CZ305795B6

CZ305795B6 - Automatické řízení úrovně měřicího signálu

Info

Publication number: CZ305795B6
Application number: CZ2014-36A
Authority: CZ
Inventors: Karel Hájek
Original assignee: Česká Republika - Ministerstvo Obrany
Priority date: 2014-01-17
Filing date: 2014-01-17
Publication date: 2016-03-16
Also published as: CZ201436A3

Abstract

Vynález se týká automatického řízení úrovně měřicího signálu měřicích přístrojů pro měření přenosu nebo impedance elektrických obvodů, které nastaví úroveň měřicího signálu v měřeném objektu (21) tak, aby nedošlo k podstatnému zvýšení harmonického zkreslení signálu v měřeném objektu. Vyhodnocovací a řídicí jednotka (10) v prvním kroku řízení (A) vyhodnotí amplitudy první harmonické složky a amplitudy vyšších harmonických složek signálů z obou měřicích kanálů. V druhém kroku řízení (B) zabezpečí vyhodnocovací a řídicí jednotka (10) nepřekročení maximální úrovně signálů pro AD převodníky (5) a (6) nastavením zesílení řízených zesilovačů (3) a (4) a vypočítá z amplitud první a vyšších harmonických složek harmonického zkreslení obou signálů a z nich míru harmonického zkreslení testovaného objektu (21). V třetím kroku řízení (C) vyhodnocovací a řídicí jednotka (10) stanoví optimální nastavení úrovně výstupního signálu řízeného generátoru (17) tak, aby nebyla překročena povolená míra harmonického zkreslení signálu v testovaném objektu, zjišťovaná v druhém kroku řízení (B).

Description

Automatické řízení úrovně měřicího signálu

Oblast techniky

Vynález se týká automatického řízení úrovně měřicího signálu měřicích přístrojů pro měření přenosu a impedance elektrických obvodů.

Dosavadní stav techniky

Pro měření kmitočtové závislosti přenosu nebo impedance lineárních obvodů se používají tzv. obvodové a impedanční analyzátory. Jejich podstatou je řízený generátor harmonického signálu připojený ke vstupu měřeného obvodu a dva měřicí kanály připojené ke vstupu a výstupu obvodu při měření přenosu či k měřené impedanci a normálovému odporu v případě měření závislosti impedance. Na základě poměru amplitudy a fáze obou snímaných signálů jsou vyhodnocovány odpovídající parametry. Tyto analyzátory mohou být analogové či digitální. V současnosti se pro kmitočtová pásma cca do 30 MHz prosazují měřicí přístroje s digitálním měřením a vyhodnocením.

Jedním z důležitých parametrů měření je amplituda měřicího signálu. Je vhodné, aby byla co největší, aby bylo dosaženo maximální citlivosti. Úroveň signálu ale nesmí překročit mez, při které dochází kjeho zkreslení. To by zásadním způsobem snížilo přesnost měření. Ke zkreslení signálu může dojít jednak při překročení povolené maximální úrovně měřicích kanálů. Tento problém bývá obvykle řešen automatickou regulací přenosu vstupních obvodů obou snímacích kanálů či indikací o překročení, která informuje obsluhu o tomto stavu a je pokynem obsluze aby adekvátně snížila úroveň měřicího signálu.

Druhou příčinou zkreslení měřeného signálu je překročení úrovně linearity měřeného obvodu, kdy tato mez může být různá pro každý měřený objekt. Tento stav nelze jednoduše detekovat, a proto záleží jen na obsluze, zda z naměřených hodnot usoudí, že k tomuto jevu došlo. Nejsou dosud známy přístroje a řešení, které by tento jev jednoduše automaticky detekovaly a adekvátně automaticky řídily optimální úroveň měřicího signálu.

Podstata vynálezu

Výše uvedený nedostatek dosud používaných analyzátorů přenosu a impedance elektrických obvodů řeší vyvinutý způsob automatického řízení úrovně měřicího signálu připojeného ke vstupu testovaného objektu. Toto automatické řízení úrovně modifikuje stávající analyzátory kmitočtových závislostí přenosu a impedance. Podstata nového řešení spočívá v tom, že vyhodnocuje kromě amplitud signálů prvního a druhého měřicího kanálu i amplitudy vyšších harmonických složek těchto signálů a tím i harmonické zkreslení vznikající v testovaném objektu způsobené příliš vysokou úrovní měřicího signálu. Na základě takto zjištěné příliš vysoké úrovně měřicího signálu vyšle automatické řízení odpovídající řídicí signál do řízeného generátoru měřicího signálu tak, aby se výstupní signál z generátoru snížil a nepřekračoval úroveň linearity testovaného objektu a při tom měl co nejvyšší amplitud pro dosažení maximálního poměru signál/šum a tím i maximální citlivosti.

