Способ измерения средневыпрямленного значения периодического сигнала Советский патент 1990 года по МПК G01R19/02 

нала, где он сохраняет свой знак по следующим соотношениям:

31

Изобретение относится к измерительной технике и может найти приме нение при построении аппаратуры, предназначенной для измерения сред- невыпрямленного значения периодического сигнала и основанной на цифровой обработке сигналов„

Целью изобретения является повышение точности измерения сигналов, имеюпщх непрерывную производную. : Согласно способу измерения сред- ; невыпрямленного значения периодичес- I кого сигнала производят выборки мгно I венных значений сигнала с периодом, меньшим периода сигнала, измеряют : период сигнала, фиксируют моменты перехода сигнала через нуль, а затем производят обработку результатов измерений, которая заключается в определении численной оценки интегра : ла от сигнала на отрезке времени I , tfej т.е. на каждом отрезке сиг1 +

П

24

(1)

ij -отсчеты мгновенных значений сигнала;

U , - отсчеты сигнала, предшествующие моменту времени t ;

0, о(

С,- длительность интервала времени от начала отрезка Cta. до первого отсче

0

5

0

5

0

5

0

5

U

f

k

та сигнала в пределах указанного отрезка:, длительность интервала времени от последнего отсчета сигнала в пределах отрезка ( -Ь конца отрезка; число отсчетов сигнала в пределах отрезка СЬд ьЗ отсчеты мгновенных значений сигнала, следующие за моментом времени t,. Повышение точности измерения достигается за счет исключения мертвых зон вблизи нуля при аппроксимации модуля результатов измерений, соответствующих определению средне- выпрямленного значения.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства, реализующего способ; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство для реализации предлагаемого способа содержит дискрети- ч затор 1, компаратор 2, вычислительный блок 3, блок 4 выделения периода, элемент 5 запуска, счетчик 6, ключ 7, элемент 8 задержки, генератор 9 так- i товых импульсов, делитель 10 частоты и элемент 11 задержки. Входной зажим 12 устройства соединен с входом диск- ретизатора 1 j, через компаратор 2-е первым управляющим входом вычислительного блока 3 и через блок 4 выделения периода - с вторым управляющим входом вычислительного блока 3, информационный выход дискретизатора 1 соединен с первьш информационным входом вычислительного блока 3, выход элемента 5 запуска соединен с входом установки в О счетчика 6 с управляющим входом ключа 7 и через элемент 8 задержки с управляющим входом блока 4 выделения периода, выход генератора 9 тактовых импульсов через ключ 7 соединен со счетным входом счетчика 6, через делитель 10 частоты - с управляющим входом д искрети- затора 1 и через элемент 11 задержки - с третьим управляющим входом вычислительного блока 3, информационный выход счетчика 6 соединен с вто- рьм информационным входом вычислительного блока 3, выход которого является выходным зажимом 13 устройства.

Устройство работает следующим образом.

10

5 , 1594437 Начало измерения начинается с формирования на выходе элемента 5 запуска перепада напряжения. При этом обнуляется счетчик 6, через открывшийся ключ 7 импульсы высокой частоты от генератора 9 тактовых импульсов начинают поступать на входы делителя 10 частоты и счетчика 6, одновременно сигнал от элемента 5 запуска через элемент 8 задержки запускает блок 4 вьщеления периода, В результате в любой момент времени содержимое счетчика 6 с точностью до погрешности квантования равно дли- тельности интервала времени от момента запуска устройства до данного момента времени. На выходе делителя 10 частоты формируется последователь- ность импульсов дискретизации и д с периодом ;Р(фиг. 2 г). В ответ на каждый импульс и дискретизатор 1 производит отсчет мгновенного значения измеряемого сигнала иg(фиг. 2 а). Через время задержки элемента 11 задержки, превьш1аюш;ее длительность переходного процесса в дискретизаторе 1, импульс ид( поступает в вычисли- тельньй блок 3, в котором в ответ на каждый импульс и производится следующая последовательность операций: считывание информации о мгновенном значении сигнала Uj, поступающей на его первый информационный вход, запись кодов отсчетов и во внутренний запоминающий блок, сум- мирование иj в его ячейке и увеличение его счетчика числа отсчетов N на единицу.

После запуска блока 4 вьщеления периода он вьщает на второй управляющий вход вычислительного блока 3 сигнал Начало отсчета периода (фиг. 2 б) По указанному сигналу вычислительный блок 3 выполняет следующую последовательность операций: обнуление своих сумматоров,, а также счетчика N числа отсчетов в пределах периода; запись отсчета интервала времени tg, соответствующего началу отсчета периода и поступающего со счетчика 6 на второй информационный вход вычислительного блока 3, в память блока; расчет параметра of , ; выборку отсчетов для расчета концевых поправок (в данном случае это отсчеты и., , и, и ии, фиг. 2 а); расчет левой концевой поправки согласно выражению (1); введение концевой поправки в свой сумматор.

