RU2781464C1 - Способ прецизионных измерений относительных значений амплитудно-частотной характеристики приемников сигнала - Google Patents
Способ прецизионных измерений относительных значений амплитудно-частотной характеристики приемников сигнала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2781464C1 RU2781464C1 RU2021136137A RU2021136137A RU2781464C1 RU 2781464 C1 RU2781464 C1 RU 2781464C1 RU 2021136137 A RU2021136137 A RU 2021136137A RU 2021136137 A RU2021136137 A RU 2021136137A RU 2781464 C1 RU2781464 C1 RU 2781464C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- amplitude
- given
- reference frequencies
- amplitudes
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 230000001131 transforming Effects 0.000 claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229920003288 polysulfone Polymers 0.000 description 4
- 230000003595 spectral Effects 0.000 description 4
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 3
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 2
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 2
- 101700002305 Reg1 Proteins 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised Effects 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и системам обработки информации и может быть использовано для измерения относительных значений амплитудно-частотной характеристики приемника сигнала. Техническим результатом является повышение точности измерений относительных значений амплитудно-частотной характеристики сейсмоприемника в задаче измерений амплитудно-частотных характеристик приборов для геофизических измерений. Предлагается способ измерений относительного значения амплитудно-частотной характеристики приемника сигнала - сейсмоприемника на заданной частоте, определяемого как произведение отношения заданной и опорной частот и отношения средних значений отношений амплитуд выходного и входного сигналов на заданной и опорной частотах, за счет чего исключается влияние на точность измерений приборной погрешности по установке амплитуды и частоты синусоидального сигнала, а также влияние погрешности определения характеристик преобразования каналов регистрации и параметров калибровочного тракта сейсмоприемника.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и системам обработки информации и может быть использовано для измерения относительных значений амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) сейсмоприемника.
Известен способ измерения коэффициента преобразования сейсмоприемника на заданной частоте с использованием поверочных сейсмометрических установок (ПСУ) по ГОСТ 8.562-97 и вычисления относительной АЧХ сейсмоприемника по полученным значениям коэффициентов преобразования на различных частотах. «Сейсмоизмерительные устройства. Поверка сейсмопреобразователей. Методические указания».
По записям оцифрованных сигналов синусоидального напряжения с выхода ПСУ (смещение платформы) и с выхода сейсмоприемника, размещенного на платформе ПСУ, производится расчет частоты и амплитуды сигналов на входе и выходе сейсмоприемника, а затем вычисление коэффициента преобразования на данной частоте.
Недостатками способа являются:
- ограниченный характеристиками ПСУ диапазон частот, в котором проводится измерение коэффициента преобразования;
- ограничение максимального номинального значения коэффициента преобразования сейсмоприемника;
- ограничение по амплитуде входного или выходного сигнала на границах частотного диапазона для широкополосных сейсмоприемников;
используемый метод вычисления частоты и амплитуды оцифрованного синусоидального сигнала чувствителен к зашумленности сигнала;
- большая погрешность измерения коэффициента преобразования на границах частотного диапазона и, соответственно, большая погрешность значений относительной АЧХ на этих частотах.
Известен способ измерения амплитуды синусоидального сигнала заданной частоты. Способ может использоваться при измерении амплитуд оцифрованного синусоидального сигнала на входе и выходе сейсмоприемника для дальнейшего вычисления значений относительной АЧХ. Патент РФ №2714861, МПК G01R 19/04, 24.04.2019.
Недостатком способа является требование к значительной продолжительности регистрации калибровочного сигнала, особенно в области низких и сверхнизких частот.
Прототипом изобретения является способ определения коэффициента преобразования сейсмоприемника на заданной частоте с использованием синусоидального сигнала напряжения заданной частоты и амплитуды, подаваемого на калибровочную катушку сейсмоприемника. По записям оцифрованных сигналов синусоидального напряжения с калибровочного входа (ускорение) и с выхода сейсмоприемника производится расчет частоты и амплитуды сигналов на входе и выходе сейсмоприемника, а затем вычисление коэффициента преобразования на данной частоте. Сейсмометр CMG-3ESP Compact. Руководство по эксплуатации. MAN-C3E-0001. - Guralp Systems Ltd, 2006.
