Главная  Журналы 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 [ 125 ] 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166

Изменяя R, можно менять пределы измерения от 10 пФ до 10 мкФ. Погрешность измерения зависит от предела измерения и колеблется от 0,1 до 10 %.

8.6. ПОДАВЛЕНИЕ ПОМЕХ В ЦИФРОВЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ

ПРИБОРАХ

Цифровые измерительные приборы эксплуатируются во все более сложных условиях, поэтому чувствительность их постоянно повышается. Созданы системные ЦВ, предназначенные для работы в информационно-измерительных системах с большим числом каналов и с достаточно высоким уровнем помех. В связи с этим разработаны ЦИП с высокой степенью защищенности от действия помех. В ГОСТ 14014-82 «Приборы и преобразователи измерительные напряжения, тока, сопротивления цифровые. Общие технические условия» установлены требования нормирования коэффициента подавления помех (см. п. 6.6).

Помехи в ЦИП в зависимости от расположения источника помехи по отношению к входному сигналу (рис. 8.33) разделяются на:

помехи нормального вида или последовательные действующие последовательно с входным сигналом Ux, суммируюшлеся с Uх-Источниками помех нормального вида обычно являытся э. д. с, индуктированные переменными магнитными полями в каналах связи. Часто помеха нормального вида и„а подается на вход прибора вместе с входным сигналом Uх,

помехи общего вида или параллельные Е„о, действующие параллельно входным цепям прибора. Источником помех общего вида является разность потенциалов между точками заземления прибора и объекта измерения. Эта разность потенциалов создается, главным образом, токами заземления.

Разность потенциалов между точками заземления прибора и объекта измерения может достигать сотен вольт. При «идеальной» изоляции входных зажимов прибора, которая достигается гальванической развязкой входных и выходных цепей и цепей питания, а также при наличии у входного усилителя прибора симметричных входов, разность потенциалов Ею не будет изменять напряжение между входными зажимами прибора и погрешность от действия Е„о не возникнет. Однако при несимметрии входных цепей и конечном значении импеданса изоляции входных зажимов Ео может вызвать значителн ное изменение напряжения на входе прибора. Так при £„0=10 В,

,, частоте / = 50Гц и емкости входных за-

R1 жимов, равной 1000 пФ, и несимметрии

входных цепей до 1 кОм между входными зажимами прибора появится переменное напряжение 3,3 мВ, которое может пре-вышать измеряемое напряжение Uх-\<j ""- Влияние помехи общего вида снижа-

~ ется рядом конструктивных мер, направ-рис. 8.33. к опреде.леиию гоня- ленных И нз снижение емкости входных

тии помехи нормального вида

С/цд и помехи общего вида Е ЗЗЖИМОВ ПрибОрЗ ПО ОТНОШСНИЮ К КОрпусу



прибора с помощью защитных экранов, использованием высокочастотных трансформаторов питания, гальванической развязкой вход-- ных и выходных цепей, питанием прибора от автономных источников питания ие связанных с силовой сетью, а также симметрированием входных цепей прибора. При этом удается емкость входных зажимов прибора снизить до долей пФ, а коэффициент подавления помехи общего вида довести до 120... 160 дБ.

" Для уменьшения влияния помехи нормального вида при измерении постоянного напряжения применяют фильтрацию и интегрирование входного сигнала. Помеха нормального вида стимулируется на входе прибора с измеряемым сигналом и подавлять эту помеху значительно труднее, добиться такого же высокого коэффициента подавления пока не удается. Для снижения помехи нормального вида, которая обычно имеет частоту сети питания, используют разницу в спектрах Vx и Ипи- Помеху нормального вида уменьшают с помощью .фильтрации и интегрирования. Рассмотрим способы подавления помехи нормального вида.

Фильтрация постоянной составляющей обычно применяется для обработки непрерывных сигналов, т. е. для определения скользящего среднего Хср(<) непрерывно во времени.

