Способ измерения размаха периодических сигналов треугольной формы

 

Сущность изобретения: при измерении размаха периодических сигналов треугольной форИзобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при определении параметров гармонических сигналов. Целью изобретения является повышение точности измерения размаха треугольного , сигнала в условиях переходных процессов или дрейфа. Указанная цель достигается тем, что формируют первое и второе пороговые напряжения , определяют их разность, измеряют шесть следующих друг за другом моментов времени переходов измеряемого сигнала через первое (7i и второе(/2 пороговые напряжения, определяют искомый размах по формуле . где п, т.4, ts(t2, тз, te) - моменты времени переходов измеряемого сигнала через первое Ui (второе СЬ) пороговое напряжение; Al) Ui; - - разность пороговых напряжений. мы определяют шесть моментов времени переходов треугольного сигнала через первое Ui и второе 1)2 пороговые напряжения, искомый размах напряжения определяют по формуле . где ti, t4, ts(t2, 13, te) - моменты времени переходов измеряемого-сигнала через первое Ui ( второе Da) пороговое напряжение; д1) Ui- разность пороговых напряжений . 4 ил. Повышение точности, достигается исключением переменной составляющей измеряемого сигнала, аппроксимированной определенным образом ломаной (или прямой ) линией, абсциссы точек излома которой совпадают с абсциссами экстремумов измеряемого сигнала, а сумма тангенсов углов наклона которой по краям равна двойному тангенсу угла наклона в середине (этим условиям удовлетворяет, например, линейно-изменяющаяся на всем времени измерения составляющая). На фиг.1 и 2 приведены графики, поясняющие предлагаемый способ; на фиг.З - блок-схема устройства для осуществления способа; на фиг.4 - временные диаграммы работы устройства. Рассмотрим измеряемый сигнал f(t) (фиг.2), равный сумме треугольного fo(t) и линейного C(t) сигналов. Искомый размах ДУтреугольного сигнала fo(t) определяется как полусумма размахов измеряемого сигнала за первую и вторую половину периода сигнала: (Л С vj го ел Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 R 19/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4790184/21 (22) 07,02.90 (46) 07.04.92. Бюл.¹13 (71) Пензенский политехнический институт (72) К.Н.Чернецов и А.В.Шакурский

1 (53) 621.317.326 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 478290, кл. G 01 R 19/04, 1969.

Авторское свидетельство СССР

N873139,,кл. G 01 R19/04,,1979. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМАХА ПЕРИОДИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ ТРЕУГОЛЬНОЙ ФОРМЫ (57) Сущность изобретения: при измерении размаха периодических сигналов треугольной форИзобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при определении параметров гармонических сигналов.

Целью изобретения является повышение точности измерения размаха треугольного, сигнала в условиях переходных процессов или дрейфа.

Указанная цель достигается тем, что формируют первое и второе пороговые напряжения, определяют их разность, измеряют шесть следующих друг за другом моментов времени переходов измеряемого

СИгНаЛа ЧЕРЕЗ ПЕРВОЕ V> И ВТОРОЕУ2 ПОРОГОвые напряжения, определяют искомый размах по формуле где t1. t4, t5(t2, тз, т6) — моменты времени переходов измеряемого сигнала через первое .1 (второе U2) пороговое напряжение;

AU =U2- U>, — разность пороговых напряжений.

„„5U 1725141 А1 мы определяют шесть моментов времени переходов треугольного сигнала через первое U< и второе О2 пороговые напряжения, искомый размах напряжения определяют по формуле где t>, t4, ts(t2, тз, te) — моменты времени переходов измеряемого. сигнала через первое U1(второе U2) пороговое напряжение; ,.yU0=02- U< — разность пороговых напряжений, 4 ил.

Повышение точности достигается исключением переменной составляющей измеряемого сигнала, аппроксимированной определенным образом ломаной (или прямой) линией, абсциссы точек излома которой совпадают с абсциссами экстремумов измеряемого сигнала, а сумма тангенсов углов наклона которой по краям равна двойному тангенсу угла наклона в середине (этим условиям удовлетворяет, например, линейно-изменяющаяся на всем времени измерения составляющая).

