Способ измерения амплитуды переменного электрического сигнала Советский патент 1992 года по МПК G01R19/04 

Изобретение относится к области электрических измерений, в частности к способам измерения максимума амплитуды переменного высокочастотного электрического сигнала, и может быть использовано для построения прецизионных датчиков контрольно-измерительной аппаратуры.

Известен способ измерения амплитуды переменного электрического сигнала, заключающийся в том, что определяют начало периода путем определения момента времени перехода переменного напряжения через ноль, в момент начала периода формируют импульс задержки, по окончании которого формируют измерительный импульс.

Способ не имеет ограничений по амплитуде сигнала, но с ростом частоты

падает точность регистрации амплитуды. Это обусловлено тем, что передний фронт измерительного импульса формируется в момент времени, соответствующий максимуму амплитуды, а фиксация амплитуды происходит по заднему фронту этого импульса на спадающем участке переменного сигнала за счет конечной длительности измерительного импульса. С ростом частоты сигнала растет крутизна спада измеряемого напряжения и ошибка измерения максимума амплитуды.

Цель изобретения - повышение точности измерения амплитуды высокочастотного сигнала.

Сущность изобретения заключается в совмещении заднего фронта измерительного импульса с моментов времени

СО

ю

ю

00

сп

J1732285

достижения максимума амплитуды переменного сигнала и выборе длительности измерительного импульса, обеспечивающей заданную точность измерений.

Пусть, для определенности, сигнал Y(t) синусоидальный, и начальная фаза равна нулю

Y(t) -We810 2 - 0 (1)

где t - текущее время;

t - период сигнала; макс максимум амплитуды.

Фиксация амплитуды производится на устройстве выборки-хранения (УВХ), управляемом измерительным импульсом длительностью

Кб

смб

(2)

где ьke , С ив - временные координаты конца и начала выборки, причем по переднему фронту (ФН6) УВ переходит в режим выборки, а по заднему фронту к&Э в режим хранения.

Тогда пульсации напряжения на выходе УВХ будут

X(,t0o%

1 Ь Кб

sin(2fr 4gu-)

я-М00%„

sin(2fr )

О)

Поскольку максимум амплитуды 5 ответствует моменту времени п М, то полагая

Ј

С

не

1

Т

-«

С1

(4)

где f - имеем

частота

1 Л

- -ж-(-%- arcsin« - 7°))

Ж

too

Ј

(5)

(-|- -. YMQKC

5

0

5

0

5

0

5

0

Условие (5) определяет длитель- ( ность измерительного импульса, обеспечивающего заданную точность Д пульсаций напряжения на выходе УВХ относительно максимума амплитуды, фиксируемого по заднему фронту измерительного импульса.

Условие (6) определяет длительность импульса задержки выборки, обеспечивающей выполнение условия (5). При этом импульс задержки должен формироваться в момент перехода синусоидального напряжения через ноль, а передний фронт измерительного импульса формируется по заднему фронту импульса задержки.

В заявленном способе нет ограничений на абсолютное значение амплитуды, однако способ имеет ограничение по верхней частоте сигнала. Это следует из того, что при V t±

реально достижимо отношение

О/у. с или f

Ј/Ј„

по Ю2 , поэтому л/ 1 МГц.

Оценим погрешность способа: из (5) следует, что приЈ/Јч 102 грешность А 0,2%.

На чертеже показаны эпюры синхронизации измеряемого синусоидального сигнала, с импульсами задеркки, измерительными импульсами и результирующий сигнал на выходе УВХ.

Обозначения: с - период сигнала; длительность импульса задержки; 4 длительность измерительного импульса, Јне и ЈkB - временные координаты начала и конца выборки.

В моменты перехода синусоидального сигнала через ноль формируют импульсы задержки длительностью , по заднему фронту которых формируют передний фронт измерительных импульсов длительностью 4ц, причем длительность измерительного импульса и импульса задержки связаны с частотой синусоидального сигнала условием (6). Фиксацию амплитуды синусоидального сигнала производят по заднему фронту измерительного импульса.

Использование: измерение максимума амплитуды переменного высокочастотного (до 1 МГц) сигнала с точностью 0,2...О,5%, в датчиках с частотно-амплитудным выходом для исследования быстропеременных физических или технологических процессов. Сущность изобретения: в моменты перехода переменного сигнала через ноль формируют импульс задержки, по заднему фронту которого формируют измерительный импульс, причем длительность измерительного импульса 6,. и импульса Ъ задержки ла соотношениями U связаны с частотой сигналА1 / И 6М - т7Г 2-iTf - arCSln(1 - JQQ)); Д чх. /V JЛ Ч 6 4f где f - частота, Гц, Д - требуемая погрешность, %, а ампли уду сигнала измеряют по заднему фронту измерительного импульса. 1 ил. (Л С

Полученное условие соответствует

ilY

восходящему участку (ЗГ 0) синусоиды, поэтому длительность импульса задержки будет

(6)

Пример. На УВХ производится измерение амплитуды синусоидального сигнала частоты 80 КГц ( Ј 1,25 ) без нелинейных искажений формы. Заданная погрешность измерений А 0,5%. По условию (5) определяют требуемую длительность измерительного импульса Ъц « 0,, а по (6)

определяют требуемую длительность импульса задержки Ј . Синусоидальный сигнал подают непосредственно на вход1 УВХ и на устройства формирования импульса.задержки при переходе синусоидального сигнала через ноль, по заднему фронту импульса задержки формируют измерительный импульс, которым управляют работой УВХ, подавая его на управляющий вход.

Рациональный выбор длительности измерительного импульса, по отношению к периоду измеряемого сигнала, и синхронизация его заднего фронта с максимумом амплитуды сигнала позволяют достичь цели изобретения - повышения точности определения амплитуды

высокочастотного сигнала.

i

Использование изобретения позволит создать устройство для высокоточного (О,2...О,5%) определения амплитуды высокочастотных сигналов (до 1 МГц).

5

Формула изобретения;.

Способ измерения амплитуды переменного электрического сигнала, за- ключающийся в том, что определяют начало периода путем определения момента времени перехода переменного электрического сигнала через ноль, в момент начала периода формируют импульс задержки, по окончании которого формируют измерительный импульс, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения амплитуды высокочастотного сигнала, длительность измерительного импульса Ъи и импульса задержки Ј« выбирают из соотношений

;T«jMroresi( -iffif:V -V

где f - частота сигнала, Гц;

U - требуемая погрешность, %, а амплитуду измеряют по заднему фронту измерительного импульса.

tut Ц