л

30

40

35

45

50

55

0

437

Далее до момента срабатывания к ом- паратора 2 (фиг. 2 в) происходит периодический отсчет мгновенных значений сигнала в дискретизаторе 1 и суммирование их в ячейке вычислительного блока 3.

В момент срабатывания компаратора 2, соответствукиций моменту времени перехода измеряемого сигнала через нулевой уровень (фиг. 2 в), последний вьграбатьшает сигнал Переход через нулевой уровень в виде короткого импульса. Данный момент времени является концом одного и началом следующего отрезка интегрирования.

Далее работа устройства повторяется как описано.

л В момент времени t (фиг. 2 г), соответствующий концу отсчета периода, блок 4 вьщеления периода вьфаба- тывает сигнал Конец отсчета периода, что является окончанием работы по измерению, а вычислительный блок 3 по приведенному выражению производит окончательную обработку результатов измерений.

30

Формула изобретения

0

Способ измерения средневыпрямлен- ного значения периодического сигнала, заключающийся в измерении периода сигнала, измерении мгновенных значе- 5 НИИ сигнала с периодом, меньшим периода сигнала, суммировании отсчетов мгновенных значений с весами, выбранными в соответствии с методом аппроксимации сигнала, и делении суммарного результата на значение периода, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерения сигналов, имеющих непрерывную производную, фиксируют моменты времени начала отсчета периода и перехода сиг- . нала через нулевой уровень, измеряют интервалы времени от начала измерения, совпадающего с моментом измерения одного из мгновенных значений сигнала, до зафиксированных моментов, в течение периода сигнала выявляют отрезки времени, в пределах которых сохраняется постоянным знак сигнала, указанное взвешенное суммирование отсчетов мгновенных значений сигнала производят отдельно на каждом ранее выявленном отрезке времени, а упомянутый суммар- ньш результат получают путем сложения по модулю сумм, полученных на отдель5

0

5

Hbdc отрезках времени, согласноследую- где I - взвешенная сумма отсчетов

щай зависимости;мгновенных значений сигналов,

9 л Чл/2т.е. численная оценка интег , 1 1р.1ла от сигнала на отрезке

1 с( и. + 5JU, -ь 5 времени Ctq, ttJl

0., i of, ,/fg ;

-2c/, + 15o( ,- П -Риод дискретизации;

t Д-1ительность интервала вре24 g мени от момента времени t

:ДО момента отсчета первого

: -2) , - 90/,+ 24 с,- 12мгновенного значения сигна; +JTUt+ ла U , в пределах отрезка

; .времени t 3;

:is -i Д ительность интервала вре: 2 0 - 3 1мени от момента времени t,

; +-jr1л ,j +, до момента отсчета последне™

. мгновенного значения сиг: т , 3 -, / 2 ,нала и i, в пределах отрезка

: /« ,-Jc/,+ i I- 1

+11ц ,,20 Бремени t ;

i j, - число отсчетов мгновенных

Iзначений сигнала в пределах

: 24 0/2 12о грезка времени t ; t

; }t U-- отсчеты мгновенньк значений

25 сигнала;

; + 15о/2- отсчеты мгновенных значений

: + +сигнала, предшествующие мо; менту времени tg;

k Г мгновенньтх значений

+ V J сигнала, следующие за мо-24ментом времени t.

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в аппаратуре, предназначенной для измерения средневыпрямленного значения периодического сигнала и основанной на цифровой обработке сигналов. С целью повышения точности измерения сигналов, имеющих непрерывную производную, дополнительно фиксируют момент прохождения сигнала через нуль. Осуществляют выборку мгновенных значений сигнала, а затем осуществляют обработку результатов измерений на основе интерполяции значений. В устройстве, реализующем способ, входной сигнал дискретизатором 1 преобразуется в ряд дискретных значений, которые поступают на обработку в вычислительный блок 3, в который также поступает информация от блока 4 выделения периода и компаратора 2, определяющего моменты перехода через нуль. Начало работы устройства задает элемент 5 запуска, который через элемент 8 задержки включает блок 4, а с помощью генератора 9 тактовых импульсов, ключа 7, счетчика 6, элемента 11 задержки осуществляет синхронизацию работы дискретизатора и получение требуемой информации вычислительным блоком 3 для обработки по приведенному в описании расчетному соотношению. 2 ил.

А V- 1/1