На фиг.1 и 2 приведены графики, поясняющие предлагаемый способ; на фиг.3— блок-схема устройства для осуществления способа; на фиг.4 — временные диаграммы работы устройства.

Рассмотрим измеряемый сигнал f(t) (фиг.2), равный сумме треугольного f<>(t) и линейного C(t) сигналов. Искомый размах

М треугольного сигнала 10(т) определяется как полусумма размахов измеряемого сигнала за первую и вторую половину периода сигнала:

1725141 лu л01+лu2 (1)

2 где Л1г1 и Л V2 — соответственно размахи f(t) за первую и вторую половины периода, 5

Из подобия треугольников, образованных пересечением измеряемого сигнала f(t) I с линиями опорных напряжений U1 и U2 и с

l линиями, проведенными из точек экстремальных значений сигнала, находят разма- 10 хи сигнала:

Х 1 ЛОо, Х2 Л0о . т72 XU> Т г ХС гДЕ Z 1 = t2 t1, Х2 = t4 = t3 15 л 0о=U2 01

Т вЂ” период сигнала.

Из этих уравнений получают

Ли.т „„Лu,ò

2х1 2хг

Согласно (1) (2)

Формула (2) позволяет исключить линейную составляющую, если известен период измеряемого сигнала. Если период неизвестен, определяют его следующим образом. Определяют абсциссы максимума и минимума измеряемого сигнала f(t) относительно соответственно точек t1 и t3, т.е. интервалы времени х6 =16-с1и х7 в- тз.

Искомый период определяется как

T = 2(т7 х6+ х4 х2 ) гДЕ Х = И вЂ” t1.

Из подобия тех же треугольников

Х1 Х2 . <1 Т4

Х6 Х4 Х6 Х1 +Х2

;Х6 =

Х2 Х3 . Х2 Х5 Х7 = 40

Х7 Х5 Х7 Х2 + Х3 где Х = 4 — тз.

Таким образом, получают выражение для периода сигнала 45

në лл Л И л л аС " 4 l л,1

Al2t ts ei+ Li и (7.

<+

Расчет периода по формуле (3) позволя- 50 ет исключить любую ломаную кривую, абсциссы точек излома которой совпадают с абсциссами экстремумов переменного сигнала т(т), что следует из сохранения в этот случае подобия треугольников, из которого 55 выводилась формула (3). Пример одной из таких ломаных кривых изображен на фиг.2 штриховой линией (где С1(т), C2(t) и C3(t)— линейные функции на соответствующих временных интервалах).

Аналогично выводу формулы (2) можно вывести формулудля искомого размаха Лд треугольного сигнала fo(t) при наличии линейной функции C(t), как полусумму размахов измеряемого сигнала 1() за второй и третий полупериоды сигнала. Формула (2) принимает вид (х2+ )

ЛL4T 1 (4)

Для повышения точности измерений целесообразно, согласно формул (2) и (4), усреднить размах на соседних полупериодах сигнала.

Окончательно из формул (2), (3) и (4) получают искомый размах треугольного сигнала в виде

М4 „„". ". Г

au- — - + — - — — „—,- — ). (5)

4 Ф 2 П. г\ Л л

°,) У 6й 1 С

Й2 C

Если на временных интервалахх1, х2 и хз тангенсы угла наклона ломаной составляющей треугольного сигнала fp(t) соответственно равны С1, С2, Сз (фиг.2), то временные интервалы можно выразить как

ЛUo oЛUo oЛuo где Со — тангенс угла наклона треугольного сигнала.

Получают для суммы во вторых скобках формулы (5)

1 2 1 — + — — — ) = 4Со+ C1+ С3- 2С2.

Х1 Х2 Х3

Таким образом, формула (5) позволяет исключить переменную составляющую треугольного сигнала fo(t), которую можно аппроксимировать ломаной кривой таким образом, чтобы абсциссы точек излома совпали с абсциссами экстремумов переменного сигнала, а тангенсы угла наклона которой по краям равны двойному тангенсу угла наклона в середине, т.е, (C1 + Сз - 2С2) = О.

