Цифровой вольтметр

 

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - обеспечение измерения шумового напряжения. Цифровой вольтметр содержит входной блок 1, генератор 2 линейно изменяющегося напряжения, блоки 3 и 4 формирования порога, компаратор 5, блоки 6 и 7 сравнения, временной селектор 8, генератор 9 счетных импульсов, счетчик 10 импульсов, блок 11 управления, блок 12 цифрового отсчета. Измерение мощности шума осуществляется путем измерения суммарной длительности превышения случайным процессом порогового уровня за интервал наблюдения T. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l% (1!) .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

? 1) 4464489/24-09

22) 22.07.88

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОИРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (46) 23.06.90 Вюл. М 23 (71) Рижский институт инженеров гражданской авиации им.Ленинского комсомола (72) В.А.Ходаковский, А.М.Карлов, С.P.Tåìåðáåêoâ и О.Х.Джалилов (53) 621.317.634 (088.8) (56) Мирский Г.Я. Электронные измерения. — М.: Радио и связь, 1986, с.184

185, рис.5.16. (54) цифРовой BORbTHETP (57) Изобретение относится к радио(51) 5 G 01 R 1 /02//Н 04 В 17/00

2 технике, Цель изобретения - обеспечение измерения шумового напряжения.

Цифровой вольтметр содержит входной блок 1, генератор 2 линейно изменяющегося напряжения, блоки 3 и 4 формирования порога, компаратор 5, блоки 6 и 7 сравнения, временной селектор 8,генератор 9 счетных импульсов счетчик 10 импульсов, блок 11 управления, блок

12 цифрового отсчета. Измерение мощности шума осуществляется путем измерения суммарной длительности превышения случайным процессом порогово. го уровня за интервал наблюдения Т.

2 ил.

1573431

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для измерения напряжения шума в приемнике, Цель изобретения - обеспечение из- 5 мерения шумового напряжения.

На фиг, 1 представлена структурная электрическая схема цифрового вольтметра; на фиг,. 2 - эпюры напряжения, поясняющие его работу. 10

Цифровой вольтметр содержит входной блок 1, генератор 2 линейно изменяющегося напряжения, первый и второй блоки 3 и 4 Формирования поро- . га, компаратор 5, первый 6 и второй 7 15 блоки сравнения, .временной селектор 8, генератор 9 счетных импульсов, -счетчик 10 импульсов, блок 11 управления и блок 12 цифрового отсчета.

Цифровой вольтметр работает следу- 20 ющим образом.

Уровень шума на выходе усилителя низких частот (УНЧ) приемника (не показан) определяется спектральной плотностью шума на его первых каскадах и шириной полосы пропускания

/ ..(jp.„ ) усилителя промежуточной частоты (УПЧ). Для разных типов. приемников амплитудно-модулированных (АН) сигналов детекторы огибающей при воз- З0 действии на них квазигармонического шума могут быть линейными и квадратичными. В зависимости от этого процесс на выходе детектора огибающей распределен соответственно либо по 35 закону Релея, либо имеет экспоненциальное распределение.

Как известно, для приемников ДВ-, СВ- и КВ-диапазонов волн полоса пропускания (йГ „ „) УНЧ соизмерима с 40 !Р пр (где ЛГ !!Р— полоса пропускания

УПЧ). йирина спектра огибающей df „ также будет соизмерима с йГнч. В

УНЧ происходит только центрирование 45 процесса с выхода детектора огибающей. Для приемников метрового диапазона волн справедливы соотношения

ЙРп нч э нч В таком

50 случае в УНЧ происходит нормализация процесса на выходе детектора огибающей и процесс на выходе УНЧ приемника имеет нормальный закон распределения. 55

Измерение мощности шума осуществляется путем измерения суммарной длительнбсти с превышения случайным пооцессом порогового уровня за интервал наблюдения Т. Алгоритм измерения мощности шума получен на основе следующего теоретического положения

OD

6 = -„-7---Т- ) W(g) 1 ; (1)

Т

С где 7 - средняя длительность положительных выбросов;

N(C,T) — среднее число положительных выбросов за интервал наблюдения Т;

С - пороговый уровень;W(g) — плотность вероятности процесса на выходе УНЧ приемника.

В выражении (2) плотность вероятности W(g) процесса на выходе УНЧ приемника определяется следующим образом:

I(+6

Ш

w(> )

К

) g2 ш

+, Т! г (3) ш

С,, с

----- = ехр (- ---- — 1) °

1 2, LU

".Е з lC!

Ф (------) (8

Т 6ш

- с !г где ф(х) = —; 1 е йс - интер. ! 27 вал вероятности. (7) 1 + 2 ш

w(+ ) = ----- exp (- --------- ) (4)

26 2ь Ф ш ш

l ехр (- -- --- ), (5)

3 612 !! 2 р 2 где g„(t} - процесс на выходе УНЧ приемника при условии, что детектор огибающей является линейным;

q,() - процесс на выходе УНЧ приемника при условии, что детектор огибающей является квадратичным;

$ (t) - процесс на выходе УНЧ э приемника при условии и f zy» ЬГн

Подставляя выражения (3) — (5) в вы ражение (2), получим соответственно алгоритмы оценки мощности шума приемников по измерению суммарной длительности gI, превышения случайным процес .Е сом порогового уровня за интервал на блюде н и я:

Cl (С + ш --- )-! !("Ki 2

---- = ехр (- --------------) (6)

Т 26ш !

5 15

Как видно из выражений (6) и (8), . л X

Измеряемая величина ---- пропорциоТ нальна б . Таким образом, измеряя л ,I можно измерить величину 6 .

