RU2783477C1 - Method for measuring the sinusoidal signal level and meter with auto-correction - Google Patents

Method for measuring the sinusoidal signal level and meter with auto-correction Download PDF

Info

Publication number
RU2783477C1
RU2783477C1 RU2022103182A RU2022103182A RU2783477C1 RU 2783477 C1 RU2783477 C1 RU 2783477C1 RU 2022103182 A RU2022103182 A RU 2022103182A RU 2022103182 A RU2022103182 A RU 2022103182A RU 2783477 C1 RU2783477 C1 RU 2783477C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
meter
frequency
signal
Prior art date
Application number
RU2022103182A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Гарри Романович Аванесян
Original Assignee
Гарри Романович Аванесян
Filing date
Publication date
Application filed by Гарри Романович Аванесян filed Critical Гарри Романович Аванесян
Application granted granted Critical
Publication of RU2783477C1 publication Critical patent/RU2783477C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: measuring.
SUBSTANCE: area of application: the invention relates to the field of radio measuring and can be used in building broadband digital meters of sinusoidal signal levels. Substance: method is based on measuring the input signal frequency and correcting the preliminary level measurement result by establishing a functional relation with a known amplitude frequency response of the input signal amplification path. The main operations herein are input signal amplification, measurement of the frequency thereof, detection, conversion of DC voltage into digital code, and correction of the digital code. The method is implemented using a meter with the function of auto-correcting preliminary results, including an input amplifier, a frequency meter, a detector, an analogue-to-digital converter, and a functional converter used for strictly arithmetic operations.
EFFECT: higher accuracy of estimating the sinusoidal signal level in a broad frequency band.
9 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при построении широкополосных цифровых измерителей уровней синусоидальных сигналов.The invention relates to the field of radio measurements and can be used in the construction of broadband digital level meters for sinusoidal signals.

Широко распространен на протяжении многих лет способ измерения уровня синусоидального сигнала, принятый в качестве прототипа, предусматривающий усиление синусоидального сигнала, после чего его детектирование (преобразование в постоянное напряжение, пропорциональное его уровню) и далее преобразование постоянного напряжения в цифровую форму [Мирский Г.Я. Электронные измерения - М.: Радио и связь, 1986, стр. 194-195; Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах / Под общей редакцией Б.Н. Тихонова - М.: Горячая линия - Телеком, 2007, стр. 160-161, рис. 7.10]. Реализует способ измеритель, описанный в вышеуказанной литературе, выполняющий перечисленные операции и состоящий из входного усилителя, детектора (преобразователя переменного напряжения в постоянное) и аналого-цифрового преобразователя (АЦП), с выхода которого снимается код измеренного уровня сигнала.A method for measuring the level of a sinusoidal signal, adopted as a prototype, has been widespread for many years, providing for amplification of the sinusoidal signal, after which it is detected (converted to a constant voltage proportional to its level) and then converted to a constant voltage in digital form [Mirsky G.Ya. Electronic measurements - M .: Radio and communication, 1986, pp. 194-195; Metrology and electroradio measurements in telecommunication systems / Under the general editorship of B.N. Tikhonova - M.: Hotline - Telecom, 2007, pp. 160-161, fig. 7.10]. The method is implemented by the meter described in the above literature, which performs the listed operations and consists of an input amplifier, a detector (an AC-to-DC converter) and an analog-to-digital converter (ADC), from the output of which the code of the measured signal level is taken.

Недостатком способа, также как и устройства, его реализующего, является зависимость результата оценки уровня исследуемого сигнала от его частоты, что особенно ярко проявляется при попытке реализовать измеритель, функционирующий в относительно широкой полосе частот. Объясняется это, главным образом, неравномерностью амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) входного усилительного тракта, в котором достаточно сложно получить одинаковое усиление во всем диапазоне рабочих частот измерителя.The disadvantage of this method, as well as the device that implements it, is the dependence of the result of estimating the level of the signal under study on its frequency, which is especially pronounced when trying to implement a meter operating in a relatively wide frequency band. This is mainly explained by the uneven amplitude-frequency characteristic (AFC) of the input amplifying path, in which it is rather difficult to obtain the same gain over the entire operating frequency range of the meter.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящей группы изобретений, состоит в повышении точности оценки уровня синусоидального сигнала в широкой полосе частот.The technical result achieved by using the present group of inventions is to improve the accuracy of estimating the level of a sinusoidal signal in a wide frequency band.

