Устройство для калибровки амплитудных шкал измерительных приборов Советский патент 1989 года по МПК G01R35/00 

Ј

ОЭ Ј

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при калибровке амплитудных шкал вольтметров и ампермет- тров.

Цель изобретения - повышение точности устройства за счет активной режекции в калибровочном сигнале гармонических составляющих,сопутст- вующих основной.

На чертеже изображена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит источник 1 сигнала заданной частоты, делители 2-4 частоты, формирователь 5 импульсов, перестраиваемые делители 6 и 7 напряжения, аналоговый -сумматор 8 и полосовой фильтр 9.

Выход источника 1 сигналов задан- ной частоты подключен входом делителей 2-4 частоты. Выход делителя 2 частоты соединен с входом формирователя 5 импульсов, первый выход которого подключен к первому входу айа- лотового сумматора 8, а второй и третий выходы соединены с управляющими входами перестраиваемых делителей 6 и 7 напряжения, информационные входы которых подключены к вы- ходам делителей 3 и 4 частоты, а выходы - к второму и третьему входам аналогового сумматора 8, выход которого соединен с входом полосового фильтра 9.

Перестраиваемые делители 6 и 7 напряжения позволяют осуществлять дискретное изменение амплитуды импульсов дополнительно формируемых последовательностей импульсов.

Как известно, последовательность прямоугольных импульсов можно представить суммой гармонических составляющих, используя для этого преобразование Фурье:

Кх) -|2 f cos 0221Шв1п(:

Jr П: /П-1

(1)

где а - амплитуды импульса; V - величина, определяющая временное положение переднего фронта импульсов. Создание перестраиваемого полосового фильтра, способного выделить из сигнала, описываемого выражением (1), только одну гармоническую составляющую, практически нереализуемо особенно в области низких и инфраниких частот, когда частотный диапазон между соседними гармониками достаточно мал. Вследствие этого в выходном сигнале фильтра будут присутствовать соседние с выделяемой гармонические составляющие, вносящие методическую погрешность в калиброванные значения сигнала. Снизить ее можно режекцией неинформативных гармоник. Для этого необходимо сформировать сигнал, спектральньй состав которого был бы максимально приближен к спектру основного сигнала, за исключением выделяемой гармонической составляющей. Она должна быть равна нулю. Спектр, полученный в результате вычитания из основного сигнала дополнительного, будет содержать расчетное значение амплитуды основной гармоники и значительно уменьшенные или полностью компенсированные амплитуды остальных гармонических составляющих .

Необходимый сигнал можно получить путем суммирования импульсных последовательностей типа меандр, амплитуда и частота которых выбраны по определенному закону, Так, если для проведения калибровки выделяется первая гармоническая составляющая, то амплитуда импульсов дополнительно формируемых последовательностей выбирается из соотношения

An a-cos r(2n-1)VJ, (2)

где п - порядковый номер устраняемой

гармонической составляющей. Частота сигнала, используемого для режекции, должна быть равна частоте устраняемой гармонической составляющей.

Проиллюстрируем процесс режекции на конкретном примере. Для этого вы°- ражение (1) запишем в следующем виде

F(x) -%.- cosY sinwt +

+ -™. cos sin 3wt +

4a + - cos 5 V sin 5u t + ...

(3)

Пусть необходимо устранить гармонические составляющие, попадающие в полосу пропускания полосового фильтра, например, третью и пятую.

Сформируем две импульсных последовательности сигналов типа меандр с частотами следования, равными и 5(о t, и амплитудами А, и Л. Их разложения в гармонический ряд имеют вид

F У -5i2i:2ait(2k-1). r Vt;- тг Aif- (2k-1)

K-(

(4)

т 4 А V sinC5wt(2k-1)J -r АгЈ -т--тз

(5)

де А, a-cos A a «cos .

Запишем выражения (4) и (5) слеующим образом:

F, (t) - cos 3 V -sin За; t + + - cos 3 -sin +

cos 3V-sin 5u) t + ...; (6)

4a F2 (t ) cos 5 Ч sin 5 tu t +

4a + -ff- cos 5. sin 15w t +

4a

+ -r-. cos , 5 4 sin 25u)t ...

