Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Приборы и методы измерения электрических и магнитных величин

Диссертационная работа:

Янков Алексей Викторович. Разработка и исследование цифровых методов повышения быстродействия и точности вольтметров переменного напряжения инфранизкого диапазона частот. : Дис. ... канд. техн. наук : 05.11.05 Москва, 1992 231 с. РГБ ОД, 61:93-5/2062-4

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение .6

1. Структура и алгоритмы работы вольтметров, основанных на цифровой обработке сигнала 11

1.1 Анализ современных методов цифровой обработки сигналов в вольтметрах переменного напряжения. 11

1.2 Анализ структуры устройств цифровой обработки сигналов (ЦОС) 18

1.2.1 Эквивалентное математическое представление устройства ЦОС .IS

1.2.2 Классификация методов дискретизации...,. 21

1.2.3 Структура устройства ЦОС и методы дискретизации

для измерения переменных напряжений инфранизкой частоты,... 30

1.3 Алгоритмические методы повышения точности ибыст родействия вольтметров ИНЧ 33

1.4 Повышение быстродействия вольтметров ИНЧ с помощью измерения периода 36

1.4.1 Использование аналоговых методов измерения периода. 40

1.4.2 Использование цифровых методов измерения периода 42

1. 5 Выводы 48

2. Повышение точности измерения среднеквадратического значения, основанного на методах цифровой обработки сигнала... 50

2.1 Анализ в частотной и временной области методической погрешности измерения СКЗ, основанного на методах ЦОС с

- З измерением периода 51

2.1.1 Анализ общей погрешности измерения среднего значения и СКЗ .51

2.1. 2 Анализ составляющей погрешности, обусловленной погрешностью измерения периода и дискретизацией, 55

2.2 Разработка и анализ алгоритмических методов уменьшения составляющих погрешности, обусловленных дискретизацией и погрешностью измерения периода. 61

2.2.1 Разработка весовых функций, уменьшающих составляющую погрешности, обусловленную погрешностью измерения периода. 62

2. 2. 2 Разработка весовых функций, уменьшающих составляющую погрешности, обусловленную дискретизацией 68

2.3 Анализ и разработка методов уменьшения составляющей погрешности, обусловленной дискретизацией, с помощью аналоговых фильтров 72

2. 3.1 Анализ и разработка метода проектирования аналогового фильтра при ЦОС с измерением периода. 77

2. 3. 2 Особенности разработки аналоговых фильтров при измерении СКЗ 85

2. 3.3 методика расчета аналоговых фильтров, применяемых при измерении СКЗ 89

2. 4 Выводы. 98

3. Повышение быстродействия вольтметров ИНЧ посредством из мерения периода переменного напряжения 99

3.1 Анализ погрешности измерения периода 100

3. 2 Разработка и исследование адаптивных методов циф - 4 ровой обработки сигнала для уменьшения погрешности измерения периода , 109

3.3 Повышение бьютродействия и точности измерения периода при помощи проектирования оптимального по быстродействию цифрового фильтра 120

3.3.1 Разработка и анализ оптимального по быстро действию цифрового фильтра для детерминированного сигнала 121

3.3.2 Равработка цифрового фильтра для повышения быстродействия и точности измерения периода в условиях шума 138

3. 4 Шводы. 145

4. Особенности практической реализации вольтметра ИНЧ, использующего методы цифровой обработки сигнала. 147

4.1 Алгоритмы работы вольтметра ИНЧ. 148

4.1Л Алгоритм работы в реальном времени. 150

4.1.2 Алгоритмы ЦОС, представленного в памяти вольтметра 159

4.2 Особенности определения погрешностей вольтметра ИНЧ, использующего методы цифровой обработки... 168

4. 3 Выводы 174

Основные результаты и выводы 175

Литература 177 

Введение к работе:

Задача повышения точности и быстродействия измерений в различных областях науки и промышленности является актуаль . ной в настояние время. Раввитие измерительной и вычислительной техники позволяет удовлетворить требования повышения точности и быстродействия Так при исследовании акустических и гидроакустических сигналов, при исследовании вибраций и давлений, присущих наземным/ морским, воздушным и космическим средствам передвижения, при автоматизации технологических процессов находит широкое применение цифровая измерительная аппаратура для измерения сигналов с частотами ниже 200-500 Гц или в диапазоне низких и инфранизких частот 113-СИ.

