Цифровой вольтметр Советский патент 1990 года по МПК G01R19/02 H04B17/00 

f

(21)4464489/24-09

(22)22.07.88

(46) 23.06.90. Бюл. № 23

(71)Рижский институт инженеров гражданской авиации им.Ленинского комсомола

(72)В.А.Ходаковский, А.М.Карлов, С.Р.Темербеков и О.Х.Джалилов (5J) 621.317.634 (088.8)

(56)Мирский Г.Я. Электронные измерения. - М.: Радио и связь, 1986, с. 184 185, рис.5.16.

(54) ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР

(57)Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - обеспечение измерения шумового напряжения. Цифровой вольтметр содержит входной блок 1, генератор 2 линейно изменяющегося напряжения, блоки 3 и 4 формирования порога, компаратор 5, блоки 6 и 7 сравнения,временной селектор 8,генератор 9 счетных импульсов, счетчик 10 импульсов, блок 11 управления, блок 12 цифрового отсчета. Измерение мощности шума осуществляется путем измерения суммарной длительности превышения спучайным процессом порогово го уровня за интервал наблюдения Т. 2 ил.

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - обеспечение измерения шумового напряжения. Цифровой вольтметр содержит входной блок 1, генератор 2 линейно изменяющегося напряжения, блоки 3 и 4 формирования порога, компаратор 5, блоки 6 и 7 сравнения, временной селектор 8, генератор 9 счетных импульсов, счетчик 10 импульсов, блок 11 управления, блок 12 цифрового отсчета. Измерение мощности шума осуществляется путем измерения суммарной длительности превышения случайным процессом порогового уровня за интервал наблюдения T. 2 ил.

Kj

СО

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для измерения напряжения шума в приемнике.

Цель изобретения - обеспечение из- мерения шумового напряжения.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема цифрового вольтметра; на фиг. 2 - эпюры напряжения, поясняющие его работу.-

Цифровой вольтметр содержит входной блок 1, генератор 2 линейно изменяющегося напряжения, первый и второй блоки 3 и k формирования поро- га, компаратор 5, первый 6 и второй 7 блоки сравнения, временной селектор 8 генератор 9 счетных импульсов, -счетчик 10 импульсов, блок 11 управления и блок 12 цифрового отсчета.

Цифровой вольтметр работает следу- ющим образом.

Уровень шума на выходе усилителя низких частот (УНЧ) приемника (не показан) определяется спектральной плотностью шума на его первых каска- дах и шириной полосы пропускания (flFnp) усилителя промежуточной частоты (УПЧ). Для разных типов приемников амплитудно-модулированных (AM) сигналов детекторы огибающей при воз действии на них квазигармонического шума могут быть линейными и квадратичными. В зависимости от этого процесс на выходе детектора огибающей распределен соответственно либо по закону Релея, либо имеет экспоненциальное распределение.

Как известно, для приемников ДВ-, СВ- и КВ-диапазонов волн полоса пропускания (4FH4) УНЧ соизмерима с

--Јр- (где /5F Пр - полоса пропускания

УПЧ). Ширина спектра огибающей 4fav будет соизмерима с 4FHv B УНЧ происходит только центрирование процесса с выхода детектора огибающей. Для приемников метрового диапазона волн справедливы соотношения

. 4FH4, zjf 3V -у) . В таком

случае в УНЧ происходит нормализация процесса на выходе детектора огибающей и процесс на выходе УНЧ приемника имеет нормальный закон распределения.

Измерение мощности шума осуществляется путем измерения суммарной

длительности С превышения случайным

процессом порогового уровня за интервал наблюдения Т. Алгоритм измеоения мощности шума получен на основе следующего теоретического положения

-йТ5дГ 1 w) d ; (1)

/NiQAT)

т

с

00

где

5 WOT) dЈ ; (2)

- средняя длительность положительных выбросов; N(C,T) - среднее число положительных выбросов за интервал наблюдения Т;

С - пороговый уровень; W(Ј) - плотность вероятности процесса на выходе УНЧ приемника.

В выражении (2) плотность вероятности W() процесса на выходе УНЧ приемника определяется следующим образом:

1 +

. --я

где U) процесс на выходе УНЧ приемника при условии, что детектор огибающей является линейным;

72(t) - процесс на выходе УНЧ приемника при условии, что детектор огибающей является квадратичным;

Ј(t) - процесс на выходе УНЧ приемника при условии Лf pv дгнч Подставляя выражения (3)-() в вы ражение (2), получим соответственно алгоритмы оценки мощности шума приемников по измерению суммарной длительности Ос-превышения случайным процессом порогового уровня за интервал наблюдения:

вал вероятности.

5

Как видно из выражений (6) и (8),

2

Измеряемая величина -|- пропорциональна &ш. Таким образом, измеряя

-т, можно измерить величину 6Ш.