Произведем вычитание из сигнала, описываемого выражением (3), дополнительно сформированных импульсных сигналов, представленных выражениями (6) и (7). Получим результирующий сигнал

S(t)F(t) - F1 (t) - F(t)

4a4a

-x.- cos i/ sinw t + .j

4a .cos 7V . sin 7u)t + -jr-(cos 9f +

+ cos 3f) sin 9u;t + ... . (8)

Из анализа выражения (8) следует, что в спектре результирующего сигнала присутствует неискаженная первая гармоническая составляющая и пол- i ностью отсутствуют соседние с ней третья и пятая гармоники. Это означает, что поставленная задача решена

t т

.

10

J

й

, i а

5

20

25

30

35

40

45

50

55

и сигнал на выходе полосового фильтра не имеет искажений, обусловленных присутствием гармоник, соседних с выделяемой. Возможное же возрастание значения высших гармонических составляющих несущественно, так как они будут полностью подавляться полосовым фильтром.

Устройство работает следующим образом.

Прямоугольные импульсы с источника 1 сигналов заданной частоты поступают на входы делителей 2-4 частоты, коэффициенты деления которых соответственно равны 15, 5 и 3. На выходе делителя 2 частоты формируется последовательность прямоугольных импульсов, частота следования которых равна частоте калибровочного сигнала. На выходе делителя 3 частоты формируется последовательность прямоугольных импульсов с частотой, в три раза большей, т.е. с частотой третьей гармонической составляющей калибровочного сигнала. Частота прямоугольных импульсов на выходе делителя 4 частоты в пять раз превышает частоту калибровочного сигнала, т.е. она равна частоте его пятой гармоники. Сигнал с выхода делителя 2 частоты поступает на вход формирователя

5импульсов. Формирователем 5 импульсов входная последовательность прямоугольных импульсов типа меандр преобразуется в последовательность импульсов с требуемой скважностью, значение которой задается оператором. В соответствии с заданным значением скважности по формуле (2) производится установка коэффициентов деления перестраиваемых делителей

6и 7 напряжения. Таким образом, на выходах перестраиваемых делителей 6 и 7 напряжения формируются

последовательности прямоугольных импульсов типа меандр, амплитуда и частота которых равны соответственно амплитуде и частоте третьей и пятой гармоник калибровочного сигнала.

Настраивая полосовой фильтр 9 на частоту первой гармоники калибровочного сигнала, равную частоте следования импульсов на выходе делителя 2 частоты, на шкале измерительного прибора для заданных, например, двух значений скважности получают точки, расстояние между которыми характериэует собой размах амплитуды гармоник, обеспечиваемый прибором.

Используя выражение (3), находят расчетные значения амплитуды первой гармоники при заданных скважностях, а затем их разность, соответствующую зафиксированному на шкале размаху показаний. По отношению расчетной и экспериментально полученной разностей определяют масштаб шкалы калибруемого прибора.

Таким образом, положительный эффект от использования предлагаемого устройства состоит в том, что проведение активной режекции калибровочного сигнала позволяет повысить точность калибровки шкал, а следовательно, повышается и метрологическая надежность измерительных приборов.

Формула изобретения

Устройство для калибровки амплитудных шкал измерительных приборов, содержащее источник сигналов задан

ной частоты, формирователь импульсов и полосовой фильтр, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены первый, второй и третий делители частоты, первьй и второй перестраиваемые делители напряжения и аналоговый сумматор, причем выход источника сигналов заданной частоты подключен к входам первого, второго и третьего делителей частот, выход первого делителя частоты соединен с входом формирователя импульсов, первый выход которого подключен к первому входу аналогового сумматора, а второй и третий выходы соединены с управляющими входами первого и второго перестраиваемых делителей напряжения, информационные входы которых подключены к выходам второго и третьего делителей частоты, а выходы - к второму и третьему входам аналогового сумматора, выход которого соединен с входом по- 5 лосового фильтра.

5

0

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Цель изобретения - повышение точности. В процессе калибровки с помощью источника 1 сигналов заданной частоты, делителей 2,3 и 4 частоты формируют импульсные последовательности, амплитудные и временные параметры которых задают, исходя из характеристик устраняемых гармонических составляющих с помощью перестраиваемых делителей 6 и 7 напряжения и формирователя 5 импульсов. Цель изобретения достигается за счет активной режекции в калиброванном сигнале гармонических составляющих, сопутствующих основной и попадающих в полосу пропускания полосового фильтра 9 с помощью аналогового сумматора 8, на котором происходит суммирование сформированных импульсных последовательностей. 1 ил.