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

----rf**

Наклон

гОдБ/

1 2 3 4 5 л

Рис. 8.37. Зависимость коэффициента подавления помехи от кратности частоты помехи п = = инт/п-


Рис. 8.38. Временная диаграмма метода подавления помехи с изменяющейся частотой путем выявления момента перехода помехи через нулевые значения и интегрирования ее в течении двух интервалов.

В интегрирующих цифровых вольтметрах время Т выбирается кратным периоду промышленной помехи, равному 20 мс (50 Гц). Кривая, иллюстрирующая изменение /Cnmin в зависимости от п, показана на рис. 8.37. Первый член (8.53) в логарифмическом масштабе по аргументу п представляет собой прямую с наклоном 20 дБ на декаду. На рис. 8.37 эта прямая показана пунктиром.

Анализ (8.54) показывает, что даже при незначительных отклонениях частоты помехи /п от ее номинального значения /Сптш резко уменьшается. С учетом нестабильности /„

= п(1 +Vn),

где 7п. учитывает отклонение п от целочисленного значения. Тогда,

/Cnmin = 201ogjxn(l +Тп) -20logsin[Kn(l -Ьтп)] =-201ogYn. (8.38)

Так, при Т = 0,02 с, /„ = 50 Гц отклонение частоты помехи на 1 % (Тп = 0,01) вызывает снижение коэффициента подавления до 40 дБ. При учете нестабильности частоты помехи увеличение времени интегрирования практически не приводит к увеличению коэффициента подавления. Расчеты показывают, что изменение Г в 10 раз от 20 до 200 мс приводит к увеличению /Cnmin всего на 0,14 дБ.

Несмотря на то, что увеличение отношения Г/Тп при изменениях /п практически не увеличивает Кп, время Т иногда выбирают равным 1 с и более. В этих случаях происходит более эффективное подавление широкополосных шумов, наблюдающихся в измеряемом напряжении и измерительной цепи прибора, что позволяет в интегрирующих приборах добиться наивысшей разрешающей способности до Ю нВ и выше.

Во втором поколении ЦИП двухтактного интегрирования для увеличения помехоподавления, в условиях изменения /п частоту квантующего генератора изменяют в зависимости от частоты сигнала помехи /п:



Тогда

откуда

Т/Г„ = NJk = п.

Слежение за частотой помехи осуществляется схемами умножения частоты, из которых наиболее эффективной является схема с фазовой автоподстройкой частоты (ФАПЧ).

Замкнутая система ФАПЧ является астатической по отношению к частоте и поэтому слежение за частотой сети осуществляется в режиме /п = const без погрешности. Автоматическая подстройка обеспечивает целочисленное значение отношения п = Т1Т„.

Использование этого метода позволяет уменьшить Аи„ до погрешности слежения схемы ФАПЧ. Например, если погрешность слежения составляет 0,01 %, то /Cninin = 80 дБ.

Однако опыт использования интегрирующих ЦИП с системой ФАПЧ показал, что вследствие неизбежных флуктуации замкнутой системы на уровне 0,001 доли периода, а также ввиду неизбежного запаздывания замкнутой системы коэффициент помехоподавления для помехи нормального вида практически не превышал 60 дБ. Такой уровень помехоподавления для современных высокоточных и высокочувствительных ЦИП при высоком уровне помех недостаточен.

Если помехозащищенность 60 дБ является достаточной, иногда используют метод, основанный на том, что первый такт интегрирования производится в два этапа (рис. 8.38). Если принять, что Т = Т"<. Tj2, то при изменении Тп изменится только интервал 2-з-Поскольку результаты интегрирования помехи за Т и Г" имеют противоположные знаки и пропорциональны заштрихованным площадям, которые равны между собой, то помеха не влияет на результат преобразования. Реализация этого метода требует точной привязки начала интегрирования к моменту перехода помехи через нуль. Время (2-з) выбирают таким, чтобы при всех возможных изменениях Тп оно не было бы равно нулю. Синхронизация начала интегрирования с моментом перехода помехи через нулевое значение обеспечивает при Т < Тп и Т = const и уходе частоты помехи на 1 % дополнительное подавление 30 дБ.

В третьем поколении интегрирующих ЦИП для повышения поме хоподавления широко применяют различные сложные весовые функции. Например, аналоговые двухуровневые и четырехуровневые прямоугольные в, гребенчатые Fb, а также решетчатые вводной из наиболее оптимальных при дискретном спектре помехи является двухуровневая прямоугольная весовая функция. При отклонении частоты помехи на 1....2 % коэффициент помехоподавления соответственно для первой гармоники составляет 112 дБ и 94 дБ, а для второй гармоники 40 и 34 дБ.

В табл. 37 приведены основные характеристики наиболее известных-двухуровневых прямоугольных весовых функций.



1/ZT

ЗТ/4 t

/F,(jo>)l,dB, О

-20 -JO -40

2п/Г 4ir/T 6ж/Г


Рис. 8.39. Гребенчатая одноуровневая весовая функция, состоящая из двух полукопий прямоугольной весовой функции: о-временная диаграмма; б -модуль АЧХ.

Основным недостатком весовых интеграторов с двухуровневыми прямоугольными весовыми функциями являются: высокие требования к погрешности формирования уровней, т. е. к погрешности резисторов делителей (так, при изменении уровня на 2 % изменение показаний прибора при наличии помехи также составит примерно 2 %) и низкое подавление высших гармоник. Весовые функции для измерения средних значений продолжают совершенствовать, например используя гребенчатые весовые функции.

Применяют, например, гребенчатую одноуровневую весовую функцию состоящую из двух полукопий прямоугольной весовой функции с площадью по 0,5 с центрами в точках ± 0,5 т (рис. 8.39,а). Модуль АЧХ этой гребенчатой весовой функции

1в(У«.)==р-йРсоз сот/2 .

(8.39)

Модуль АЧХ, согласно (8.39), при т= 1,5 Т показан на рис. 8.39,6. При умножении АЧХ прямоугольной весовой функции на косинусоиду в АЧХ появляются новые нули, снижаются уровни лепестков и расширяются зоны подавления в окрестностях точек \1Т и нечетных гармоник в помехе. Данная весовая функция основную гармонику fn - \/Тп при уходе /п на 2 % подавляет на 55 дБ.

Гребенчатая одноуровневая весовая функция, состоящая из 10 децимальных копий прямоугольной весовой функции с площадями, равными 0,1 (рис. 8,40,а) может быть использована для подавления помехи в полосе по обе стороны от основной частоты помехи 1/Тп и для подавления помехи с дискретным спектром. При четно-симметричном расположении элементов данной весовой функции ее АЧХ будет равна

sin (вГ/2 sin 10 аТ

1в(/0)) =

соГ/2

(8.40)

На рис. 8.40,6 сплошной линией показан модуль АЧХ гребенчатой весовой, функции с десятью компонентами, а прерывистой - модуль АЧХ одного ее компонента при Т" =.20 мс. Такая весовая функция при суммарном времени Тизм= 400 мс и при подстройке Т под период помехи при уходе помехи 50 Гц на 2 % подавляет ее на 80 дБ, а в широкой-полосе по обе стороны от 50 Гц увеличивает подавление примерно на 20 дБ. Гребенчатая весовая функция этого типа применена в отечественном цифровом вольтметре типа Ф 48000 совместно с системой ФАПЧ для подстройки интервала Т под период помехи Тп. Fi этом





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