Способ определения частотных характеристик измерительных каналов информационно-измерительных систем Советский патент 1992 года по МПК G01R27/28 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при определении динамических характеристик измерительных каналов многоканальных информационно-измерительных систем (И И С).

Целью изобретения является повышение точности определения частотных характеристик измерительных каналов ИИС путем снижения относительной погрешности за счет сравнения с образцовым измерительным каналом и снижения случайной составляющей погрешности спектрального

анализа за счет усиления разностного сигнала измеряемого и образцового измерительных каналов.

На фиг. 1 представлено обобщенное графическое изображение последовательности операций способа; на фиг. 2 - блоксхема устройства для реализации предлагаемого способа.

Устройство состоит ИЗгенератора 1 импульсов, образцового измерительного канала 2, контролируемого измерительного канала 3, дифференциального усилителя 4, компаратора 5, блока 6 преобразования Фурье, блока 7 обработки и постоянного запоминающего блока 8. Выход генератрра 1 подключен к входам каналов 2 и 3 и первому входу блока 6. Выход канала 2 соединен с первыми входами усилителя 4 и компаратора 5, вторые входы которых подключены к выходу канала 3. Первый выход усилителя 4 соединен с вторым входом блока б, выход которого соединен с первым входом блока 7. Второй и третий входы блока 7 подключены к выходу компаратора 5 и выходу запоминающего блока 8соответственно. Четвертый вход блока 7 соединен с вторым выходом усилителя 4, а его выход с выходом устройства. Сущность способа состоит в следующем. В способе определения частотных характеристик каналов ИИС используется метод сравнения. При этом на входы контролируемого Кк и образцового Ко каналов одновременно подается импульсный сигнал. В качестве образцового используется один из каналов ИИС, характеристики (АЧХ и ФЧХ) которого предварительно определены с высокой точностью с помощью синусоидального входного сигнала с разверткой его по частоте. На выходах Ко и Кк формируются отклики Yo(t) и УК(Т). Во временной области неидентичность Ко и Кк приводит к различию их откликов Yo(t) и Ук(1) на один и тот же сигнал X(t) (фиг. 1). Связь между указанными откликами может быть представлена выражением YK(t) Y,(t)-HYp(t),(1) где Yp(t) - разностный отклик каналов. В частотной области неидентичность Ко и Кк приводит к различию спектров их откликов So(t) и 5к(0 на сигнал с одним и тем же спектром Sx(f) (фиг. 1). Связь между указанными спектрами может быть представлена выражением SK(f) F YK(t) 1 F Yo(t) + Yp(t) So(f) + Sp(f), где F - оператор преобразования Фурье. Комплексную частотную характеристику H(f) физической системы можно определить из выражения H(f).(3) где Sy(f) и Sx(0- спектры сигналов на выходе и входе системы соответственно. При этом АЧХ и ФЧХ системы описываются выражениями: H(f) l((f)) + ((f)2; (П y)(f) arctg RelHCf) (2) Используя выражения (2) и (3), получим выражение для комплексной частотной характеристики Нк(0 контролируемого канала: W | f@+%§ ° f)4p(f)Характеристика Но(а) в выражении (6) определяется с использованием выражений (4) и (5) на основе Ho(f) и ро (f), измеренных предварительно при синусоидальном воздействии. При этом высокая точность измерения I Ho(f) I и о (f) гарантирует высокую точность определения Ho(f). Таким образом, для оценки Нк(0 необходимо определить величину Hp(f), обусловленную отклонением частотных характеристик Кк от Ко. С этой целью из выходного сигнала YK(t) контролируемого канала вычитают выходной сигнал Yp(t) образцового канала. При этом для последующего определения знаков (+ или -) значений функции Hp(f) сигналы Yo(t) и YK(t) сравнивают между собой по пиковым значениям. Для повышения точности и разрешающей способности последующего анализа разностный отклик YP(T) усиливают с максимально возможным калиброванным значением коэффициента усиления N. Усиленный разностный отклик подвергают затем преобразованию Фурье и получают соответствующий спектр. Входной импульс X(t) также подвергают преобразованию Фурье и получают спектр Sx(f). Затем первый спектр делят на второй и получают комплексную частотную характеристику. С целью компенсации предварительного усиления разностного отклика значения полученной частотной характеристики делят на величину коэффициента усиления N и получают характеристику Hp(f). Затем значения функции Hp(f) складывают или вычитают из соответствующих значений функции Ho(f). Указанные значения функции Hp(f) складываются, если отклик УК(Т) превышал по пиковому значению отклик Yo(t), и вычитаются, если отклик Yo(t) превышал отклик YK(t). В результате указанных выше операций получают комплексную частотную характеристику Hk(f) контролируемого канала. Далее используя выражение (4) и (5), определяют АЧХ - HK(f) и ФЧХ - (рк (f) контролируемого канала. Определение частотных характеристик остальных каналов ИИС осуществляется аналогично описанному. Устройство работает следующим образом. Импульсе выхода генератора 1 поступает одновременно на входы каналов 2 и 3. Отклики этих каналов поступают на первые

и вторые входы усилителя 4 и компаратора 5. Усилитель 4 является дифференциальным усилителем с программируемым коэффициентом усиления, С помощью этого усилителя усиливают разность сигналов, подаваемых на его входы. Компаратор 5 представляет собой устройство сравнения аналоговых сигналов с пиковыми детекторами на его входах. Это устройство сравнивает сигналы, поступающие на его входы, по пиковому значению и в зависимости от результата сравнения фopмиpyet на своем выходе сигнал О или 1. Усиленный разностный отклик каналов с выхода усилителя 4 поступает на второй вход блока 6 преобразования Фурье. На первый вход блока 6 поступает импульс с выхода генератора 1. Блок 6 представляет собой двухканальный спектральный анализатор (например, типа 2032 или 2034 фирмы Брюль и Кьер), который вычисляет спектры обоих сигналов, а затем путем деления одного спектра на другой вычисляет частотную характеристику.