Технический результат достигается тем, что в способе измерения уровня синусоидального сигнала, состоящем в усилении сигнала, детектировании и преобразовании полученного постоянного напряжения в цифровой вид, согласно изобретению, предварительно определяют амплитудно-частотную характеристику тракта усиления, измеряют частоту сигнала, и далее полученное значение частоты сигнала используют для коррекции цифрового значения детектированного сигнала путем установления функциональной связи с амплитудно-частотной характеристикой тракта усиления, оценкой уровня является скорректированное значение детектированного сигнала.The technical result is achieved by the fact that in the method for measuring the level of a sinusoidal signal, which consists in amplifying the signal, detecting and converting the received direct voltage into digital form, according to the invention, the amplitude-frequency characteristic of the amplification path is preliminarily determined, the signal frequency is measured, and then the obtained value of the signal frequency is used to correct the digital value of the detected signal by establishing a functional relationship with the amplitude-frequency characteristic of the amplification path, the level estimate is the corrected value of the detected signal.

Кроме того, для достижения технического результата, согласно изобретению, функциональную связь с амплитудно-частотной характеристикой тракта усиления устанавливают путем изменения полученного цифрового значения детектированного сигнала в количество раз, пропорциональное значению обратной амплитудно-частотной характеристики в точке, соответствующей измеренной частоте сигнала.In addition, to achieve the technical result, according to the invention, a functional relationship with the amplitude-frequency characteristic of the amplification path is established by changing the obtained digital value of the detected signal by a number of times proportional to the value of the inverse amplitude-frequency characteristic at the point corresponding to the measured signal frequency.

Кроме того, для достижения технического результата, согласно изобретению, функциональную связь с амплитудно-частотной характеристикой тракта усиления устанавливают путем изменения полученного цифрового значения детектированного сигнала в фиксированное количество раз при условии, что измеренная частота сигнала превысит заранее установленную частоту, лежащую в пределах амплитудно-частотной характеристики тракта.In addition, in order to achieve a technical result, according to the invention, a functional relationship with the amplitude-frequency characteristic of the amplification path is established by changing the obtained digital value of the detected signal by a fixed number of times, provided that the measured signal frequency exceeds a predetermined frequency lying within the amplitude-frequency path characteristics.

Технический результат достигается также тем, что в измеритель с автокоррекцией (вариант 1), содержащий входной усилитель, детектор и аналого-цифровой преобразователь, входом измерителя является вход усилителя, выход которого соединен со входом детектора, выход которого соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, согласно изобретению, введены измеритель частоты и функциональный преобразователь, выход которого является выходом измерителя, первый вход функционального преобразователя соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, второй вход функционального преобразователя соединен с выходом измерителя частоты, вход которого соединен с выходом входного усилителя.The technical result is also achieved by the fact that in a meter with auto-correction (option 1), containing an input amplifier, a detector and an analog-to-digital converter, the input of the meter is the input of the amplifier, the output of which is connected to the input of the detector, the output of which is connected to the input of the analog-to-digital converter, according to the invention, a frequency meter and a functional converter are introduced, the output of which is the output of the meter, the first input of the functional converter is connected to the output of the analog-to-digital converter, the second input of the functional converter is connected to the output of the frequency meter, the input of which is connected to the output of the input amplifier.

Кроме того, для достижения технического результата, согласно изобретению, в измерителе функциональный преобразователь выполнен в виде программируемого постоянного запоминающего устройства, реализующего аппаратно-табличный способ вычислений.In addition, to achieve the technical result, according to the invention, the functional converter in the meter is made in the form of a programmable read-only memory device that implements a hardware-table calculation method.

Технический результат достигается также тем, что в измеритель с автокоррекцией (вариант 2), содержащий входной усилитель, детектор и аналого-цифровой преобразователь, входом измерителя является вход усилителя, выход которого соединен со входом детектора, выход которого соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, согласно изобретению, введены измеритель частоты и функциональный преобразователь, выход которого является выходом измерителя, первый вход функционального преобразователя соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, второй вход функционального преобразователя соединен с выходом измерителя частоты, вход которого объединен со входом входного усилителя.The technical result is also achieved by the fact that in a meter with auto-correction (option 2), containing an input amplifier, a detector and an analog-to-digital converter, the input of the meter is the input of the amplifier, the output of which is connected to the input of the detector, the output of which is connected to the input of the analog-to-digital converter, according to the invention, a frequency meter and a functional converter are introduced, the output of which is the output of the meter, the first input of the functional converter is connected to the output of the analog-to-digital converter, the second input of the functional converter is connected to the output of the frequency meter, the input of which is combined with the input of the input amplifier.

Технический результат достигается также тем, что в измеритель с автокоррекцией (вариант 3), содержащий входной усилитель, детектор и аналого-цифровой преобразователь, входом измерителя является вход усилителя, выход которого соединен со входом детектора, выход которого соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, согласно изобретению, введены фильтр верхних частот, блок выделения сигнала и функциональный преобразователь, выход которого является выходом измерителя, первый вход функционального преобразователя соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, второй вход функционального преобразователя соединен с выходом блока выделения сигнала, выход которого соединен с выходом фильтра верхних частот, вход которого соединен с выходом входного усилителя.The technical result is also achieved by the fact that in a meter with auto-correction (option 3), containing an input amplifier, a detector and an analog-to-digital converter, the input of the meter is the input of the amplifier, the output of which is connected to the input of the detector, the output of which is connected to the input of the analog-to-digital converter, according to the invention, a high-pass filter, a signal extraction unit and a functional converter are introduced, the output of which is the output of the meter, the first input of the functional converter is connected to the output of an analog-to-digital converter, the second input of the functional converter is connected to the output of the signal extraction unit, the output of which is connected to the filter output high frequencies, the input of which is connected to the output of the input amplifier.