Значительное место в измерениях занимажи вольтметры напряжения переменного тока (вольтметры переменного напряжения - ВПН), позволяющие измерять среднеквадратическое значение (СКЗ). В области инфранизких частот (ИНЧ) (менее 10-60 Гц) ВПН широко применяются для анализа искажений нап ряжения в энергетических сетях, при виброиспытаниях крупногабаритных объектов. При этом в целях поверки и настройки измерительного оборудования необходима точность измерений не хуже 0.1-0.5 %. В тоже время для области инфранизких частот (ИНЧ) особенно важно повышение быстродействия (до 1-2 периодов измеряемого сигнала). Для приведенных областей измерения СКЗ напряжения ИНЧ часто свойственна сложная форма, измеряемого сигнала. В этих условиях целесообразно использовать преимущества цифровой обработки сигналов: универсальность» возможность точного преобразования величин, представленных в цифровой форме. Наличие в вольтметре широких возможностей цифрового анализа [33, [63-[101 может сближать эти приборы с системами сбора данных типа цифровой осциллограф персональный компьютер Ш ДШ-С173. Причем, ВПН обеспечивает измерение СКЗ с нормируемой точностью, является менее дорогостоящим и более простым в обращении прибором.

Однако, как показывает анализ современных выпускаемых вольтметров [103 Д183-[223 возможности развития цифровых методов измерения в ВПН используются недостаточно. Это является одной из причин некоторого снижения темпов роста сбыта НПН в 1989-1990 гг. [233Д243.

Таким образом представляется весьма перспективным получить высокие характеристики ВПН, основанного на методах цифровой обработки сигналов (ЦОС) и позволяющего измерять СКЗ напряжений напряжений ИНЧ сложной формы с высокой точностью (до 0.05-0.1%) и быстродействием (время измерения до 1-2 периодов измеряемого сигнала).

Под методами ЦОС понимают методы обработки дискретных значений измеряемого сигнала, представленных в цифровой форме. Кроме того классическое определение ЦОС включает необходимость представления сигнала во временной или частотной области при равномерной дискретизации [173, [253-1313.

Дискретные отсчеты могут быть как мгновенными значениями сигнала, так и интегральными, т.е. полученными с помощью интегрирующего аналого - цифрового преобразования (АЦП). Использование методов ЦОС возможно только в случае равномерной дискретизации. Анализ других методов дискретизации приводит к следующим выводам:

1). Стохастический метод со средней частотой Найквиста,

- 8 . превышающей верхнюю частоту спектра сигнала сводится к еду-чаю равномерной дискретизации. При этом оценивается эквивалентный шум АЦП [32]-[ЗШ.

2). Стохастический метод со средней частотой Найквиста, меньшей верхней частоты спектра сигнала, не позволяет проводить анализ частотно-временных характеристик сигнала и мояет быть использован для измерения среднего аначения (СЗ) и СКа

3). Стробоскопический метод 153, [361-С38] сводится к случаю равномерной дискретизации.

4). Мэтод детерминированной неравномерной дискретизации имеет ограниченное применение (например, для подавления сигналов на заданных частотах, восстановление сигналов с известной формой и с частотой, превышающей частоту дискретизации и т. д. ) и не обладает достаточной универсальностью.

Таким образом, вне зависимости от метода АЦТІ исследование и разработка методов ЦОС может проводится Ш СЛУЧ8Я равномерной дискретизации.

При помощи цос измеряют интегральные параметры переменных сигналов, например: среднее значение (СЗ), СКЗ, Обработка дискретных значений вносит методическую погрешность ЦОС -погрешность дискретизации. Весьма актуальной является проблема оценки погрешностей ЦОС и разработки методов и устройств для ее утньтят 13Ю-Ш1. Наиболее э№ктивным методом является применение аналоговых устройств - фильтров С 42] Д 46], [473.