Objasnění výkresů

Na obr. 1 je uvedené blokové schéma možného řešení měřiče kmitočtové závislosti přenosu dvojbranového měřeného objektu.

- 1 CZ 305795 B6

Na obr. 2 je uvedené blokové schéma možného řešení měřicí části pro měření kmitočtové závislosti impedance v trojbranovém měřeném objektu.

Na obr. 3 je uvedeno blokové schéma postupu automatického řízení.

Příklady uskutečnění vynálezu

Příklad blokového schématu možného řešení měřiče kmitočtové závislosti přenosu je uveden na obr. 1. Do dvoubranového testovaného objektu 21 je přiveden měřicí signál z výstupu řízeného generátoru 18. Vstupní a výstupní signál dvoubranového testovaného objektu 21 je připojen ke vstupu prvního měřicího kanálu 1 a ke vstupu druhého měřicího kanálu 2. Oba signály jsou podle potřeby zesíleny řízenými zesilovači prvního a druhého měřicího kanálu 3 a 4. Dále jsou signály vedeny na A/D převodníky prvního a druhého měřicího kanálu 5 a 6. Výstupní data z těchto převodníků jsou vedena do vstupů z prvního a z druhého měřicího kanálu 7 a 8 vyhodnocovací a řídicí jednotky 10.

Vyhodnocovací a řídicí jednotka 10 v prvním kroku řízení A vyhodnotí amplitudy a relativní fáze první harmonické složky a amplitudy vyšších harmonických složek signálů z obou měřicích kanálů. K tomu je vhodné využít výpočet reálné a imaginární složky pomocí korelace signálu se simulovaným kosinovým a sinovým signálem s kmitočtem odpovídajícím dané harmonické složce a následným výpočtem modulu a fáze.

V druhém kroku řízení B vyhodnotí vyhodnocovací a řídicí jednotka 10 nejprve podle velikosti amplitud první harmonické složky překročení možné úrovně vstupního signálu daného A/D převodníku 5 nebo 6 a v případě jejího překročení či v případě příliš nízké úrovně adekvátně sníží či zvýší zesílení řízených zesilovačů prvního či druhého měřicího kanálu 3 a 4 přes výstupy řízení zesílení prvního či druhého měřicího kanálu 9 a 16. V případě, že úrovně nejsou překročeny, vypočítá z vypočítaných amplitud první a vyšších harmonických složek harmonické zkreslení obou signálů. Pro tento účel obvykle stačí počítat jen amplitudy druhé a třetí harmonické složky, protože ty jsou při vzniku zkreslení dominantní. Dále pak vyhodnocovací a řídicí jednotka JO vyhodnotí míru harmonického zkreslení dvojbranového testovaného objektu (21) z poměru harmonického zkreslení pro vstupní a výstupní signál testovaného objektu.

V třetím kroku řízení C vyhodnocovací a řídicí jednotka 10 stanoví nastavení úrovně výstupního signálu řízeného generátoru 17 přes výstup řízení parametrů generátoru J^. V případě, že míra harmonického zkreslení signálu v testovaném objektu zjištěná v kroku řízení B překročí stanovené přípustné meze signálu, je provedeno adekvátní snížení úrovně. V případě, že míra zkreslení není překročena a výstupní signál z testovaného obvodu je příliš malý, úroveň výstupního signálu řízeného generátoru 17 se adekvátně zvýší.

V cyklu měření pro jeden kmitočet měřicího signálu se v případě nezkresleného signálu vyhodnotí z hodnot amplitud a relativních fází obou měřených signálů modul a fáze přenosu pro analyzátor přenosu. Následně vyhodnocovací a řídicí jednotka 10 adekvátně zvýší měřicí kmitočet řízeného generátoru 17 přes výstup řízení parametrů generátoru 15 a provedou se další měřicí cykly v rozmezí kmitočtového pásma stanoveného z ovládacího panelu 12. Výsledná kmitočtová závislost je pro postupně zvyšovaný kmitočet vykreslována na zobrazovací jednotce 14.