Интегрирование применяется для определения среднего напряжения на заданном интервале времени Т.

При фильтрации применяются аналоговые пассивные и активные фильтры, а также цифровые фильтры. Выход фильтра при нулевых начальных условиях

Хер(0= \X{T)h(t-T)dx,

О .

где h{t - т) - импульсная характеристика фильтров.

Импульсные характеристики аналогичных фильтров бесконечны во времени и несимметричны, поэтому высокое быстродействие и эффективность при определении Аср(/) у зашумленного сигнала получить трудно. Действительно, у простейшего аналогового пассивного ?С-фильтра с импульсной характеристикой h{t) = e-lc коэффициент подавления составляет

/<:Ф = 201og(«Bx/«Bbix)

/Ф = 20 log (КГ+кда);

при о)п/?5 »1

Следовательно, /Сф увеличивается на 2 дБ при возрастании частоты помехи в 10 раз. При сетевой помехе о),, = 2я • 50 = 314, если R = 1 кОм и С = 10"* Ф, то /Сф = 30 дЪ, что явно недостаточно для подавления сетевой помехи. Кроме того,, при скачкообразном изменении Vх такой фильтр вносит запаздывание

/з= ?С1п(1/6к)



в цифровом приборе б,, = 1/Л„ с учетом 4 = RC In N„ = (10IIn Л„) /о) = (in N„)\0ф""Т„/2л

Для цифрового прибора с Лн = 10000 время запаздывания достигает 1 с, что недопустимо снижает быстродействие цифрового прибора уже при УСф = 30 дБ, а при Кф= 90 дБ 4 = 40000 Т.

При последовательном включении пяти таких ТС-фильтров время установления при 90 дБ уменьшается до 100 периодов помехи. Активные аналоговые фильтры значительно увеличивают быстродействие. Так, при подавлении 60 дБ при измерении СКЗ в трехполюсном активном фильтре время установления снижено до 30 периодов помехи, а в четырех полюсном- до 20 периодов частоты помехи (удюенной частоты входного сигнала). Высоким быстродействием и высоким коэффициентом подавления обладают итерационные фильтры: при Кф= Ю,

С помощью цифровых фильтров можно реализовать фильтр с любой импульсной характеристикой. Однако из-за очень больших объемов памяти и вычислений их применение ограничено.

При интегрировании определение среднего значения сигнала производится на заданном интервале времени Т. Среднее значение

Хср= J X{t)F{t)dt, (g.33)

-r/2

где Fb(0 -ьесовая функция.

Весовая функция (if), в отличие от импульсной характеристики, является финитной функцией времени и симметрична по отношению к центру интервала финитности. При определении среднего значения это обеспечивает более высокое быстродействие, при заданном уровне помехоподавления, чем при фильтрации.

Требования к весовой функции могут быть сформулированы исходя из характера спектра сигнала X (t), среднее значение которого необходимо определить. Для этого используют равенство Парсеваля

оо с»

J X{t) F,{t) = J i-M (8-34)

где X{t), Fit), X{j(]i) и /b(/w) - соответственно сигнал, весовая функция и их амплитудно-частотные характеристики.

Рассмотрим три наиболее характерных случая подавления помХ: 1. Сигнал содержит помеху с непрерывным спектром от а)„ до <йв- Для эффективного ее подавления ординаты модуля f в(/<о) I должны быть минимальны (рис. 8.34, а). Для более глубокого подавления помех в полосе от (Он и выше применяются сложные многочисленные весовые функции, например, весовые функции Дольфа -Чебышева и Блэкма-на - Хэрриса. Последняя обеспечивает возможность подавления помехи выше 92 дБ во всей полосе выше «н при времени, интегрирования ЗТп- Однако эти вэсовые функции аналогичным путем физически нереализуемы, а при дискретизированном сигнале требуют достаточно сложной обработки отсчетов.





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 [ 125 ] 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166