Ійи измерении периодических сигналов предполагается, что измерителю известна некоторая информация о периоде сигнала, ш степени точности используемой информации о периоде методы измерений периодических сигналов можно разделить на

- 9 -методы с измерением периода и методы без измерения периода. В первом случае получение интегральных характеристик сигнала, проведение спектрального анализа и др. измерения проводится за один или несколько периодов измеряемого сигнала, а значение периода непосредственно входит в выражение, определяющее измеряемую характеристику сигнала 12],[ 18], 148]-[БЗЗ. Бо втором случае информация о периоде служит для выбора временного интервала измерения а также учитывается при расчете дополнительных погрешностей измерения Е19]-[] ,С54]-[5б]. При этом значение интегральной характеристики измеряется на основании следующего свойства оценки интегральной характеристики: оценка стремится к истинному значению при увеличении времени измерения. Отсюда следует, что, применяя измерение периода можно добиваться большего быстродействия измерения, что наиболее существенно при измерении в области ЙНЧ сигналов. Точность и быстродействие измерения СКЗ напряжения ЙНЧ зависисят от точности и быстродействия измерения периода.

Измерение периода при помощи цифровой обработки сигнала позволяет исключить специальные устройства для измерения периода из измерительных приборов, имеющих встроенную микроэвм С18],С49]. Для повышения точности и быстродействия следует разработать методы ЦОС для измерения периода, которые позволяют измерять период с погрешностью, наименьшей в условиях заданных ограничений. Такими ограничениями могут быть: частота дискретизации, вычислительная мощность микропроцессорной системы, ограниченное время измерения, соотношение сигнал-шум, а также форма сигнала.

Научная новизна работы заключается в разработке, обос - 10 -новании, теоретическом и экспериментальном исследовании комплекса новых алгоритмических споеобов повышения точности и быстродействия НІН, использующих методы ЦОС. В частности:

- исследованы новые методы оценки погрешностей быстродействующих алгоритмов цифрового измерения СЭ и СКЗ;

- разработаны алгоритмы цифрового измерения СЗ и СКЗ, минимиэирущие погрешности ЦОС согласно полученым методам;

- разработаны и исследованы методы совместного проектирования алгоритма ЦОС и аналоговых фильтров, минимизирующих погрешность дискретизации;

- разработаны новые адаптивные методы, обеспечивающие максимальное быстродействие и точность измерения периода в ВПН;

- исследованы методические погрешности ВИШ., реализующих разработанные алгоритмы измерения периода. 

Подобные работы
Щеглов Валерий Александрович
Разработка и исследование высокоточных многозначных мер переменного электрического напряжения в диапазоне частот 30-1000 МГц
Шаповалов Виктор Григорьевич
Исследование и разработка методов и средств контроля промышленных сред гидрометаллургических процессов
Палубабкин Юрий Викторович
Разработка и исследование методов и средств прямого преобразования мгновенного значения напряжения в код
Кутлуяров Георгий Халифович
Разработка и исследование методов построения преобразователей сопротивления резистивного датчика для малопроводных средств измерения параметров технологических процессов в нефтяной промышленности
Новиков Виктор Александрович
Исследование и разработка методов и средств обеспечения метрологической надежности прецизионных микропроцессорных мультиметров
Ефименко Виктор Михайлович
Разработка и исследование адаптивных методов и средств для определения магнитных свойств ферромагнитных материалов
Карпов Игорь Орестович
Разработка и исследование измерительных преобразователей мощности модулированных токов
Бозев Иван Стефанов
Электронные счетчики электрической энергии высокой точности. Исследование и разработка приборов для серийного производства
Андреев Анатолий Борисович
Разработка и исследование операционных преобразователей электрических величин для систем технологического контроля изделий микроэлектроники
Першенков Петр Петрович
Разработка и исследование измерительных преобразователей параметров переменных сигналов и цифровых средств измерения на их основе

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net