Способ определения уровня электрического сигнала и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G01R27/28 

VI

О

ю

СО N)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения уровней электромагнитных, электрических и магнитных колебаний при любых электро- и радиотехнических изме- рениях, в основе которых заложено измере- ние уровней колебаний, в частности измерение уровней электрических сигна)ЛОВ.

Цель изобретения - повышение точно- сти определения за счет исключения линейной зависимости погрешности измерителя уровня электрического сигнала.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства для реализации предлагав- мого способа; на фиг.2 - блок-схема калибровки нелинейного элемента.

Устройство для реализации способа содержит последовательно соединенные нелинейный элемент 1, выполненный, на- пример, в виде ферритового вентиля 36-34 с квадративной зависимостью F(A0), вход которого является входом устройства, измерительный приемник 2 и аналого-цифровой преобразователь 3, а также блок 4 памяти, дешифратор 5, блок 6 антилогарифмирования, блок 7 логарифмирования, цифровой делитель 8, цифровой индикатор 9, последовательно соединенные генератор 19 одиночных импульсов и элемент 11 задержки. При этом последовательно соединены блок 4, цифровой делитель 8, управляющий вход которого подключен к выходу генератора 10, а первые разрядные входы соединены с выходом преобразователя 3, блок 7, уп- равляющий вход которого подключен к первому выходу элемента 11, блок 6, управ- ляющий вход которого соединен с вторым выходом элемента 11, дешифратор 5 и индикатор 9.

Блок-схема калибровки нелинейного элемента содержит источник 12 сигнала, полосовой фильтр 13, измеритель 14 мощности, фильтр 15 нижних частот и два переключателя 16 и 17.

Сущность способа состоит в том, что при измерении уровня электрического сигнала предварительно измеряемый электрический сигнал частотой f0 и уровнем А0 преобразуют в электрический сигнал часто- той nfo и уровнем An F(A0) и соответственно увеличивают частоту настройки измерительного приемника в п раз, для чего измерительный приемник настраивают на частоту nf0 и измеряют уровень Ап преобра- зованного электрического сигнала, после чего уровень An электрического сигнала пересчитывают в уровень АО путем обратного нелинейного преобразования вида АО - (An)°.

В случае нелинейного преобразования, подчиняющегося степенному закону с показателем степени п, А0П (Ап/Оп). .

Снижение относительной погрешности ААо/Аоизмерения уровня А0 электрического сигнала, например, за счет нелинейного степенного преобразования измеряемого электрического сигнала с уровнем АО и частотой f0 в сигнал с уровнем An А0П «л и частотой nf0 осуществляется путем измерения уровня An сигнал на частоте nf0 с последующим вычислением А0 электрического сигнала частотой f0 по формуле АО (An/On) , где п - степень нелинейного преобразования измеряемого электрического сигнала, выбираемая из расчета требуемой точности измерений и применяемого нелинейного элемента; оь- коэффициент преобразования применяемого нелинейного элемента, который определяется методом его калибровки. При этом относительную погрешность измерения электрического сигнала с уровнем А0 и частотой f0 основанного на измерении сигнала с уровнем An и частотой nf0 с последующим вычислением уровня А0 электрического сигнала частотой f0, определяют по формуле

ААо 1 /ДАП ДсЛ

--- - -- - -- с точностью до члеАоП AnО- )

нов второго порядка малости.

Устройство для реализации способа работает следующим образом.

Электрический сигнал с уровнем А0 и частотой f0 подается на нелинейный элемент 1, который преобразует его в электрический сигнал с уровнем А2 «2 А02 и частотой 2f0. Измерительный приемник 2 настраивается на частоту 2f0, которым осуществляется измерение уровня А2 преобразованного электрического сигнала, поступающего в аналоговой форме на вход аналого-цифрового преобразователя 3, а с его выхода в двоичном коде - на первые разрядные входы цифрового делителя 8, на вторые разрядные входы которого с блока 4 памяти подается также в двоичном коде значение коэффициента а.2 .

С помощью генератора 10 (нажатием контактной кнопки) вырабатывается одиночный импульс Ui, который подается на входы элемента 11 задержки и цифрового делителя 8. Цифровой делитель 8 срабатывает и на его выходе вырабатывается частное А02 А2/«2 , которое поступает на вход блока 7 логарифмирования. С первого выхода элемента 1 задержанный на величину Г1импульс и1 подается на управляющий вход блока 7 логарифмирования. Блок 7 срабатывает и на его выходе формируется значение Ig A0 - Ig (A2/Q2). поступающее на

блок 6 антилогарифмирования, на управляющий вход которого с второго выхода элемента 11 задержки подается задержанный на Т2 импульс UL На выходе блока 6 в двоичном коде образуется значение А0 уровня измеряемого электрического сигнала, которое поступает на вход дешифратора 5. Ве- личины п и Т2 выбираются исходя из времени срабатывания цифрового делителя 8 и блока 7 логарифмирования. Дешифратор 5 преобразует напряжение двоичного кода в десятичный и на световом табло цифрового индикатора 9 высвечивается значение АО уровня измеряемого электрического сигнала частотой f0.

Коэффициент On преобразования нелинейного элемента определяется следующим образом (см.фиг.2).