Недостатком прототипа является отсутствие нормированных показателей точности методов и условий их применения, в том числе отсутствует оценка влияния на точность метода измерений относительного уровня шума, дрейфа или колебаний частоты и нулевого уровня сигнала, погрешностей применяемых в методе средств измерений и неопределенностей задания характеристик калибровочного тракта сейсмоприемника.
Техническим результатом является повышение точности измерений относительных значений амплитудно-частотной характеристики приемника сигнала- сейсмоприемника при измерениях амплитудно-частотных характеристик приборов для геофизических измерений.
Технический результат достигается тем, что при измерениях относительного значения амплитудно-частотной характеристики приемника сигнала K(Fc), на частоте Fc, Гц, определяемого отношением коэффициента преобразования сейсмоприемника на заданной частоте к коэффициенту преобразования сейсмоприемника на опорной частоте, выполняемых генераторным методом с использованием цифрового регистратора, определяют амплитуды входных и выходных сигналов на заданной и опорной частотах, при этом оценки входных и выходных амплитуд на заданной и опорной частоте проводят методом наименьших квадратов. Значения заданной и опорной частот для расчета амплитуд оцениваются в ходе проведения измерений по формуле (4).
Относительное значение амплитудно-частотной характеристики сейсмоприемника определяется как произведение отношения заданной и опорной частот и отношения средних арифметических значений отношений амплитуд выходного и входного сигналов на заданной и опорной частотах:
где K(Fc) - относительное значение амплитудно-частотной характеристики сейсмоприемника на частоте Fc;
Fc, Fo - значения соответственно заданной и опорной частот, Гц;
где , , , - оценки соответственно входных и выходных амплитуд на заданной и опорной частотах, полученные по наборам данных;
Z1, Z2 - количество наборов данных для оценки амплитуд на заданной и опорной частотах соответственно.
Оценка фактической частоты Fc, Гц, оцифрованного синусоидального сигнала с заданной частотой Fcgen, представляющего собой N дискретных значений сигнала на выходе канала регистрации {Xk}, k=1,2…N, измеренных с частотой дискретизации Fd, Гц, производится определением средневзвешенного значения частоты максимума спектральной плотности мощности набора {Xk} в окрестности установленной на генераторе частоты Fcgen по формулам
где Рх - спектральная плотность мощности набора {Хk}, (отсч.)2/Гц;
n - количество используемых для расчета Fc дискретных значений Рх слева и справа от максимального (n≤3), шт.
Неопределенность измерения относительной АЧХ данным способом определяется уровнем микросейсмического фона и аппаратурного шума относительно уровня сигнала по данным регистрации фонового сейсмоприемника. Так как расчет относительной АЧХ K(Fc) на частоте Fc производится по формуле (1), полученной из следующей формулы
систематические неопределенности измерения относительной АЧХ, связанные с неопределенностью значений параметров калибровочной катушки и цены наименьшего разряда кода регистратора по используемым каналам, можно не учитывать.
При расчете предела расширенной относительной неопределенности измерения относительной АЧХ δK(Fc), %, рассматриваются следующие неопределенности измерений и вычислений:
a) δNoise(Fc) - предел относительной неопределенности измерения отношения амплитуд синусоидального сигнала заданной частоты на выходе генератора и выходе сейсмоприемника, определяемый по данным регистрации микросейсмического фона и аппаратурного шума, %;
6) δStat(Fc) - предел относительной неопределенности измерения отношения амплитуд синусоидального сигнала заданной частоты на выходе генератора и выходе сейсмоприемника, определяемый по отклонению значений от оценки среднего значения при использовании нескольких (более 2) наборов дискретных значений на выходе каналов регистрации, %;
b) δ(Fc) - предел допускаемой относительной погрешности задания частоты синусоидального напряжения применяемым генератором в нормальных условиях или предел относительной неопределенности вычисления фактической частоты синусоидального сигнала, %.
Вычисление границ расширенной относительной неопределенности δK(Fc), %, измерения относительной АЧХ на частоте Fc, Гц, производится по формуле
где 1,96 - значения квантиля, для нормального закона распределения и доверительной вероятности 0,95
max - максимальное значение из набора значений.