Измерение размаха по алгоритму формулы (5) позволяет эффективно бороться как с линейными, так и с нелинейными составляющими измеряемых сигналов. В этом заключается положительный эффект предлагаемого алгоритма измерения по сравнению с известными способами.

Предлагаемый способ может применяться, например, для измерения размаха сигналов в условиях переходных процессов, низкочастотного дрейфа (например, временного, при измерениях на низкой и инфранизкой частотах, когда время измерения большое).

Устройство для осуществления способа состоит (фиг.3) из амплитудных селекторов

1725141

1 и 2, источников 3 и 4 пороговых напряжений, вычитателя 5 напряжений, формирователей 6 и 7 импульсов, дифференциаторов 8 и 9, вычитателя 10 импульсов, инверторов

11 и 12, формирователей 13 и 14 импульсов, 5 инверторов 15 и 16, формирователей 17

20 импульсов по передним фронтам, вычитателя 21 импульсов, измерителя 22 временных интервалов, устройства 23 управления и вычислителя 24, 10

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал поступает на амплитудные селекторы 1 и 2, которые срабатывают в моменты времени прохождения входным 15 сигналом значений соответственно второго и первого пороговых напряжений, которые формируются соответственно источниками

3 и 4 пороговых напряжений. На выходе формирователей 6 и 7 импульсов формиру- 20 ются импульсы с длительностью, соответственно равной времени нахождения входного сигнала между значениями второго (первого) напряжения (фиг.4а, б). Для каждого из этих импульсов с помощью диф- 25 ференциаторов 8, 9 и формирователей 13, 14 формируются импульсы, имеющие длительность, равную длительности между передними фронтами соответствующих импульсов (фиг.4в, г) соответственно на вы- 30 ходе формирователей 13 и 14, На фиг.4 (е, ж, з, и) изображены импульсы на выходах соответственно инверторов 11, 12, 15 и 16, Как видно из фиг.4 (a, в, д), вычитателем 10 из импульсов а и в формируется импульс с дли- 35 тельностью (to-ta).. Формирователями 1720 по переднйм фронтам формируются импульсы соответственно с длительностями (tz

-О) из импульсов в и r, (тз- t<) — из импульсов г и е, (t4 - тз) — из импульсов е и ж, (ts — а) — 40 из импульсов и и з. Вычитателем 21 формируется импульс с длительностью (t4- t>) из б и г. Все указанные импульсы поступают на измеритель 22 временных интервалов, который запускается и останавливается устрой- 45 ством 23 управления соответственно в моменты времени t> и to. Измеренные значения временных интервалов, а также разница пороговых напряжений с выхода блока

5 поступают в вычислитель 24, где осуществляется расчет размаха входного сигнала по формуле (5).

Формирователи 17 — 20 импульсов по передним фронтам работают следующим образом, Дифференциаторы 25 и 26 срабатывают по передним фронтам входных импульсов, Импульсы с дифференциаторов через схему ИЛИ 27 поступают на формирователь 28 (импульсов, на выходе которого формируется импульс с длительностью, равной длительности между передними фронтами входных импульсов, Таким образом, способ позволяет повысить точность измерения размаха периодических сигналов треугольной формы в условиях переходных процессов или дрейфа.

Формула изображения

Способ измерения размаха,периодических сигналов треугольной формы, основанный на формировании двух пороговых напряжений в диапазоне изменения сигнала и определении их разности, измерении пяти следующих друг за другом моментов времени переходов измеряемого сигнала через первое V> и второе 7 пороговые напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения в условиях переходных процессов или дрейфа, измеряют шестой момент времени перехода измеряемого сигнала через второе пороговое напряжением и определяют искомый размах по формуле. где t1, t4, Ы(с2, ta, t6) — моменты времени переходов измеряемого сигнала через пер- . вое V< (второе Qz) пороговое напряжение;

Л Uo=Uz U> разность пороговых напряжений.

1725141

1725141

12

1725141

Составитель E.Èëþøêèí

Техред М. Моргентал Корректор О.Ципле

Редактор И.Шмакова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1173 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5