Способ измерения размаха периодических сигналов треугольной формы Советский патент 1992 года по МПК G01R19/04 

ди Ди,+Д№(1)

где At/i и А1/2 - соответственно разма- хи f(t) за первую и вторую половины периода.

Из подобия треугольников, образованных пересечением измеряемого сигнала f(t) с линиями опорных напряжений Ui и U2 и с линиями, проведенными из точек экстремальных значений сигнала, находят разма- хи сигнала:

П A Up T2 A Up

Т72 ATJ ; Т72 ДТЈ: где ri t2-ti;

Г2 t4 - t3I

AU0 U2-Ui Т - период сигнала. Из этих уравнений получают

ДЦ

AUoT

; A Ua

ДЦ0Т 2г2

(2)

2П Согласно (1)

Л..дц,тг 1 1

Формула (2) позволяет исключить линейную составляющую, если известен период измеряемого сигнала. Если период неизвестен, определяют его следующим образом. Определяют абсциссы максимума и минимума измеряемого сигнала f(t) относительно соответственно точек ti и ta, т.е. интервалы времени TQ ts-ti и т tg-13. Искомый период определяется как

(Г7-Г6+Г4-Г2)

где г А- ti.

Из подобия тех же треугольников

II Г2 -г - Г1 Г4 . Гб Г4-Т6 6

Т2 Гз Т7

Г5-Г7

.г

t +Г2 Г2ТЪ

Г2 +Ъ

где T te-t3

Таким образом, получают выражение для периода сигнала45

с, 4

Л Л 4.

H-L2

+

tf

uf Ј

(

Расчет периода по формуле (3) позволя- ет исключить любую ломаную кривую, абсциссы точек излома которой совпадают с абсциссами экстремумов переменного сигнала f(t), что следует из сохранения в этот случае подобия треугольников, из которого выводилась формула (3). Пример одной из таких ломаных кривых изображен на фиг.2 штриховой линией (где Ci(t), C2(t) и Ca(t) - линейные функции на соответствующих временных интервалах).

Аналогично выводу формулы (2) можно вывести формулу для искомого размаха А У треугольного сигнала fo(t) при наличии линейной функции C(t), как полусумму разма- хов измеряемого сигнала f(t) за второй и третий полупериоды сигнала. Формула (2) принимает вид

ли-4Ј1(±+в).№

10 Для повышения точности измерений целесообразно, согласно формул (2) и (4), усреднить размах на соседних полупериодах сигнала.

Окончательно из формул (2), (3) и (4) пол15 учают искомый размах треугольного сигнала в виде

®

20 Если на временных интервалах , Г2 и тз тангенсы угла наклона ломаной составляющей треугольного сигнала fo(t) соответственно равны Ci, C2, Сз (фиг.2), то временные интервалы можно выразить как

25

AUC

Со + Ci

Г2

AUC

Со + С2

гз

А ис

Со + Сз

30

35

40

45

50 55

uyj

(

где Со - тангенс угла наклона треугольного сигнала.

Получают для суммы во вторых скобках формулы (5)

)4Со+С1+Сз-2С2Таким образом, формула (5) позволяет исключить переменную составляющую треугольного сигнала f0(t), которую можно аппроксимировать ломаной кривой таким образом, чтобы абсциссы точек излома совпали с абсциссами экстремумов переменного сигнала, а тангенсы угла наклона которой по краям равны двойному тангенсу угла наклона в середине, т.е. (Ci + Сз - 2С2) 0. Измерение размаха по алгоритму формулы (5) позволяет эффективно бороться как с линейными, так и с нелинейными составляющими измеряемых сигналов. В этом заключается положительный эффект предлагаемого алгоритма измерения по сравнению с известными способами. Предлагаемый способ может применяться, например, для измерения размаха сигналов в условиях переходных процессов, низкочастотного дрейфа (например, временного, при измерениях на низкой и инфранизкой частотах, когда время измерения большое).

Устройство для осуществления способа состоит (фиг.З) из амплитудных селекторов

Iи 2, источников 3 и 4 пороговых напряжений, вычитателя 5 напряжений, формирователей 6 и 7 импульсов, дифференциаторов 8 и 9, вычитателя 10 импульсов, инверторов

I1и 12, формирователей 13 и 14 импульсов, инверторов 15 и 16, формирователей 17 - 20 импульсов по передним фронтам, вычитателя 21 импульсов, измерителя 22 временных интервалов, устройства 23 управления и вычислителя 24.

