Устройство для измерения случайных электрических сигналов

 

746303

Союз Советских

Социалистических

Республик

СПИ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22 ) Заявлено 16.06.77 (21 ) 2496949/18-21 (51)М. Кл. с присоединением заявки РЙ

G 01 R 19/00

Гоеударстевиный комитет

СССР (28) Приоритет (53) УДК 621317. .7 (088.8) до делам нзобретеиий и открытий

Опубликовано 07.07.80 Бюллетень .% 25

Дата опубликования описания 07.07.80 (72) Авторы изобретения

Г. П. Морозов и Г. Ш. Нисман

Специальное конструкторское бюро "Виброприбор" производственного объединения "Виброприбор" (7! ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СЛУЧАЙНЫХ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к усттюйствам для измерения действующих значений переменных напряжений низкого уровня произвольной формы.

Известны устройства для юмерения случай5 ных электрических сигналов, содержащие источник сигнала, входной усилитель, делитель напряжения, усилитель и детектор (1).

В этом устройстве при юмерении уровня собственных шумов тракта требуется ручная подстройка цепей компенсадии этих шумов.

Кроме того, при работе с различными источ. никами сигналов имеется погрешность иэ-эа изменения уровня собственных шумов, вызванная неоптимальным согласованием полного входного сопротивления входного усилителя с полным сопротивлением источника сигнала.

Наиболее блюкое по технической сущности к изобретению устройство, содержащее модулятор и последовательно соединенные. коммутатор, входной усилитель, детектор, усилитель низкой частоты, ключ, преобразо, ватель аналог-код, реверсивный счетчик и цифровой индикатор, триггер, схема временных 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 входного электрического сигнала, Действительно, собственные шумы устройства в основном состоят ю щумов переключения коммутатора и шумов входного усилителя, причем шуми входного усилителя в основном определяются условиями согласования с источником сигнала. Разное различие условий 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 дискретизация непрерывного случайного сигнала, согласно теории

3 746303 измерений случайных сигналов, ведет к погрешности при восстановлении. °

Цель изобретения - повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения случайных электричес5 ких сигналов, содержащее последовательно соединенные входной переключатель, входной усилитель. делитель промежуточный усилитель, детектор, второй переключатель и соединенные последовательно преобразователь аналог-код, 10 счетчик и цифровой индикатор, управляющий вход счетчика через блок выработки временных

/ интервалов подключен к генератору опорной частоты, введены блок эквивалентов источников сигналов, подключенный ко второму входу входного переключателя, включенные последовательно аналоговое запоминающее устройство и вычитатель, выходом подключенный к преобразователю аналог-код и к введенному стрелочному прибору, а другим входом к первому выходу второго переключателя, вторым выходом соединенного со входом аналогового запоминающего устройства, управляющий вход которого соединен с выходом блока выработки временных интервалов, с управляющими входами переключателей н введенным блоком выбора постоянных времени усреднения, выход которого подключен к детектору и также к введенному блоку выбора кратности времени измерения, соединенному с блоком выработ- 3О ки временных интервалов.

На чертеже представлена структурная схема устройства для изМерения случайных элек трических 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 10, 40 преобразователь аналог-код 11, стрелочный прибор 12, счетчик 13, цифровой индикатор 14, блок 15 выбора постоянных времени усреднения, блок 16 выбора кратности времени измерения, блок 17 выработки временных интер-45 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 известнои информации об источнике сигнала эквивалент из блока 2 эквивалентов источников сигналов.

Прошедший через делитель 5 и промежуточный усилитель 6 сигнал представляет, при подклю-. чении 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

4 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.

