Способ измерения аналогового сигнала Советский патент 1992 года по МПК G01R19/25 

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и предназначено для измерения аналоговых сигналов.

Цель изобретения - повышение точности цифрового измерения за счет подавления высокочастотных помех и уменьшения погрешности аналого-цифрового преобразования.

Сущность способа заключается в следующем.

Производят выборку измеряемой аналоговой величины {Xk}, k 1, m+1. Формируют цикл из m+1 тактов измерений. В каждом к-м такте текущего цикла отсчет Xk умножают на масштабный коэффициент Cm

-(m-k + OKk-l)11 РезУльтатУмн°- жения подвергают аналого-цифровому преобразованию. Код ук + 5k , полученный в результате нескорректированного аналого-цифрового преобразования ( 6k - его погрешность), запоминают. К концу цикла измерения запомненные коды суммируют и полученный суммарный код делят на 2т. В результате получают код

1 m+1 k - 1i m+1

У, i 2 СМ xk +-L 2.Ь.(1)

2m

2mk i

который является скорректированным цифровым измерением аналоговой величины X в данном цикле. Для получения следующего скорректированного результата цифрового измерения необходимо осуществить новый цикл измерений, повторив описанный процесс измерения.

По данному способу всегда имеет место подавление всех составляющих погрешности измерения, причем тем существеннее, чем больше т. Представим.погрешность измерения в виде суммы d(t) -О (t) , где

VJ

ГО

ел

Ј ел

- о

б и 6 (t) - систематическая и случайная составляющие соответственно.

Рассмотрим погрешность способа для конкретных значений т:

при т 5 i e t .. е, о (21

TiS -iz l-awl : - (}

(3)

26 эг

И

( / « - о- 1 e U

при т 10 Fg I;tf s«1-Ml07 E S «т +1 k - 1

Как видно из приведенных примеров, с ростом пл эффект подавления как систематической (за счет деления на 2Ш), так и случайной (за счет деления на 2 m и сглаживания при суммировании) составляющих погреш- ности возрастает. Ограничение величины m сверху связано прежде всего с динамическими свойствами измеряемого аналогового сигнала.

Что касается подавления высокочастот- ных помех Јn (t), накладываемых на измеряемую аналоговую величину X(t), то сигналу

1

2 (Cm Xk + Јпк) соответствует

5,(o)5eitgn(a)

спектральная плотность мощности (при условии взаимной независимости X(t), e n (t) и

, (l+coSUTof3Q

SXX(Q;

(ucosuToV

:5еЈм т; (4)

cncn nm/

Если учесть, что частотная полоса о + (Ос сигнала X(t) практически всегда зна- чительно уже частотной полосы ш мин - о) макс высокочастотной помехи, то, выбирая То и m такими, чтобы

(1 + COS toe ТоГ „

лL- - 1 , добиваются того, что

огп

(1 + 006й)макс Т0)т (1 + OD6ftUiHT0)m 2т2т

Таким образом, при предлагаемом спо- собе повышается точность измерения как за счет уменьшения погрешности собственно нескорректированного измерения, так и за счет сглаживания входных высокочастотных помех, накладываемых на измеряемый аналоговый сигнал.

На чертеже приведена структурная схема устройства, реализующего способ.

Устройство содержит ячейку 1 выборки- хранения (ЯВХ), масштабирующий усили- тель 2 с управляемым коэффициентом усиления, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3, вычислительный блок (ВБ) 4 и шину 5 управления.

0

5

0

5

Q

5

0

5 0

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии (перед началом каждого цикла измерения) все тактируемые узлы сигналом шины 5 управления поддерживаются в начальном состоянии, при котором на выходе ЯВХ 1 установлен нуль, масштабирующий усилитель 2 имеет первый коэффициент усиления ki Cm0 1. В первом такте цикла измерения ЯВХ 1 на своем выходе формирует отсчет Xi измеряемой аналоговой величины, который через масштабирующий усилитель 2 с коэффициентом усиления ki Cm° 1 подается на вход АЦП 3,который запускается управляющим импульсом с шины 5. Полученный в результате аналого-цифрового преобразования код yi xi + 5i заносится в ВБ 4 и запоминается. В первом же такте после завершения аналого-цифрового преобразования управляющим импульсом с шины 5 масштабирующий усилитель 2 переводится во второе положение, при котором его коэффициент усиления k2 Cm1.

Во втором такте ЯВХ 1 на своем выходе формирует отсчет Х2, который через масштабирующий усилитель 2 с коэффициентом усиления k2 Cm1 гп подается на вход АЦП 3, на выходе которого после преобразования получается код У2 Cm1X2 + 62 - т Х2 + дг Этот код заносится в В Б 4, где запоминается. В конце второго такта масштабирующий усилитель 2 переводится в третье положение с кз Cm2 . ml (гл-2)2Г

В третьем и последующих тактах алгоритм функционирования устройства аналогичен и в (т + 1)-м такте в ВБ 4 заносится код Ут+1 СттХт+1 + б т+1 Хт+1 + б т+1.

Полученная последовательность кодов , k 1,m+1 подвергается суммированию и суммарной код делится на 2т, после чего получается код

m + 1 k -1ч m + 1

ЛIII I I

,

1

m

Xk ,a

который является скорректированным результатом цифрового измерения аналоговой величины X за данный цикл.

Перед каждым следующим циклом измерения все тактируемые узлы управляющим сигналом с шины 5 поддерживаются в начальном состоянии. Процесс измерения внутри каждого цикла аналогичен описанному.

Формул а изо бретения Способ измерения аналогового сигнала, заключающийся в том, что формируют

последовательность выборок измеряемого аналогового сигнала, преобразуют сформированные сигналы выборок в цифровой код, запоминают последовательность цифровых кодов, получаемых в отдельных тактах измерений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, измерение осуществляют за цикл, состоящий из т+1 тактов, в каждом такте текущего цикла перед преобразованием в цифровой код сигналы выборок масштабно преобразуют путем умножения соответствующего значения

0

сигнала выборки Xk в данном такте из последовательности {xk}, k 1, m+1, на масштабный коэффициент , где Cmk 1 - число сочетаний из m no k-1, суммируют запомненную последовательность цифровых кодов yk , суммарный цифровой код делят на 2т, получая результат У. скорректированного цифрового измерения аналоговой величины X в данном цикле, а в каждом последующем цикле указанную выше последовательность операций повторяют.

Изобретение относится к цифровой измерительной технике. Цель - повышение точности цифрового измерения путем подавления высокочастотных помех и уменьшения погрешности аналого-цифрового преобразования. Способ измерения аналогового сигнала осуществляют за цикл, состоящий из m + 1 тактов измерения, причем сигнал, подвергаемый аналого-цифровому преобразованию в k-м такте текущего цикла, формируют путем уменьшения отсчета Хк последовательности {Хк}, k 1,m + 1 на масштабный коэффициент , суммируют запомненную последовательность результатов аналого-цифрового преобразования Yk , а суммарный цифровой код делят на 2т, получая результат YS скорректированного цифрового измерения аналоговой величины в данном цикле, а в каждом последующем указанную выше последовательность операций повторяют. 1 ил. ё