1 ЩФ .Напряжение шумов при отсутствии полезного сигнала с выхода УНЧ приемника поступает через входной блок

1 (фиг.2а) на компаратор 5. В момент повышения уровня шума порогового уровня С„ на выходе компаратора 5 появляются импульсы (фиг,2б), длительность которых соответствует длительности положительных выбросов.

Пороговый уровень С, устанавливается ,первым блоком 3 формирования порога по сигналу с блока 11 управления °

Импульсы с компаратора 5 поступают на временный селектор 8. На него кроме счетных импульсов (фиг.2а), поступают сигналы, формирующие длительность периода наблюдения. Принцип формирования периода наблюдения поясняется фиг.2г ° Генератор 2 вырабатывает линейно изменяющееся напря-. жение, которое сравнивается с пороговым уровнем С . Этот уровень уста1 навливается вторым блоком 4 формирования порога по сигналу с блока 11 управления. Одновременно напряжения с генератора 2 сравниваются с нулевым пороговым уровнем.

В момент времени т„ (фиг.2д) на выходе первого блока б сравнения возникает импульс, открывающий временной селектор 8, Второй блок 7 сравнения вырабатывает импульс, закрывающий временной селектор 8 (фиг.2д) . При этом на выходе временного селектора 8 появляются только те импульсы с генератора 9 счетных импульсов (фиг.2в), которые действуют в течение длительности положительных выбросов с компаратора 5 и ограничены интервалом наблюдения (фиг.2е), В начале цикла измерения импульс с г блока 11 управления сбрасывает счетчик 10 импульсов. Далее импульсы, прошедшие на выход временного селек тора 8, подсчитываются счетчиком 10 импульсов и индицируются блоком 12 цифрового отсчета. Изменение порогового уровня первого блока 3 формирования порога t выхода блока 1 l упраa.ления осуществляется с целью переключения диапазона измерения мощности шума на выходе приемника.

Изменение интервала наблюдения Т, осуществляемое блоком 11 за счет изменения порогового уровня второго блока 4 формирования порога, производится в зависимости от типа детектора сигнала в приемнике (квадратичный или линейный) и соотношения полос пропускания йГ,> УПЧ и Л Г дц

УНЧ. Кроме того, вь бор интервала наблюдения осуществляется, исходя из допустимой величины случайной

73431

Выбор порогового уровня в первом блоке 3 Формирования порога осуществляется следующим образом. Строится

3 зависимость ---- f (g) при различ "я

Т ных пороговых уровнях. При построении этой зависимости начальный пороговый уровень устанавливается таким образом, чтобы вероятность пребывания случайного процесса над этим уровнем была равна или близка к единице. Для плотностей вероятности, представленной выражением (3), начальный пороговый уровень устанавливается равным среднему значению процесса на выходе детектора огибающей, взятому с обратным знаком. При начальном пороговом уровне по известной 6 находим значел

Ш

20 6 — ние ----. От этого значения аппроксиТ (. мируем зависимость ---- = f(6 ) куТ сочно-линейной Функции так, чтобы погрешность, определяющаяся разницей л

l значений -- - между аппроксимирующей

Т и исходной функциями, не превышала i04, При такой аппроксимации для любых значений & шкала измерительного прибора может считаться линейной с погрешностью не более 103. При переЬу сечении зависимости ---- = (6 ) с

Т аппроксимирующей функцией устанавли35 вается новый порог в соответствии с тем, чтобы вероятность пребывания случайного процесса над этим уровнем была близка к единице.

Tаким образом, можно построить такую зависимость для всех возможных значений & и вь1брать пороговый уровень в соответствии с диапазоном измерения значения ., При этом. блоком

11 вырабатывается сигнал на установку

4 первым блоком 3 формирования порогового уровня.

157343 1 погрешности измерения и емкости счетчика 10 импульсов.

Изменение b .осуществляется по ..Р

Ь единичному измерению -- -- и следоТ вательно,носит случайный характер.

Можно показать, что величина случайной погрешности измерения по резульЬ+ татам единичного измерения ---. - опТ ределяется отношением

6 (C,Î)/N(C,e) = й(T) где N(C,Î) - среднее число выбросов на пороговом уровне С;

&= т" л „.

df - ширина энергетического спектра процесса на выходе УНЧ приемника;

Ь „-(C,8) - дисперсия числа выбросов на пороговом уровне С.

Формула изобретения

Цифровой вольтметр, содержащий генератор линейно изменяющегося напряжения, генератор счетных импульсов, блок управления, последовательно соединенные входной блок, вход которого является входом цифрового вольтметра переменного тока, компаратор, временной селектор, второй вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов, счетчик импульсов, тактовый вход которого соединен с первым выходом блока управления, и блок цифрового отсчета, отличающийся тем, что, с целью обеспечения измерения шумового напряжения, введены первый блок формирования порога, выход которого подключен к второму входу компаратора, первый блок сравнения, первый вход и выход которого соединены соответственно с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения и вторым входом временного селектора, второй блок сравнения, первый вход и выход которого соединены соответ ственно с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения и третьим

25 входом временного селектора, второй блок формирования порога, выход которого соединен с вторым входом первого блока сравнения, второй вход второго блока сравнения соединен с

30 общей шиной, второй и третий выходы блока управления соединены соответственно с входами первого и второго блоков формирования порога.

1573431

С2 о

Составитель Е.Голуб

Редактор Н.Яцола Техред Л.Сердюкова Корректор М,Самборская

Заказ 1642 Тираж 562 Подписное

ВНИИПИ Государственнога комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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