика 25,

В результате на входы ключей 9 Д€ 11 поступают смещенные сигналы U(t) +

+ и.

u(t)

+ и,

Одновременно на

С входы ключей 10 и 12 поступают соответственно напряжение U и нулевое напряжение UQ, т.е. потенциал земли. Лоскольку выходы ключей 9-12 объединены и соединены с входом преобра5 зователя 21, то указанные сигналы будут преобразовываться в цифровой код при кратковременном и поочередном замыкании ключей 9-12, управление которыми осуществляется выходными

импульсами нуль-органов 6-8 непосредственно или после задержки их на время f с помощью элементов 16 и 17 задержкис

Ключи 9 и 11 управляются непосредственно выходными импульсами нуль-органов 8 и 7. Юточи 10 и 12 управляются импульсами, объединенными элементами ИЛИ 13 и 14. Причем на входы элемента ИЛИ 13 выходные импульсы нуль-органов 7 и 8 поступают непосредственное На первый вход элемента ИЛИ 14 выходные импульсы нуль-органов 7 и 8 поступают через элемент ИЛИ 13 и элементы 16 и 17 задержки, задержанными на время, равное 21, где I - вре№1 задержки элементов 16 и 17.

В результате ключ 10 управхтяется выходными импульсами нуль органов 7 и 8, задержанными на время -С, а четвертый ключ 12 - импульсами, задержанными на время 2 f ,

В момент t/ перехода через нуль суммарного сигнала на выходе нуль- органа 8 формируется импульс, замыкающий ключ 9 на время, достаточное доя преобразования в код N мгновенного значения смещенного разностного сигнала

N , (NOO + N)(1 + |,) +йЫ, (22)

где ЛМ и аддитивная и мультипликативная составля- кжще погрешности пре образоват гля 21;

N

6rt

N

- истинное значение постоянного напряжения;

истинное амплитудное значение разностного сигнала.

Код N запоминается в. блоке 22, Через время D выходной импульс нуль-органа 8 поступает на управля- кщий вход ключа 10, а через время 2 t на управлянядий вход ключа 12, Одновременно задержанные импульсы будут поступать и на счетчик 24, меняя его состояние.

В результате в блоке 22 запоминаются кодд чисел

(23) N Ned + j) + 4N, (24)

соответствующие значением постоянно го напряжения U „ и щ левого уровня Uo в моменты времени t - 13 и ty

, (1 ч-) + ДМ Ned + J ) + 4N,

В моменты времени t перехода разностного сигнала через нуль на выходе нуль-органа 7 появляется им- пульс, замыкающий ключ 11. Код числа

N (N ,„ + N)(1 + j) + N, (25)

где Nj - истинное амплитудное значение суммарного сигнала, за- поминается в блоке 22,

Аналогично, в моменты времени t + Cn tg-f 21} в блоке 22 записываются коды чисел

К; „ .Non(1 + з ) + dN, N; N,(1 н- 3.) -ь 4N,

(26) (27)

соответствующие значениям напряжения Uofi и нулевого уровня Uo.

Искомое амплитудное значение U

0 вычисляется в блоке 22 по формуле (20).

Результат вычисления поступает на выходнзпо шину 28, цифроаналоговьй преобразователь 19 и на регистриру5 ющий блок 29, что обеспечивает представление результата измерения в цифровом и аналоговом видах. Формула изобретения Способ измерения амплитудного

0 значения электрического сигнала по авт. св. № 847218, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с. делью повышения точности, суммарньй и разностный сигналы смещают на калиброванньй ПОСТОЯН1-ЗЗЙ У1эовень U, , в моменты времени перехода через нуль суммарного и разностного сигналов измеряют максимал.ьные и минимальные значения смещенных разностного и суммарного

Q сигналов соответственно, затем измеряют значения калиброванного постоянного уровня и нулевого уровня, ре- - зультат измерения калиброванного постоянного уровня U (jn вычитают из ре5 зуль(татов измерений максимальных и минимальных значений смещенных суммарного и разностного сигналов и получают амплитудные значения суммарного и разностного сигналов, затем

„ определяют коэффициент пропорциональности К UonCu on - и о ), где и; - результат измерения нулевого уровня, амплитудное значение электрического сигнала определяют по прои веде- нию коэффициента пропорциональности на отношение половины амплитуды разностного напряжения к значению функ- ционально преобразованного напряжения

T.t

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Цель изобретения - повьшение точности измерения. Способ заключается в формировании сдвинутого по фазе электрического сигнала путем сдвига измеряемого сигнала, формирования суммарного и разностного сигналов путем суммирования и вычитания соответственно измеряемого и сдвинутого по фазе сигналов, функциональном преобразовании отношения суммарного и разност - ного сигналов к значению функционально преобразованного. Смещение сформированных суммарного и разностного. сигналов на калиброванный постоян1и 1й уровень и , измерение экстремальных значений смещенных сигналов, калиброванного постоянного и нулевого уровней, определение амплитуд сумма1 ного и разностного напряжений путем вычитания из результатов измерения смещенных сигналов результата измерения калиброванного уровня и определение амплитудного значения измеряемого сигнала по произведению отношения а тлитуды разностного сигнала к значению функционально преобразова1даого с на коэффициент К и и оп - и , где и; результат измерения нулевого уровня, обеспечивает коррекцию аддитивной, мультипликативной погрешностей и погрешностей нелинейности измерения. 2 ил. (Л с: 4 О) СП sj со

фиг.1