Источник 12 электрического сигнала, например генератор типа Г4-95, устанавливают на частоту измеряемого электрического сигнала, например, 3 ГГц. Первый и второй переключатели 16 и 17 устанавливают в положение I. При этом с выхода генератора электрический сигнал через первый переключатель 16, нелинейный элемент 2, полосовой фильтр 13, осуществляющий селекцию сигнала на частоте 2f0, например п 2 2f0 6 ГГц, и второй переключатель 17 поступает на прецизионный измеритель 14 мощности, которым измеряется уровень Аа преобразованного электрического сигнала с уровнем АО. Затем первый и второй переключатели 16 и 17 устанавливаются в положение II. При этом с выхода генератора 12 электрический сигнал с уровнем А0 и частотой 3 ГГц через первый переключатель 16, фильтр 15 нижних частот с частотой среза f0 3 ГГц I затуханием, идентичным затуханию первого фильтра 13, и второй переклю- чатель 17 также поступает на вход прецизионного измерителя 14 мощности для измерения уровня А0 электрического сигнала. Эффективность преобразования нелинейного элемента при квадратичном преобразовании измеряемого электрического сигнала (п 2) равна среднему значению N измерений отношения уровня электрических сигналов А2, измеренных на частоте 2fo, к соответствующим значениям уровней АО электрических сигналов на частоте f0, а именно а , У)

N j 1 Aoi

Количество N измерений и динамический диапазон уровней электрических сигналов определяется исходя из априорно заданного динамического диапазона измерения уровней электрических сигналов и заданной точности экспериментального определения коэффициента On преобразования нелинейного элемента.

Относительная погрешность измерения

современных измерителей мощности не превышает 10%. Поэтому, учитывая, что Ао2 A2/Q5 , предельная погрешность определения коэффициента а преобразования не

линейного элемента Ја ЕАО 2 + СД2 2

0,12 +0,12 0,14 , где ЈАО и ЈД2 отно- сительные погрешности измерения А0 и А2. Погрешность измерения уровня АО электрического сигнала частотой f0 прямым методом, например измерительным приемником П5-27 согласно его инструкции по эксплуатации, составляет 3 дБ. Следовательно, предельная относительнаячпогреш- ность измерения уровня электрического сигнала предлагаемым методом с учетом, что АО (А2/О2) и использовании квадра- тичного преобразования электрического сигнала с уровнем А0 и частотой f0 в сигнал с уровнем А2 сгА0 и частотой 2fo, равна

30

ЈАО

VЈA2 2 + Ј«2

В случае использования в предлагаемом устройстве измерительного приемника типа П5-25 с относительной погрешностью измерения 3 дБ или 200% предельная относительная погрешность измерения уровня АО электрического сигнала ЈАО (4 + 0,02)/4 , «1,т.е. ЈАО 100 %.

Из сравнения погрешностей измерения

уровня электрического сигнала АО прямым методом (измерительным приемником типа П5-25) и предлагаемым способом и устройством (с использованием нелинейного элемента с квадратичной характеристикой и

измерительного приемника П5-27) очевидно, что погрешность измерения уровня А0 электрического сигнала предлагаемым способом и устройством при п 2 уменьшается почти в два раза. При увеличении п погрешность измерения уровня А0 при использовании, например, измерительных приемников типа П5-25-П5-28 можно уменьшить почти в 8 раз.

Формула изобретения

1.Способ определения уровня электрического сигнала, заключающийся в приеме измеряемого сигнала, преобразовании частоты этого сигнала в промежуточную частоту, усилении преобразованного сигнала до

заданной величины и сравнении его с уровнем образцового сигнала, отличающий- Q я тем, что, с целью повышения точности измерения за счет исключения линейной Зависимости погрешности измерения от погрешности измерителя уровня, предварительно осуществляют степенное нелинейное преобразование измеряемого Электрического сигнала с частотой f0 и уровнем АО в электрический сигнал с частотой nfo и уровнем АО ctn,

где п - степень нелинейного преобразо- вания;

On - коэффициент преобразования нелинейного элемента,

соответственно увеличивают в п раз частоту настройки приемника и измеряют уровень An преобразованного электрического сигнала, который пересчитывают к уровню Исходного сигнала путем обратного нелинейного преобразования вида А0 (An/On) .

2.Устройство для определения уровня электрического сигнала, содержащее измерительный приемник, отличающееся тем, что, в него введенный нелинейный эле- мент, вход которого является входом устройства, а выход соединен с входом

измерительного приемника, блок памяти, последовательно соединенные генератор одиночных импульсов и элемент задержки, последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, вход

которого подключен к выходу измерительного приемника, цифровой делитель, управляющий вход которого соединен с выходом генератора одиночных импульсов, а вторые разрядные входы соединены

с разрядными выходами блока памяти, блок логарифмирования, блок антилогарифмирования, дешифратор и цифровой индикатор, при этом управляющие входы блока логарифмирования и блока антилогарифмирования подключены к первому и второму выходам элемента задержки соответственно.

Изобретение может быть использовано для определения уровней электромагнитных, электрических и магнитных колебаний при любых электро- и радиотехнических измерениях. Цель изобретения - повышение точности измерения. Это достигается за счет исключения линейной зависимости погрешности измерения от погрешности измерителя уровня электрического сигнала, что достигается нелинейным преобразованием нелинейным элементом 1 измеряемого электрического сигнала с уровнем А0 и частотой f0 в электрический сигнал с уровнем An и частотой nf0, измерением приемником 2 на частоте nf0 уровня Ап преобразованного электрического сигнала и пересчетом цифровым делителем 8, блоком 7 логарифмирования и блоком 6 антило- гарифмированич уровня Ап электрического сигнала в уровень А0 путем обратного нелинейного преобразования вида А0 (An). 2 с.п.ф-лы, 2 ил. Ё

16

imJ

Фиг. I

77