Способ измерения амплитудного значения переменного напряжения

 

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.

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 6 01 R 19/04 7092

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1269041 (21) 4788939/21 (22) 05.02,90 (46) 1.5.07.92, Бюл. № 26 (71) Киевский институт инженеров гражданской авиации. им. 60-летия СССР (72) В.И.Игнатов, Н.В.Боголюбов и И,В,Никулин (53) 621.317.326(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1269041, кл. 6 01 R 19/04, 1985. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДНОГО ЗНАЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Использование: область измерения амплитуд электрических сигналов за время, 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 амплйтуди измеряемого сигнала как отношения измеренного мгновенного значения сигнала к постоянной величине, равной синусу половины фазового сдвига.

Осневные недостатки способа — низкая точность измерений при воздействии поме„, . Ж,, 1748077 А2 меньшее периода измеряемого сигнала, при малых отношениях сигнал-шум, является усовершенствованием изобретения по авт.св. СССР ¹ 11226699004411, Сущность изобретения: способ основан на введении в измерительный сигнал дополнительного фазового сдвига, равного zt /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. ховых сигналов на измеряемый сигнал, относительно невысокая помехоустойчивость при неудачном выборе фазового угла, Кроме того, при малых отношейиях сигнал-шум в этом способе теряется устойчивость измерений и результаты измерений имеют большой разброс, существенно зависящий от Ф значения выбранного фазового сдвига. ОО

Цель изобретения — повышение точно- С) сти и помехоустойчивость косвенных измерений амплитудного значения переменного напряжения при низких отношениях сигнал-шум в прямых измерениях, достигается за счет оптимальйого 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 амп1748077 литудного значения переменного напряжения, основанном на введении в него дополнительного фазового сдвига, сравнении мгновенных значений исследуемого и сдвинутого по фазе электрических сигналов, прямом измерении в момент их равенства зйачения напряжения, косвенном определении амплитуды измеряемого сигнала как отношения измеренного мгновенного значения сигнала к постоянной величине, равной синусу половины фазового сдвига, фазовый сдвиг выбирают оптимально, равным л /2.

Сущность изобретения и его отличительные признаки от прототипа поясняют фиг.1, 2. Фиг.1 иллюстрирует существенные отличительные особенности выбора фазовых соотношений между основным измерительным сигналом S<(t) и дополнительным измерительным сигналом S2(t), получаемым задержкой основного сигнала на время

to = +/в, где po — сдвиг фаз между основным и дополнительным сигналом, в = 2л/Т вЂ” 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 р>, Оо =ит1, гдето — момент времени пересечения (равенства) основного и дополнительного сигналов, C4 — фазовая координата точки А пересечения, исчисляемая от нуля; оь — фазовая координата начала (нуля) дополнительного измерительного сигнала, исчисляемая от начала (нуля) основного измерительного сигнала; Ъ /2 — фазовая координата точки А пересечения сигналов, исчисляемая от начала (нуля) дополнительного сигнала. По оси координат откладываются мгновенные значения сигналов

S q(t) = Vms tnt) t + ф1 (t), S2(t) - UmSIn(Cut - У,)+ фг (t), где (> (t), 2 (t) e- помеховые сигналы, искажающие S>(t) и Яг(т) и вызывающие систематические и случайные погрешности косвенных измерений значения амплитуды Um.

8 прямых измерениях получают измеренное значение U> сигналов для момента

t> их пересечения (фиг.1);

U1(t1) = UmsinN11+ ф! (t1) =

- Umsin(et- р)+ фг(1 ) = 01Как и в прототипе, значение амплитуды . сигнала определяется косвенным способом через измеренное мгновенное значение сигнала 0> и фазовые координаты точки пе5 ресечения

&%4 з1й(ро72)

10 Существование помеховых сигналов . (1(т>), @ (t2) приводит к погрешностям измерения значения V <, что; в свою очередь, порождает погрешности измерения значения Um.

На фиг.2 представлены векторные диаграммы, иллюстрирующие сущность изобретения и расположения векторов основного и дополнительного сигналов для моментов времени t = О, (%, S2), t = t> (Stp, . ад). Для иллюстрации действия помех на измерения

20 в момент пересечения сигналов показаны векторы (-., Ц, отображающие помеховые сигналы.

Фиг.2 поясняет сущность оптимального выбора фазового сдвига уЪ =я /2. Только в

25 этом единственном случае оптимальная фазовая координата точки А пересечения

Оо Л 3

Я =гл„+ — = -1- — =,— у, 2 2 4 4

30 дисперсия D(Um) измеряемого значения амплитуды минимальна

2 2 зь D»H(u ) — — — — — и — — г, 1пгУЪ 81пгЕ

4 где ч — мощность помеховых сигналов (п . г

4p — среднеквадратическое значение помехи или среднеквадратическая погрешность устройства измерения 01).

При оптимальном выборе p =+> =

=.тг/2 отношение сигнал-шум в измерениях

4б 0> максимально и равно

M(U )2 0msn 4 02 2

2 12>

"2

О(0 )2 2 2 2 2

50 где М(), 0() — операции определения математического ожидания и дисперсии, а з = U m/2, оз — среднеквадратическое

2 2 значение синусоидального сигнала.

Эффект от повышения точности оценивается по величине

1748077 р — — =3,41

1/2 1/2

sin (л/8) (0.3827) 1 5-д флг, 2

Составитель В,Игнатов

Техред M,Ìoðãåíòàë Корректор Т.Палий

Редактор Н,Горват

Заказ 2502 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101 которая показывает, во сколько раз увеличивается отношение hz сигнал-шум в измерениях амплитуды при оптимальном выборе

Л сдвига фаз p> = — по сравнению с отноше2 . 5 нием h< сигнал-шум при неоптимальном выЛ боре ф - .

Изобретение иллюстрируется следующими примерами: 10

1 л при Ъ1 = — po = — величина

2 4

1 л пРи P2 = 4К = )g PZ =132.

Следовательно, эффект в повышении точности и помехоустойчивости от оптимального выбора сдвига фаз является существенным, Формула изобретения

Способ измерения амплитудного значения переменного напряжения по авт,св.

¹ 1122669 004411, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и помехоустойчивости измерений амплитудного значения переменного напряжения при низких отношениях сигнал-шум, фазовый сдвиг устанавливают равным л /2.