Устройство для измерения случайных электрических сигналов Советский патент 1980 года по МПК G01R19/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СЛУЧАЙНЫХ Изобретение относится к электроизмерител ной технике, в частности к устрюйствам для мерения действующих значений переменных н пряжений низкого уровня произвольной форм Известны устройства для измерения случай Hbix электрических сигналов, содержащие источник сигнала, входной усилитель, делитель напряжения, усилитель и детектор t. В этом устройстве при измереннн уровня собственных шумов тракта требуется ручная подстройка цепей компенсации этих шумов. Кроме того, при работе с различными источниками сигналов имеется погрешность из-за изменения уровня собственных шумов, вызванная неоптимальным согласованием полного входного сопротивления входного усилителя с полным сопротивлением источника сигнала. Наиболее близкое по технической сущности к изобретению устройство, содержащее модулятор и последовательно соединенные коммутатор, входной усипитель, детектор, усилитель низкой частоты, ключ, преобразователь аналог-код, реверсивный счегшк и циф ровой индикатор, триггер, схема временных ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ интервалов, входном соединенная с модулятором, коммутатором, преобразователем аналогкод, триггером, а выходом с ключом и реверсивным счетчиком, причем к реверсивному счетчику подключен также выход триггера 2. Недостатками этого устройства являются погрешность из-за изменения выходного сопротивления коммутатора и погрешность временной дискретизации входносо электрического сигнала. Действительно, собственные шумы устройства в основном состоят из щумов переключения коммутатора и шумов входного усилителя, причем шумы входаого усилителя в основном определяются условиями согласования с источником сигнала. Разное различие условнй согласования при разных положениях ключа коммутатора ведет к существенному изменению уровня собственных шумов входного усилителя и, как следствие, к росту погрешности измерения. Кроме того, временная дискретюация непрерывного случайного сигнала, согласно теории 37 измерений случайных сигналов, ведет к погреш ности при восстановлении. Цель изобретения - повышение точности. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения случайных электриче ких сигналов, содержащее последовательно сое диненные входной переключатель, входной усилитель, делителв промежуточный усилитель, детектор, второй переключатель и соединенные последовательно преобразователь аналог-код, счетчик и цифровой индикатор, управляющий вход счетчика через блок выработки временны интервалов подключен к генератору опорной частоты, введены блок эквивалентов источнико сигналов, подключенный ко второму входу входного переключателя, включенные последовательно аналоговое запоминающее устройство и вычитатель, выходом подключенный к преобразователю аналог-код и к введенному стре лочному прибору, а другим входом к первому Выходу в;торого переключателя, вторым выходом соединенного со входом аналогового запоминающего устройства, управляющий вход которого соединен с выходом блока выработки временных интервалов, с управляющими входами переключателей и введенньш блоком выбора постоянных времени усреднения, выхо которого подключен к детектору и также к введенному блоку выбора кратности времени измерения, соединенному с блоком выработки временных интервалов.. На чертеже представлена структурная схема устройства для измерения случайных электрических сигналов. Устройство содержит источник 1 сигнала, блок 2 эквивалентов источников сигналов, входной переключатель 3, входной усилитель 4, делитель 5, промежуточный усилитель 6, детектор 7, второй переключатель 8, аналоговое запоминающее устройство 9, вычитатель Ю преобразователь аналог-код 11, стрелочный прибор 12, счетчик 13, цифровой индикатор 1 блок 15 выбора постоянных времени усреднения, блок 16 выбора кратности времени измерения, блок 17 выработки временных инт валов 17 и генератор 18 опорной частоты. Устройство работает следующим образом. Входной переключатель 3 поочередно подключает к входному усилителю 4 источник 1 сигнала или заранее выбранный по известной информации об источнике сигнала эквивалент из блока 2 эквивалетов источников сигналов Прошедший через делитель 5 и промежуточны усилитель 6 сигнал представляет, при подклю/ ченин входного усилителя 4 к блоку 2 эквивалентов источников сигналов, собственный шум входного усилителя 4, При этом собственным шумом эквивалента источника сигнала, представляющего последовательное и/или параллельное соединение пассивных резистивных, емкостных и индуктивных элементов можно пренебречь,), а при подключении к источнику 1 сигнала - .