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


2. Сигнал содержит помеху с полосовым спектром в нескольких частотных зонах. Для ее эффективного подавления ординаты модуля АЧХ весовой функции должны быть минимальны. Например, (сйх= fOg); (соз-CU4) (рис. 8.34,6). Такие случаи возможны при взвешивании грузов: на палубе корабля при качке, при перемещении их краном И в вагонах на ходу.

3. Сигнал X (t) содержит сетевую помеху с дискретным спектром с частотами соп. 2сйп, . . ., па)„. Для измерения среднего значения X{t) без погрешности от действия помехи необходимо, чтобы модуль I f в(/(й) I в точках СОп, 2соп, •. , ««п и близких к ним был равен нулю (рис. 8.34, в). Примером служит сетевая помеха, действующая на входе цифровых измеритепьных приборов.

Известны три способа реализации весового интегрирования:

1) аналоговое интегрирование результата перемножения сигнала X {t) на сигнал Fb (t) (рис. 8.35,о);

2) аналоговое интегрирование результата преобразования сигнала в масштабном преобразователе, коэффициент преобразования которого Кмп (О является весовой функцией времени. Этот способ [31 называют также неявным умножением (рис. 8.35,6);

3) цифровое интегрирование результата - умножение значений ординат сигнала на значения ординат решетчатой весовой функции (рис. 8.35,е).

С достаточной точностью можно создать сигнал, воспроизводящий сложную Fb(0, однако умножить его с высокой точностью в широком частотном диапазоне на входной сигнал трудно ввиду отсутствия высокочастотных и широкополосных аналоговых умножителей сигналов. Значительно проще создать высокоточный масштабный преобразователь с /Смл(0 = Psit). Поэтому второй способ широко применяется при простейших одноуровневых прямоугольных Fb(/), а также для

Рие. 8.34. Вид амплитудно-частотных характеристик в трех основных случаях подавления помех:

а - помехи с непрерывны.м спектром в полосе от m,j и выше; б - помехи с полосовым спектром с подавлением в заданных частотных зонах; в - помехи с дискретным спектром с подавлением его дискретных составляющих.

X(t)

ут=в<р.

Рис. 8.35. Структуры основных способов реализации весового интегрирования:

о - аналогового умножения X {t) иа F/yit); б - пропускание сигнала X (t) через масштабный преобразователь, у которого К„п (t) = (t): в - цифрового vMHOKeHHH ординат сигналов X (t) на соответствующие ордгшаты (t).



-t -т/2 О T/Z

- f


.sin(coT/Z)-0)T/Z

Рис. 8.36. Весовая функция - прямоугольное окно или окно Дирихле: а - временная да1агам.ма; б - модуль

F(t) гребенчатых ВФ, поскольку в данном

случае масштабный преобразователь представляет собой делитель напряжения с одним или двумя ключами.

Цифровое весовое интегрирование с решетчатыми весовыми функциями все шире применяется при использовании микропроцессорной техники.

Рассмотрим особенности подавления помех нормального вида в цифровых вольтметрах двухтактного интегрирования. Дальнейшее повышение чувствительности цифровых вольтметров (за последнее десятилетие порог чувствительности ЦВ снижен с 1 мкВ до 1 нВ) стало возможным благодаря широкому использованию различных методов подавления помех. Коэффициент подавления помех нормального вида нормируется ГОСТ 14014- 82, как для первой основной гармоники сетевого напряжения при отклонении ее частоты на ± 1%. так и для второй ее гармоники.

Цифровые интегрирующие вольтметры, измеряющие среднее значение напряжения за определенный промежуток времени, равный времени интегрирования Т, обладают свойством подавления действия помех в том числе и наиболее распространенных периодических помех нормального вида. Рассмотрим зависимость подавления периодической помехи от частоты помехи и времени интегрирования Т в цифровом вольтметре двухтактного интегрирования с прямоугольной ВФ.

Прямоугольная одноуровневая весовая функция является простейшей аналоговой весовой функцией, которая называется также функцией окна или окном Дирихле (рис. 8.36,а). Площадь фигуры весовой функции

f 1 при -Г/2<<Т/2; £з(0 = Пт(0 = (о .<-Г/2, 1>Т11.

Весовая функция Дирихле реализуется с помощью одного управляемого ключа. Прямоугольная весовая функция как бы вырезает из сигнала «окно» и после этого он поступает на вход интегратора. Происходит циклическое интегрирование. В момент окончания каждого их циклов на выходе интегратора получают значение сигнала, пропорциональное среднему значению.

АЧХ окна Дирихле я ляется функция отсчетов (рис. 8.36,6)

(8.35)

Огибающая функции отсчетов обратно пропорциональна частоте I fa. or.(/w) I < 4,/о)Т при Т = Т„ и при постоянстве частоты помехи /п = 1 /Гп коэффициент помехоподавления в точках 2я/Гп, 4я/Гп, 6п/Гп.....2пя/Гп равен бесконечности. Весовая функция в виде



окна Дирихле была широко использована в первом поколении цифровых интегрирующих вольтметров двойного интегрирования.

Рассмотрим особенности подавления помех интегрированием при прямоугольной весовой функции с длительностью Т. Результат измерения цифрового вольтметра интегрирующего типа

UsuK = J lUxit) + «n(0] Mi) dt,

где T - время интегрирования, длительность весовой функции; (/х(О- измеряемое напряжения; «„(О - напряжение помехи.

При этом погрешность результата измерения, обусловленная напряжением помехи, составляет

В общем случае, отсчитывая время от момента начала интегрирования, напряжение периодической помехи

= «пм sin (2nf„t + фп),

где и„м - амплитуда напряжения помехи; фп - начальный сдвиг фазы помехи; /„ - частота помехи.

Тогда •

А«п = 4"I«п«sin {2nf„t 4- Фп)Тв(0 = sin -f Фп) . о

где период помехи.

Коэффициент подавления помехи интегрирующим цифровым вольтметром, выраженный в децибелах, равен

/n = 201og.

Подставляя значение Д(/п, получим

/Сп == 20 log 20 log [sin (~ + Фп) sin (8.36)

Второй член этого выражения изменяется в зависимости от времени интегрирования, периода сигнала помехи и начального сдвига фаз Фп в пределах от О при Г = 1/2(2/г-f 1)Тп и фп = О до оо при

Т = пТ„, где n= 1, 2, 3.....Из (8.36) видно, что существует такое

значение фазы помехи фп, когда коэффициент подавления минимален

п = К„ min- При этом

Кп n,in - 20 log - 20 log sin = 20 log . . (8.37)

При выборе времени интегрирования Т = пТп, где п = 1, 2, 3, ... - целое число, коэффициент подавления равен бесконечности.





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