.Напряжение шумов при отсутствии полезного сигнала с выхода УНЧ приемника поступает через входной блок 1 (фиг.2а) на компаратор 5. В момент повышения уровня шума порогового уровня Ц на выходе компаратора 5 появляются импульсы (фиг.26), длительность которых соответствует длительности положительных выбросов. Пороговый уровень Сг устанавливается ,первым блоком 3 формирования порога по сигналу с блока 11 управления. Импульсы с компаратора 5 поступают на временный селектор 8. На него кроме счетных импульсов (фиг.2а), поступают сигналы, формирующие длительность периода наблюдения. Принцип формирования периода наблюдения поясняется фиг.2г. Генератор 2 вырабатывает линейно изменяющееся напряжение, которое сравнивается с пороговым уровнем С . Этот уровень устанавливается вторым блоком k формирования порога по сигналу с блока 11 управления. Одновременно напряжения с генератора 2 сравниваются с.нулевым пороговым уровнем.

В момент времени t, (фиг.2д) на выходе первого блока 6 сравнения возникает импульс, открывающий временной селектор 8. Второй блок 7 сравнения вырабатывает импульс, закрывающий временной селектор 8 (фиг.2д). При этом на выходе временного селектора 8 появляются только те импульсы с генератора 9 счетных импульсов (фиг.2в), которые действуют в течение длительности положительных выбросов с компаратора 5 и ограничены интервалом наблюдения (фиг.2е) В начале цикла измерения импульс с блока 11 управления сбрасывает счетчик 10 импульсов. Далее импульсы, прошедшие на выход временного селек-- тора 8, подсчитываются счетчиком 10 импульсов и индицируются блоком 12 цифрового отсчета. Изменение порогового уровня первого блока 3 формирования порога с выхода блока 11 управления осуществляется с целью переключения диапазона измерения мощности шума на выходе приемника.

ю

20

316

Выбор порогового уровня в первом блоке 3 Формирования порога осуществляется следующим образом. Строится

Независимость ---- e f(fe) при различных пороговых уровнях. При построении этой зависимости начальный пороговый уровень устанавливается таким образом, чтобы вероятность пребывания случайного процесса над этим уровнем была равна или близка к единице. Для плотностей вероятности, представленной выражением (3) начальный пороговый уровень устанавливается равным среднему значению процесса на выходе детектора огибающей, взятому с обратным знаком. При начальном пороговом уровне по известной 6Ш находим значение

.Ј.

. От этого значения аппрокси5

0

0

5

мируем зависимость ---- f(б) кусочно-линейной Функции так, чтобы погрешность, определяющаяся разницей

гл

и значении -у между аппроксимирующей

и исходной функциями, не превышала |0%. При такой аппроксимации для любых значений 6Ш шкала измерительного прибора может считаться линейной с

погрешностью не более 10%. При переСгсечении зависимости --- Ј(6Ш) с

аппроксимирующей функцией устанавли- 5 вается новый порог в соответствии с тем, чтобы вероятность пребывания случайного процесса над этим уровнем была близка к единице,

Т-зким образом, можно построить такую зависимость для всех возможных значений 6Ш и выбрать пороговый уровень в соответствии с диапазоном измерения значения . При этом блоком 11 вырабатывается сигнал на установку первым блоком 3 формирования порогового уровня.

Изменение интервала наблюдения Т, осуществляемое блоком 11 за счет изменения порогового уровня второго блока k формирования порога, производится в зависимости от типа детектора сигнала в приемнике (квадратичный или линейный) и соотношения полос пропускания йТ УПЧ и 4FH4 УНЧ. Кроме того, выбор интервала наблюдения осуществляется, исходя из допустимой величины случайной

1

погрешности измерения и емкости счетчика 10 импульсов.

Изменение &ш.осуществляетея по

s Pi- единичному измерению ---- и, следовательно, носит случайный характер. Можно показать, что величина случайной погрешности измерения по результатам единичного измерения -р- оп1 ределяется отношением

(C,6)/N(C,e) f(T),

где N(C,0) - среднее число выбросов на пороговом уровне С;

0 Т- 4f

э

- ширина энергетического спектра процесса на выходе УНЧ приемника; - дисперсия числа выбросов на пороговом уровне С.

ла изобретения

й вольтметр, содержащий линейно изменяющегося нагенератор счетных импульуправления, последователь73 318

но соединенные входной блок, вход которого является входом цифрового вольтметра переменного тока, .компаратор, временной селектор, второй вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов, счетчик импульсов, тактовый вход которого соединен с первым выходом блока упJQ равления, и блок цифрового отсчета, отличающийся тем, что, с целью обеспечения измерения шумового напряжения, введены первый блок формирования порога, выход которого

l c подключен к второму входу компаратора, первый блок сравнения, первый вход и выход которого соединены соответственно с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения

20 и вторым входом временного селектора, второй блок сравнения, первый вход и выход которого соединены соответственно с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения и третьим

25 входом временного селектора, второй блок формирования порога, выход которого соединен с вторым входом первого блока сравнения, второй вход второго блока сравнения соединен с

30 общей шиной, второй и третий выходы блока управления соединены соответственно с входами первого и второго блоков формирования порога.

о

НИц

.1 I

| |

ли, ; ,

в

И