Вычисление δNoise(Fc) производится по данным синхронной (с данными регистрации синусоидального сигнала) регистрации микросейсмического фона и синфазного сигнала, представляющим собой набор мгновенных значений на выходе канала регистрации фонового сейсмоприемника, отсч., {хi}, i=1..N где N - длительность записи, отсч., синусоидального сигнала на частоте Fc (в т.ч. 5 Гц), с частотой дискретизации Fd, Гц, по формуле
где A(Fc) - амплитуда приведенного к выходу канала регистрации сейсмоприемника синусоидального сигнала, отсч.;
t0,95(k), - множители для Р=0,8 и Р=0,95 соответственно при k=NFc-1 для нормального закона распределения
Kreg1, Kreg3 - ЦНРК регистратора по каналам, подключенным к выходам СП и ФСП соответственно, В/отсч.;
K(Fc) - определенное по формуле (2) значение относительной АЧХ сейсмоприемника на частоте Fc;
Knp(Fo) -значение коэффициента преобразования сейсмоприемника на опорной частоте Гц, В⋅с/м;
Asf - амплитуда приведенного к выходу канала регистрации фонового сейсмоприемника синфазного синусоидального сигнала, определяемая по данным регистрации {xi} с использованием формул способом приведенном в патенте №2714861, МПК G01R 19/04, 24.04.2019 для частоты Fc, отсч.;
σN(Fc) - СКЗ приведенного к выходу канала регистрации ФСП микросейсмического фона в октавном диапазоне частот с центральной частотой Fc, отсч., вычисляемое по формуле
где РX(k) - нормированная спектральная плотность мощности набора {хi} на частоте fk, отсч.2/Гц, вычисляемая по формуле
где X(2πjfk) - вектор, отсч., полученный из набора {хi} дискретным преобразованием Фурье (ДПФ) по алгоритму БПФ по формуле
Вычисление δStat(Fc) производится по М, М≥3 наборам значений отношений {Otnj}, Otn=Aвых(Fc)/Aвх(Fc), j=1..M амплитуд синусоидального сигнала на выходах каналов регистрации СП и генератора. Каждое из значений получено при расчете амплитуд способом, приведенным в патенте №2714861, МПК G01R 19/04, 24.04.2019 с использованием наборов мгновенных значений синусоидального сигнала размером Ni, по формуле
Вычисление δ(Fc) производится по формуле
где δGen(Fc) - предел допускаемой относительной погрешности задания частоты синусоидального напряжения применяемым генератором в нормальных условиях, %;
δsp(Fc) - предел относительной неопределенности вычисления фактической частоты Fc синусоидального сигнала по формуле (2), %, определяемый по формуле
где PX(k) - нормированная спектральная плотность мощности набора мгновенных значений синусоидального сигнала с канала регистрации генератора, определяемая по формуле (9) отсч.2/Гц;
n - количество используемых для расчета Fc дискретных значений Рх слева и справа от максимального, шт.
Таким образом, исключается влияние на точность измерений приборной погрешности по установке амплитуды и частоты синусоидального сигнала, а также влияние погрешности определения характеристик преобразования каналов регистрации и параметров калибровочного тракта сейсмоприемника.