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал поступает на амплитудные селекторы 1 и 2, которые срабатывают в моменты времени прохождения входным сигналом значений соответственно второго и первого пороговых напряжений, которые формируются соответственно источниками 3 и 4 пороговых напряжений. На выходе формирователей 6 и 7 импульсов формируются импульсы с длительностью, соответственно равной времени нахождения входного сигнала между значениями второго (первого) напряжения (фиг.4а, б). Для каждого из этих импульсов с помощью дифференциаторов 8, 9 и формирователей 13, 14 формируются импульсы, имеющие длительность, равную длительности между передними фронтами соответствующих импульсов (фиг.4в, г) соответственно на выходе формирователей 13 и 14. Нафиг.4(е,ж, з, и) изображены импульсы на выходах соответственно инверторов 11,12,15и 16. Как видно из фиг.4 (а, в, д), вычитателем 10 из импульсов а и в формируется импульс с длительностью (te-ta). Формирователями 17 - 20 по передним фронтам формируются импульсы соответственно с длительностями (t2 -11)из импульсов виг, (t3-tt)- из импульсов г и е, (t4 - Тз) - из импульсов е и ж, (te ts) - из им пульсов и из. Вычитателем 21 формируется импульс с длительностью (т.4 - И) из б и г. Все указанные импульсы поступают на измеритель 22 временных интервалов, который запускается и останавливается устройством 23 управления соответственно в моменты времени ti и te. Измеренные значения временных интервалов, а также разница пороговых напряжений с выхода блока 5 поступают в вычислитель 24, где осуществляется расчет размаха входного сигнала по

формуле (5).

Формирователи 17-20 импульсов по передним фронтам работают следующим образом. Дифференциаторы 25 и 26 срабатывают по передним фронтам входных импульсов. Импульсы с дифференциаторов через схему ИЛИ 27 поступают на формирователь 28 (импул сов, на выходе которого формируется импульс с длительностью, равной длительности между передними фронтами входных импульсов.

Таким образом, способ позволяет повысить точность измерения размаха периодических сигналов треугольной формы в условиях переходных процессов или дрейфа.

Формула изображения Способ измерения размаха.периодических сигналов треугольной формы, основанный на формировании двух пороговых

напряжений в диапазоне изменения сигнала и определении их разности, измерении пяти следующих друг за другом моментов времени переходов измеряемого сигнала через первое 1Л и второе 2 пороговые напряжения, отличающ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения в условиях переходных процессов или дрейфа, измеряют шестой момент времени перехода измеряемого сигнала через второе пороговое напряжение и определяют искомый размах по формуле.

40

-ф %и|Ь

где ti, t4, ts(t2, ta, te) - моменты времени переходов измеряемого сигнала через первое Vi (второеU2) пороговое напряжение;

45A Uiразность пороговых

напряжений.

tXo

&V

т

cM

CM/

Сущность изобретения: при измерении размаха периодических сигналов треугольной форИзобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использо- вано при определении параметров гармонических сигналов. Целью изобретения является повышение точности измерения размаха треугольного, сигнала в условиях переходных процессов или дрейфа. Указанная цель достигается тем, что формируют первое и второе пороговые напряжения, определяют их разность, измеряют шесть следующих друг за другом моментов времени переходов измеряемого сигнала через первое (7i и второе(/2 пороговые напряжения, определяют искомый размах по формуле . где п, т.4, ts(t2, тз, te) - моменты времени переходов измеряемого сигнала через первое Ui (второе СЬ) пороговое напряжение; Al) Ui; - - разность пороговых напряжений. мы определяют шесть моментов времени переходов треугольного сигнала через первое Ui и второе 1)2 пороговые напряжения, искомый размах напряжения определяют по формуле . где ti, t4, ts(t2, 13, te) - моменты времени переходов измеряемого-сигнала через первое Ui ( второе Da) пороговое напряжение; д1) Ui- разность пороговых напряжений. 4 ил. Повышение точности, достигается исключением переменной составляющей измеряемого сигнала, аппроксимированной определенным образом ломаной (или прямой) линией, абсциссы точек излома которой совпадают с абсциссами экстремумов измеряемого сигнала, а сумма тангенсов углов наклона которой по краям равна двойному тангенсу угла наклона в середине (этим условиям удовлетворяет, например, линейно-изменяющаяся на всем времени измерения составляющая). На фиг.1 и 2 приведены графики, поясняющие предлагаемый способ; на фиг.З - блок-схема устройства для осуществления способа; на фиг.4 - временные диаграммы работы устройства. Рассмотрим измеряемый сигнал f(t) (фиг.2), равный сумме треугольного fo(t) и линейного C(t) сигналов. Искомый размах ДУтреугольного сигнала fo(t) определяется как полусумма размахов измеряемого сигнала за первую и вторую половину периода сигнала: (Л С vj го ел Ј

/U

:ЈM1

, Ъ i-s if ii i-i is it

фаг. Z

м