Устройство для измерения слабых электрических сигналов Советский патент 1974 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к устройствам измерения слабых электрических сигналов,использующим модуляционный способ измерения.

Известно устройство для измерения слабых электрических сигналов, содержащее модулятор и последовательно соединенные входной усилитель, детектор, усилитель низкой частоты.

Экспоненциально-весовое накопление слаоого сигнала в интегрирующих цепях синхронного детектора ограничивает чувствительность этого устройства. Кроме того, схема требует калибровки уровня шума генератора и мостовой схемы перед каждым измерением. Это исключает возможность автоматизации измерений и влияет на их точность.

Поэтому известное устройство нельзя применять для измерения слабой напряженности электромагнитного поля в полевых условиях, когда особенно значительными становятся влияние дестабилизирующих механических и климатических факторов на точность калибровки, автоматизация процесса измерения, вес и габариты устройства.

Целью изобретения является повыщение чувствительности измерений.

Для достижения этой цели в него введены последовательно включенные ключ, преобразователь аналог - катод, реверсивный счетчик и цифровой индикатор, триггер, схема временных интервалов, входом соединенная с модулятором, коммутатором преобразователем

аналог-катод, триггером, а выходом-с ключом и реверсивным счетчиком, причем к реверсивному счетчику подключен также выход триггера.

Повышение чувствительности измерений

обеспечивается периодической коммутацией сигнала на входе входного усилителя коммутатором сигнала, преобразованием напряжения на выходе УПЧ в двоичный код преобразователем аналог - код (ПАК), накопления

за фиксированное время, определяемое блоком выработки временного интервала и ключом, разностей отсчетов «шум и «сигнал + шум, образуемых в реверсивном счетчике при помощи триггера управления, который отсчеты, соответствующие замкнутому коммутатору («сигнал + шум) посылает на прямой вход реверсивного счетчика, а отсчеты, соответствующие разомкнутому коммутатору («шум) - на реверсивный вход счетчика. Результат накопления фиксируется цифровым индикатором.

На чертеже изображена блок-схема устройства. Оно состоит из коммутатора сигнала 1,

входного усилителя 2, детектора 3, УПЧ 4, ключа о, преобразователя аналог - код (ПАК) 6, реверсивного счетчика 7, цифрового индикатора 8, триггера уиравлеиия 9, схемы выработки временного интервала 10, модулятора 11. Устройство работает следующим образом. Входной сигнал поступает на вход усилителя 2 через управляемый коммутатор 1, периодически замыкающий и размыкающий цепь подачи сигнала. На выходе усилителя образуется при этом последовательность, полпериода которой составляет аддитивная смесь сигнала и собственного щума усилителя, полпериода - только щум. Детектор 3 выделяет огибающую этой15 периодической последовательности, амплитуда которой определяется мощностью сигнала (поскольку детектирование полагается квадратичным). Реверсивный счетчик образует разности отсчетов «сигнал + щум и «щум,20 преобразованных ПАК 6 в двоичный код. Рассмотрим процесс накопления разностей в реверсивном счетчике, объединяющем функции вычитания и накопления. Из статистической радиотехники известно,25 что дисперсия и среднее значение процесса на выходе квадратичного детектора с интегрирующей нагрузкой равны: где W - спектральная плотность процесса; 2Д - полоса спектра процесса; а - постоянная времени интегратора. На выходе детектора, следовательно, перио- 35 дическая последовательность будет иметь; для отсчетов «щум ДЛЯ отсчетов «сигнал -}- щум (Гс-f )Д . 2(ITc-f )A Ос.ш. - - Отсчеты, соответствующие полупериоду «сигнал -+- щум, поступают на прямой вход реверсивного счетчика 7, а отсчеты 50 на реверсивный вход, что обеспечивается триггером управления 9, работающим синхронно со входным коммутатором 1. Это соответствует операции вычитания. Кроме того, реверсивный счетчик будет осуществлять накопление 55 результатов вычитания по мере увеличения количества периодов модулирующего меандра модулятора 11. Результат, накапливающийся в реверсивном счетчике к концу цикла накопления, пропор- 60 ционален мощности сигнала. После окончания цикла этот результат высвечивается на щкале электронно-оптического индикатора 8. После снятия показаний реверсивный счетчик возвращается в нулевое состояние переключением 65 5 10 30 40 45 тумблера «выкл - измерение. Прибор готов к следующему измерению. Величина максимального сигнала, который может быть измерен устройством, определяетСИ количеством разрядов преобразователя аналог - код 6. Диапазон напряжений этого преобразователя должен перекрывать максимально возможный сигнал. Ёмкость реверсивного счетчика при этом особого значения не имеет, т. к. при больщом сигнале можно установить аттенюатор, уменьщающий время накопления, в блоке временного интервала 10. Максимальная чувствительность устройства определяется многими факторами: величиной дискрета ПАК 6, временем накопления, степенью приближения характеристики детектора к квадратичной и т. д. Существует предел, после которого никаким увеличением времени накопления нельзя новысить чувствительность, Этот предел обусловлен величиной слабого сигнала при нелинейном преобразовании (детекторировании) и соответствует соотнощению сигнал к щуму на входе устройства 0,01-0,02. Этого вполне достаточно для большинства практических целей, Перед измерением и в процессе измерения не требуется никаких калибровок и регулировок. Весь процесс измерения сводится к переключению тумблера «выкл - измерение и установке в нужное положение аттенюатора, определяющего длительность цикла накопления, в блоке временных интервалов 10; применение вычитания отсчетов «сигнал -jщум и «щум дает возможность проводить измерение независимо от уровня щума входного усилителя без дополнительной калибровприменение линейного накопления (без весовой функции) разностей отсчетов повыщает чувствительность устройства по сравнению с накоплением в синхронном детекторе с экспоненциальной весовой функцией; точность отсчета определяется разбросом показаний из-за расщиренпя среднеквадратического отклонения при накоплении разностей и степенью стабилизации величины дискрета ПАК 6. Слаботочный источник питания ПАК 6 может быть выполнен в приемлемых для малогабаритной аппаратуры габаритах с достаточной степенью стабилизации (доли процента). Разброс показаний из-за расширения среднеквадратического отклонения может быть сведен к любой заданной минимальной величине усреднением небольщого числа измерений. Предмет изобретения Устройство для измерения слабых электрических сигналов, содержащее модулятор и последовательно соединенные входной усилитель, детектор, усилитель низкой частоты, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности, в него введены последовательно включенные ключ, преобразователь аналог - код, реверсивный счетчик и цифровой индикатор, триггер, схема временных интервалов, входом соединенная с модулятором,

коммутатором, преобразователем аналог - код, триггером, а выходом - с ключом и реверсивным счетчиком, причем к реверсивному счетчику подключен также выход триггера.