аддитивную смесь сигнала и собственного шума входного усилителя 4. Велишна сигнала, прошедшего через детектор 7 действующего значения, представляет собой в одном случае действующее значение напряжения (тока) собственного шума входного усилителя 4, а в другом - сумму действующих значения напряжения (токов) собственного шума и измерительного сигнала. Второй переключатель 8 осуществляет синхронное с входным переключателем 3 подключение выхода детектора 7 ко входу вычитателя 10 Уменьщаемое, при подключении ко входу входного переключателя 3 источника 1 сигнала и к информационному входу аналогового запоминающего устройства 9 при другом положении входного переключателя 3, Аналоговое запоминаю1цее устройство 9 хранит величину Действующего значения напряжения собственного шума. Это напряжение поступает на вход вычитателй 10 вычитаемое. На выходе вьтчитатель 10 имеет разность напряжения сигнал-шум и шум, которая поступает на преобразователь аналог-код 11. Напряжение с выхода вычитателя 10 преобразовывается в пропорциональную частоту 1шпульсной последовательности на вь1ходе преобразователя аналог-код 11, которая подсчитывается счетчиком 13 и отображается на цифровом индикаторе 14. Блок 15 выбора постоянных времени усреднения позволяет, выбирать для измеряемых сигналов с различной шириной частотного спектра и различньпии временами корреляции такую постоянную времени детектора 7, что статистическая погрешкость, равная Е где Т - время усреднения; ДР- ширина полосы частот измеряемого сигнала, сохршяется: достаточно малой. При этом .стрелочный прибор 12 служит индикатором правильности выбора времени усред нения, о чем можно судить по амплитуде колебаний стрелки в установившемся режиме. Одновременно блок 15 выбора постоянных времени усреднения через блок 16 выбора кратности времени измерения воздействует на блок 17 выработки временных интервалов, задающий время подключения входного усилителя 4 к ксто«агаку 1 сигнала (время для измерения собственного шума задается постоянным и определяется шириной полосы пропускания тракта усиления). Связь между выходом блока 17 выработки временных интервалов и блоком 15 выбора постоянных времени усреднения обеспечивает синхронное с переключателями 3 и 8 изменение постоянных времени детектора 7. При подключении источника 1 сигнала постоянная времени детектора 7 устанавливается равной величине, заданной механически или электрически в блоке 15 выбора постоянных времени усреднения, а в другом положении входного переключателя 3 постоянная времени детектора 7 определяется фиксированной электрической цепью, входящей в его схему. Все временные интервалы вырабатываются из последовательности импульсов, поступающих от генератора 18 опорной частоты. Блок 17 выработки временных интервалов выдает сигналы заданной длительности для управления переключателями 3 и 8, аналоговым запоминающим устройством 9 и счетчиком 13, а также осуществляет их синхронизацию. При этом время подключения источника 1 сигнала определяется блоком 15 выбора постоянных времени усреднения и блоком 16 выбо ра кратности измерения, с помощью которого вроия подкшочеюм источника 1 сигнала ъыбкрается в целое раз больше заданного времени усреднения.сиг Время подключекия йстотанка сигнала с одной CTOpoHbi ограничйва ется требуемой величиной Времейи усреднения, а с другоймаксимально возможным временем хранения действующего значения напряжения собственного щума в аналоговом запоминающем устройстве 9 и временными климатическими изШнег ниями действующего значения напряжения собственного щума. Что определяет время между двумя измерениями собственного щума с целью поддержания высокой точности его компенсации. Импульсы управления счетчиком 13 засйнхронизованы с началом и окончанием импульса, задающего время подключения источника 1 сигнала, таким образом, что измерение, часготы .: на выходе преобразователя аналог-код И начинается по окончании одного времени усреднения, т. е. переходного процесса на выходе детектора 7. Повьпценне точности достигается благодаря тому, «по прн положении входного переключателя 3 сохраняется оптимальное согласование на входе входного усилите я 4, т.е. постоянный и минимальный уровень его собственных щумов, которые компенсируются в вычитателе 10. Погрешность временной дискретизащга устраняется вследс1вие того, что осуществляется непрерывное измерение случайного электрического сигнала с периодической коррекцией величины собственного шума, в блоках, обеспечиваю1вдх его компенсацию, при длительности реализации измеряемого сигнала в несколько раз превышающей его максимальное время корреляции. Формула изобретени.я Устройство щгя случайных электрический сигналов, содержащее последовательно соединенные входной переключатель, входной усилитель, делитель, промежуточный усилитель, детектор, второй переключатель и соеД1ШеннЫе последовательно преобразователь аналог-код, счетчик и цифровой индикатор, управляющий вход счетчика через блок выработки временных «штервалов подключен к генератору опор1юй частоть, отличающееся тем, что с целью повышения точности, в него введены блок эквивалентов источников сигналов, подключенный ко второму входу входного переключателя, включенные последовательно аналоговое запоминающее устройство и вычйтатёль, выходом подключённый к пре образователю аналог-ход и к введенному стрелочному прибору, а другим входом - к первому выхойу второго переключателя, вторым выходом соединенного со входом аналогового запоминающего устройства, управляющий . вход которого соединен с выходом блока выработки времеюшх интервалов, с управляюндалв1 входами переключателей и введенным. блоком выбора постоянной времени усредаения, выход которого подключен к детектору и так- , же к введенному бйоку выбора кратности времени измерения, соединенному с блоком выработки временных интервалов. Источникя информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 467281, кл. G 01 R 19/02, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР N 444116, кн. G 01 R 19/00, 1972. .

, . :; ;-v -i- - --- s--- - :s::; « «l