Способ измерения амплитудного значения переменного напряжения Советский патент 1992 года по МПК G01R19/04 

Изобретение может быть использовано в области измерений амплитуд электрических сигналов за время, меньшее периода измеряемого сигнала, при малых отношениях сигнал-шум в прямых измерениях.

Известны способы измерения амплитудного значения переменного напряжения, основанные на фазовых сдвигах измеряемого сигнала. Основные недостатки таких способов заключаются в сложности практической реализации и низкой точности измерений.

Известен также и способ измерения амплитудного значения переменного напряжения, сущность которого заключается в косвенном измерении значения амплитуды измеряемого сигнала как отношения измеренного мгновенного значения сигнала к постоянной величине, равной синусу половины фазового сдвига.

Основные недостатки способа - низкая точность измерений при воздействии помеховых сигналов на измеряемый сигнал, относительно невысокая помехоустойчивость при неудачном выборе фазового угла. Кроме того, при малых отношениях сигнал-шум в этом способе теряется устойчивость измерений и результаты измерений имеют большой разброс, существенно зависящий от значения выбранного фазового сдвига.

Цель изобретения - повышение точности и помехоустойчивость косвенных измерений амплитудного значения переменного напряжения при низких отношениях сигнал-шум в прямых измерениях, достигается за счет оптимального выбора фазового сдвига основного и дополнительного измерительного сигналов.

Сущность изобретения заключается в том, что с целью повышения точности и помехоустойчивости косвенных измерений амплитудного значения переменного напряжения при низких отношениях сигнал-шум, в прямых измерениях в способе измерения ампС

VJ

со О Ч

ч

ho

итудного значения переменного напряжеия, основанном на введении в него дополительного фазового сдвига, сравнении мгновенных значений исследуемого и сдвинутого по фазе электрических сигналов, прямом измерении в момент их равенства значения напряжения, косвенном опредеении амплитуды измеряемого сигнала как тношения измеренного мгновенного знаения сигнала к постоянной величине, равной синусу половины фазового сдвига, фазовый сдвиг выбирают оптимально, равным л /2.

Сущность изобретения и его отличиельные признаки от прототипа поясняют фиг.1,2. Фиг.1 иллюстрирует существенные отличительные особенности выбора фазовых соотношений между основным измерительным сигналом Si(t) и дополнительным измерительным сигналом $2(t), получаемым задержкой основного сигнала на время to фо/о), где ро - сдвиг фаз между основ- ным и дополнительным сигналом, ш 2лг/Т - круговая частота сигнала, Т - период сигнала. Для наглядности фиг.1 действие помеховых сигналов на основной и дополнительный сигналы не показано, это сделано на фиг.2.

На фиг.1 по верхней шкале оси абсцисс откладывается время, по нижней - фазовые углы ро, 0Ь ш , где ti - момент времени пересечения (равенства)основного и дополнительного сигналов, (ЭЬ - фазовая координата точки А пересечения, исчисляемая от нуля; ро - фазовая координата начала (нуля) дополнительного измерительного сигнала, исчисляемая от начала (нуля) основного измерительного сигнала; /2 - фазовая координата точки А пересечения сигналов, исчисляемая от начала (нуля) дополнительного сигнала. По оси координат откладываются мгновенные значения сигналов

Si(t)Umsinun-t-Јi(t),

S2(t) UmSln(u)t-pb) + Ј(t).

где Ј1 (t), |j2 (t)- помеховые сигналы, искажающие Si(t) и S2(t) и вызывающие систематические и случайные погрешности косвенных измерений значения амплитуды Dm.

В прямых измерениях получают измеренное значение Ui сигналов для момента ц их пересечения (фиг.1):

Ui(ti) UmSinwti + |i(ti) Umsln(u t- po) + Ј (ti) - Ui Как и в прототипе, значение амплитуды

сигнала определяется косвенным способом

через измеренное мгновенное значение

сигнала Ui и фазовые координаты точки пересечения

Ui

Ui

sln() sln(j - )

Существование помеховых сигналов Јi(ti). Ј2 (ta) приводит к погрешностям измерения значения U1, что, в свою очередь, порождает погрешности измерения значения Dm. На фиг.2 представлены векторные диаграммы, иллюстрирующие сущность изобретения и расположения векторов основного и дополнительжэго сигналов для моментов времени t 0, (Si, §2), t ti (SiA, S2A). Для иллюстрации действия помех на измерения

в момент дпересечения сигналов показаны векторы Ј-, §2, отображающие помеховые сигналы.

Фиг.2 поясняет сущность оптимального выбора фазового сдвига (fa п /2. Только в

этом единственном случае оптимальная фазовая координата точки А пересечения

30

fcb - /)о + 2 З 4 7f

дисперсия измеряемого значения амплитуды минимальна

35

-

где CTJ -мощность помеховых сигналов (оЈ среднеквадратическое значение помехи или среднеквадратическая погрешность устройства измерения Ui).

При оптимальном выборе л/2 отношение сигнал-шум в измерениях Ui максимально и равно

h u2m gj

h2 D Uifo 20 al555

где Mf1 , - операции определения математического ожидания и дисперсии,

, (h -среднеквадратическое значение синусоидального сигнала.

Эффект от повышения точности оценивается по величине

-кгИ

МРИ)

1/2

sfn (/2)

которая показывает, во сколько раз увеличивается отношение h2 сигнал-шум в измерениях амплитуды при оптимальном выборе

л

сдвига фаз р0 - по сравнению с отношением hi сигнал-шум при неоптимальном выборе /)н 2

Изобретение иллюстрируется следующими примерами:

при ум 2 ь - -д величина

1/2

1/2

) (0.3827f

3.41

при рн2 - 4 ҐV jg , pi 13,2 .

Следовательно, эффект в повышении точности и помехоустойчивости от опти- мального выбора сдвига фаз является существенным.

Формула изобретения Способ измерения амплитудного значения переменного напряжения по авт.св. Мг 1269041, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и помехоустойчивости измерений амплитудного значения переменного напряжения при низких отношениях сигнал-шум, фазовый сдвиг устанав- ливают равными/2.

Использование: область измерения амплитуд электрических сигналов за время, меньшее периода измеряемого сигнала, при малых отношениях сигнал-шум, является усовершенствованием изобретения по авт.св. СССР Мг 1269041. Сущность изобретения: способ основан на введении в измерительный сигнал дополнительного фазового сдвига, равного л /2, сравнении мгновенных значений исследуемого и сдвинутого по фазе электрических сигналов, измерении в момент их равенства значения напряжения и определении амплитуды измеряемого сигнала как соотношения измеренного мгновенного значения сигнала к постоянной величине, равной синусу половины фазового сдвига. 2 ил.

. I

I «

л .