Величина сигнала, прошедшего через де-. тектор 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 "Уменьшаемое", 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 запоминающее устройство 9 хранит величину действующего значения напряжения. собственного шума. Это напряжение поступает на вход вычитателя 10 "вычитаемое". На выходе вычитатель

10 имеет разность напряжения "сигнал-шум" и

"шум", которая поступает на преобразователь аналог-код 11. Напряжение с выхода вычитателя 10 преобраэовывается в пропорциональную частоту импульсной последовательности на выходе 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 различными временами корреляции такую постоянную времени детектора 7, что статистическая погрешность, равная

K= — ьг Ж 7ы где Т вЂ” время усреднения;

hF — ширина полосы частот измеряемого сигнала, сохраняется достаточно малой. При этом,стрелочный прибор 12 служит индика тором правильности выбора времени усреднения, 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, задаюивй время подключения входного уси-. лителя 4 к источнику.1 сигнала (время для измерения собственного шума задается постоянным и определяется шириной полосы пропускания тракта усиления), Связь между вы5 7463 ходом блока 17 выработки временных интер. валов 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 10

3 постоянная времени детектора 7 определяется фиксированной электрической цепью, входящей в его схему.

Все временные интервалы вырабатываются из последовательности импульсов, поступающих 15 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 26 также осуществляет их синхроиизащпо. . При этом время подключения источника

1 сигнала определяется блоком 15 выбора постоянных времени усреднения и.блоком 16 выбора кратности измерения, с помощью которого 2а время подключения источника 1 сигнала выби. рается в целое раз больше заданного времени усреднения. .сигВремя подключения источника сигнала с одной стороны ограничивается требуе- 36 мой величиной Времени усреднения, а с друтоймаксиыально возможным временем хранения действующего значенйя напряжения собственного шума в аналоговом запоминающем устройстве 9 и временными климатическими изменениями действующего значения напряжения собственного шума, что определяет время между двумя измерениями собственного шума с целью поддержания высокой точности его компенсации. 46

Импульсы управления счетчиком 13 засинхронизованы с началом и окончанием импульса, задающего время подключения источника 1 сигнала, таким образом, что изМерение, частоты на выходе преобразователя аналог-код 11 иа- 4s чинается по окончании одного времени усредПеиия, т. е. переходного процесса на выходе детектора 7.

Повышение точности достигается благодаря тому, что при любом положении входного пе- И1 реключателя 3 сохраняется оптимальное согла03 б сование на входе входного усилите,.я 4, т.е. постоянный и минимальный уровень его собственных шумов, которые компенсируются в вычитателе 10. Погрешность временной дискретизатши устраняется вследствие того, что осуществляется непрерывное измерение случайного электрического сигнала с периодической коррекцией величины собственного шума, в блоках, обеспечивающих его компенсацию, при длительности реализации измеряемого сигнала в несколько раз превышающей его максимальное время корреляции.

Формула изобретения

Устройство для измефения случайных электрических сигналов, содержащее последовательно соединенные входной переключатель, входной усилитель, делитель, промежуточный усилитель, детектор, второй переключатель и соединенные последовательно преобразователь аналог-код,счетчик и цифровой индикатор, управляющий вход счетчика через блок выработки временных интервалов подключен к генератору опорной частоты, о т л и ч а ю щ е е с я 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 вычятатель, выходом подключенный к преобразователю ananor-.код и к введенному стрелочному прибору, а другим входом - к первому выходу второго переключателя, вторым выходом соединенного со входом аналогового запоминающего устройств», управляющий . вход которого соединен с выходом блока выработки временных интервалов, с управляющими входами переключателей и введенным. блоком выбора постоянной времени усреднения, выход которого подключен к детектору и так-, же-к введенному блоку выбора кратности времени измерения, соединенному с блоком выработки временных интервалов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР и 467281, кл. 6 01 и 19/02, 1972.

2; Авторское свидетельство СССР

Р 444116, кл. G 01 Я 19/00, 1972.

Составитель Т. Веремейкина

Техред И. Асталош, Корректор М, Пожо

Редактор Л. Ушакова

Заказ 3931/31

Тираж 1019 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открыпаа

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 — — — ЯФилиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4