Коды значений полученной характеристики поступают с выхода блока 6 на первый вход блока 7. Блок 7 представляет собой специализированный процессор для обработки данных по заданной программе. В соответствии с этой программой коды значений полученной частотной характеристики делятся на код коэффициента усиления разностного отклика и получается частотная характеристика Hp(f).

Код коэффициента усиления разностного отклика поступает на четвертый вход блока 7 с второго выхода усилителя4. На третий вход блока 7 поступают коды значений частотной характеристики Ho(f) образцового канала. Указанную характеристику определяют предварительно с помощью метода, обеспечивающего высокую точность, а коды ее значений записывают в блоке 8. В зависимости от сигнала, поступающего с выхода компаратора 5 на второй вход блока 7, последний к кодам, представляющим характеристику Ho(f), прибавляет или вычитает соответствующие коды, представляющие характеристику Hp(f). В результате получают коды значений характеристики HK(f), контролируемого канала. Для каждого значения частоты вычисляются значения модуля (АЧХ) и аргумента (ФЧХ) частотной характеристики, которые поступают на выход устройства. Полученная информация может быть отображена с помощью графического дисплея или графопостроителя в виде графика или с помощью цифропечатающего устройства в виде таблицы.

Предлагаемый способ обеспечивает повышение точности определения, частотных характеристик ИК. Источником значительной погрешности определения частотных характеристик является спектральный анализ сигналов. Согласно предлагаемому способу непосредственно измеряют не частотные характеристики контролируемого И К, а их отклонения от частотных характеристик образцового ИК. которые определяют с высокой точностью, что обеспечивает снижение относительной погрешности измерения частотных характеристик контролируемого ИК. Повышение точности измерения частотных характеристик обеспечивается также за счет снижения случайной составляющей погрешности спектрального анализа сигналов. Используя известное свойство дисперсии, можно

записать следующие выражения: D сХ X А;

.

где D - дисперсия случайной величины: с- постоянный коэффициент; X - случайная величина; А- постоянная величина. Из выражений (6) и (7) следует, что усиление в N раз разностного отклика перед его спектральным анализом и последующее деление значений полученного спектрг на величину N обеспечивает снижение в N раз среднеквадратического отклонения результатов спектрального анализа.

Формула изобретения Способ определения частотных характеристик измерительных каналов информационно-измерительныхсистем,

заключающийся в том, что на вход измерительного канала подают импульсный сигнал и определяют его спектр, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности определения частотных характеристик измерительных каналов, один из каналов информационно-измерительной системы используют в качестве образцового и определяют его комплексную частотную характеристику на основе АЧХ и ФЧХ, которые измеряют с помощью синусоидального сигнала возбуждения с разверткой последнего по частоте, значения полученной характеристики запоминают, затем на входы контролируемого и образцового измерительных каналов одновременно подают импульсный сигнал, выходные сигналы обоих измерительных каналов сравнивают между собой по пиковому значению, из выходного сигнала контролируемого измерительного канала вы итают выходной сигнал образцового измерительного канала, разностный сигнал усиливают и 8 помощью преобразования Фурье определяют его спектр, который затем делят на спектр входного сигнала и получают комплексную частотную характеристику, значения которой делят на коэффициент усиления разностного сигнала и складывают, если выходной сигнал контролируемого измерительного канала превосходит по пиковому значению выходной сигнал образцового измерительного каВременная область

r:iZ11b y,ft;

Ук)уо{1) УрМ

нала, или вычитают, если выходной сигнал образцового измерительного канала превосходит по пиковому значению выходной сигнал контролируемого измерительного канала, из соответствующих значений комплексной частотной характеристики образцового измерительного канала, получают комплексную частотную характеристику контролируемого измерительного канала и

0 на ее основе определяют АЧХ и ФЧХ контролируемого измерительного канала.

Частотная область

Г

)+5ра)

ФигЛ

30

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при определении динамических характеристик измерительных каналов многоканальныхинформационно-измерительных систем. Цель изобретения- - повышение точности- определения частотных характеристик измерительных каналов - достигается за сче; снижения относительной и случайной составляющих погрешностей измерения. Для зтого в способе непосредственно измеряют не частотные характеристики контролируемого измерительного канала, а их отклонения от частотных характеристик образцового измерительного канала, которые предварительно определяют с высокой точностью. Снижение случайной составляющей погрешности за счет усиления в N 1з разностного отклика перед его спектра, ь- ным анализом и последующее деление значений полученного спектра на величину N обеспечивает снижение в N раз средне- квадратического отклонения результатов спектрального анализа. 2 ил.слс