Popsané možné řešení měřiče kmitočtové závislosti přenosu lze využít i pro jednoduché měřiče kmitočtové závislosti impedance, kde se celý měřicí obvod chová jako dvojbran.

Příklad blokového schématu možného řešení měřicí části měřiče kmitočtové závislosti impedance pro případy, kdy základní měřicí obvod impedance se chová jako trojbran, je uveden na obr. 2. Rozdíl oproti příkladu měřiče přenosu z obr. 1 spočívá jen v odlišném připojení měřeného trojbranového objektu 22, kde vstup prvního měřicího kanálu 1 ani vstup druhého měřicího kanálu 2

-2CZ 305795 B6 nejsou připojeny přímo k výstupu řízeného generátoru 18. Způsob automatického řízení úrovně měřicího signálu prakticky totožný s předchozím příkladem z obr. 1 s tím, že je nutno správně rozlišit, který kanál měří napětí na testovaném prvku a který na normálovém odporu pro správné stanovení zvyšování míry zkreslení na testovaném prvku.

Z naměřených hodnot amplitud a relativních fází obou měřených signálů v tomto případě vyhodnocovací a řídicí jednotka 10 vyhodnotí odpovídající hodnoty prvků měřené admitance a výsledná kmitočtová závislost je pro postupně zvyšovaný kmitočet je stejně jako v případě měřiče přenosu vykreslována na zobrazovací jednotce .14.

Průmyslová využitelnost

Analyzátory kmitočtové závislosti přenosu doplněné o nově navržené automatické řízení úrovně měřicího signálu jsou využitelné především pro přesné měření přenosu obvodů s velkým poměrem maximálního a minimálního modulu přenosu s projevem meze linearity jako jsou např. náročné kmitočtové filtry s velkým útlumem, aktivní filtry apod.

Analyzátory kmitočtové závislosti impedance elektrických obvodů doplněné o nově navržené automatické řízení úrovně měřicího signálu jsou využitelné především pro přesné měření impedancí s projevem meze linearity, jako jsou např. indukční impedance nebo impedance obvodů se zesilovači a obdobnými aktivními prvky apod.

Claims

1. Způsob automatického řízení úrovně měřicího signálu, vyznačující se tím, že v kroku řízení (A) vyhodnocovací a řídicí jednotky (10) jsou určeny amplitudy první harmonické složky a amplitudy vyšších harmonických složek výstupních signálů z prvního měřicího kanálu (19) a z druhého měřicího kanálu (20), v kroku řízení (B) vyhodnocovací a řídicí jednotky (10) je stanovena relativní hodnota harmonického zkreslení měřicího signálu vzniklého v měřeném dvojbranovém objektu (21) na základě v kroku řízení (A) stanovených hodnot amplitud první a vyšších harmonických složek měřených signálů, v kroku řízení (C) vyhodnocovací a řídicí jednotky (10) jsou v závislosti na v kroku řízení (B) zjištěné hodnotě harmonického zkreslení měřicího signálu v měřeném dvojbranovém objektu (21) stanoveny parametry pro nastavení amplitudy signálu na výstupu (18) řízeného generátoru, které jsou pak z vyhodnocovací a řídicí jednotky (10) přes výstup (15) řízení parametrů generátoru zaslány do řízeného generátoru (17).

2. Způsob automatického řízení úrovně měřicího signálu podle nároku 1, u něhož je v kroku řízení (B) vyhodnocovací a řídicí jednotky (10) stanovena relativní hodnota harmonického zkreslení měřicího signálu v měřeném trojbranovém objektu (22) na základě v kroku řízení (A) stanovených hodnot amplitud první a vyšších harmonických složek měřených signálů, a v kroku řízení (C) vyhodnocovací a řídicí jednotky (10) jsou v závislosti na v kroku řízení (B) zjištěné hodnotě harmonického zkreslení měřicího signálu v měřeném trojbranovém objektu (22) stanoveny parametry pro nastavení amplitudy signálu na výstupu (18) řízeného generátoru, které jsou pak z vyhodnocovací a řídicí jednotky (10) přes výstup (15) řízení parametrů generátoru zaslány do řízeného generátoru (17).