Claims (9)
- Способ прецизионных измерений относительного значения амплитудно-частотной характеристики приемника сигнала на заданной частоте, заключающийся в том, что измерения характеристик преобразования сейсмоприемников проводятся генераторным методом, отличающийся тем, что определяют амплитуды входных и выходных сигналов на заданной и опорной частотах, при этом оценки входных и выходных амплитуд на заданной и опорной частотах проводят методом наименьших квадратов; значения заданной и опорной частот для расчета амплитуд оцениваются в ходе проведения измерений; относительное значение амплитудно-частотной характеристики приемника сигнала определяется как произведение отношения заданной и опорной частот и отношения средних арифметических значений отношений амплитуд выходного и входного сигналов на заданной и опорной частотах:
- где K(Fc) - относительное значение амплитудно-частотной характеристики сейсмоприемника на частоте Fc;
- Fc, Fo - значения соответственно заданной и опорной частот, Гц;
- Z1, Z2 - количество наборов данных для оценки амплитуд на заданной и опорной частотах соответственно.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2781464C1 true RU2781464C1 (ru) | 2022-10-12 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4541070A (en) * | 1982-11-04 | 1985-09-10 | Musin Rafail M | Pulse characteristic meter |
RU2117965C1 (ru) * | 1996-08-20 | 1998-08-20 | Севастопольский государственный технический университет | Сейсмоприемник |
CN108267636A (zh) * | 2018-01-10 | 2018-07-10 | 南京航空航天大学 | 基于光子技术的调频微波信号参数测量方法及装置 |
RU2714861C1 (ru) * | 2019-04-24 | 2020-02-19 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ прецизионных измерений амплитуды гармонических колебаний сверхнизких и звуковых частот при сильной зашумленности сигнала |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4541070A (en) * | 1982-11-04 | 1985-09-10 | Musin Rafail M | Pulse characteristic meter |
RU2117965C1 (ru) * | 1996-08-20 | 1998-08-20 | Севастопольский государственный технический университет | Сейсмоприемник |
CN108267636A (zh) * | 2018-01-10 | 2018-07-10 | 南京航空航天大学 | 基于光子技术的调频微波信号参数测量方法及装置 |
RU2714861C1 (ru) * | 2019-04-24 | 2020-02-19 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ прецизионных измерений амплитуды гармонических колебаний сверхнизких и звуковых частот при сильной зашумленности сигнала |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20080189057A1 (en) | Flowmeter array processing algorithm with wide dynamic range | |
RU2781464C1 (ru) | Способ прецизионных измерений относительных значений амплитудно-частотной характеристики приемников сигнала | |
Holcomb | A numerical study of some potential sources of error in side-by-side seismometer evaluations | |
Tasič | Interdependent quality control of collocated seismometer and accelerometer | |
RU2781225C1 (ru) | Способ измерения коэффициента интермодуляции сильно зашумленного сигнала | |
US10735036B1 (en) | Method for measuring frequency offset between an RF transmitter and a test receiver | |
KR101483022B1 (ko) | 다중표적 순간소음원의 방위탐지방법 | |
RU2685048C1 (ru) | Способ определения мест появления неоднородностей и повреждений линий электропередачи | |
CN110133738B (zh) | 基于IpDFT的质子磁力仪自由感应衰减信号的频率估计方法 | |
RU2686855C1 (ru) | Градиентометрический способ магнитной съемки и устройство для его осуществления | |
Šíra et al. | Uncertainty analysis of non-coherent sampling phase meter with four parameter sine wave fitting by means of Monte Carlo | |
JPH1082812A (ja) | 信号対雑音電力比測定装置 | |
Conroy et al. | Measurement of Allan variance and phase noise at fractions of a millihertz | |
RU2071098C1 (ru) | Способ калибровки полевой установки и аппаратуры методов естественного электромагнитного поля земли | |
KR102025869B1 (ko) | 레이저 간섭계 기반의 진앙 위치 측정 방법 및 장치 | |
RU2797196C1 (ru) | Способ и устройство для измерения коэффициента взаимной корреляции между двумя случайными сигналами в условиях помехи эфира | |
Mertens et al. | Determination of the stability of a pulse GPR system and quantification of the drift effect on soil material characterization by full-wave inversion | |
Baccigalupi et al. | Least square procedures to improve the results of the three-parameter sine fitting algorithm | |
RU2069877C1 (ru) | Способ магнитотеллурического зондирования | |
Herasimov et al. | Method for Assessing Meter Error Characteristics of Random Signals | |
RU2818011C1 (ru) | Способ подавления сигнала прямого поля в электромагнитном индукционном зондировании и устройство для его реализации | |
Merchant et al. | Next generation qualification: kinemetrics STS-5A seismometer evaluation | |
RU2714861C1 (ru) | Способ прецизионных измерений амплитуды гармонических колебаний сверхнизких и звуковых частот при сильной зашумленности сигнала | |
Zavgorodnii | The Least Squares Method Application for the Global Navigation Satellite Systems Signals Power Measuring | |
RU2703933C1 (ru) | Способ идентификации мультисинусоидальных цифровых сигналов |