Кроме того, для достижения технического результата, согласно изобретению, в измерителе блок выделения сигнала представляет собой устройство, формирующее на выходе постоянный высокий логический уровень при появлении на его входе синусоидального сигнала и сохраняемый в течение всего времени действия синусоидального сигнала.In addition, to achieve a technical result, according to the invention, in the meter, the signal extraction unit is a device that generates a constant high logic level at the output when a sinusoidal signal appears at its input and is maintained throughout the duration of the sinusoidal signal.

Сущность изобретения поясняется графическим материалом. На фиг. 1 представлена функциональная схема измерителя с автокоррекцией, реализующего способ по п. 1 формулы изобретения. На фиг. 2 показаны графики АЧХ, иллюстрирующие изобретение. На фиг. 3 представлена функциональная схема одного из вариантов измерителя с автокоррекцией, реализующего способ по п. 8 формулы изобретения.The essence of the invention is illustrated by graphic material. In FIG. 1 shows a functional diagram of a meter with auto-correction, which implements the method according to claim 1 of the claims. In FIG. 2 shows frequency response graphs illustrating the invention. In FIG. 3 shows a functional diagram of one of the options for a meter with auto-correction, which implements the method according to claim 8 of the claims.

Функциональная схема по фиг. 1 содержит входной усилитель 1, измеритель 2 частоты, детектор 3, АЦП 4 и функциональный преобразователь 5. Вход усилителя 1 является входом измерителя, выход усилителя 1 соединен со входом детектора 3, выход которого соединен со входом АЦП 4, выход которого соединен с первым входом функционального преобразователя 5, второй вход которого соединен с выходом измерителя 2 частоты, вход которого соединен с выходом усилителя 1.Functional diagram according to Fig. 1 contains input amplifier 1, frequency meter 2, detector 3, ADC 4 and functional converter 5. The input of amplifier 1 is the input of the meter, the output of amplifier 1 is connected to the input of detector 3, the output of which is connected to the input of ADC 4, the output of which is connected to the first input functional converter 5, the second input of which is connected to the output of the frequency meter 2, the input of which is connected to the output of the amplifier 1.

На фиг. 2, в качестве примера, в верхней части приведен график АЧХ реального входного усилителя, в нижней части - график обратной АЧХ данного усилителя. Графики показаны в виде зависимости коэффициента усиления K от частоты f входного сигнала. На верхнем графике выделены точки (k1, f1), (k2, f2), (k3, f3), (k4, f4), (k5, f5), (k6, f6), (k7, f7), служащие для кусочно-линейной аппроксимации функции K(f).In FIG. 2, as an example, in the upper part is a graph of the frequency response of a real input amplifier, in the lower part is a graph of the inverse frequency response of this amplifier. The plots are shown as gain K versus frequency f of the input signal. Points (k 1 , f 1 ), (k 2 , f 2 ), (k 3 , f 3 ), (k 4 , f 4 ), (k 5 , f 5 ), (k 6 , f 6 ), (k 7 , f 7 ), serving for piecewise linear approximation of the function K(f).

Функциональная схема по фиг. 3 содержит входной усилитель 6, фильтр 7 верхних частот (ФВЧ), блок 8 выделения сигнала, детектор 9, АЦП 10 и функциональный преобразователь 11. Вход усилителя 6 является входом измерителя, выход усилителя 6 соединен со входом детектора 9, выход которого соединен со входом АЦП 10, выход которого соединен с первым входом функционального преобразователя 11, второй вход которого соединен с выходом блока 8 выделения сигнала, вход которого соединен с выходом ФВЧ 7, вход которого соединен с выходом усилителя 6. Блок 8 выделения сигнала включает в себя аналоговый компаратор 12 и одновибратор 13.Functional diagram according to Fig. 3 contains an input amplifier 6, a high-pass filter (HPF) 7, a signal extraction unit 8, a detector 9, an ADC 10 and a functional converter 11. The input of the amplifier 6 is the input of the meter, the output of the amplifier 6 is connected to the input of the detector 9, the output of which is connected to the ADC 10, the output of which is connected to the first input of the functional converter 11, the second input of which is connected to the output of the signal extraction unit 8, the input of which is connected to the output of the HPF 7, the input of which is connected to the output of the amplifier 6. The signal extraction unit 8 includes an analog comparator 12 and a single vibrator 13.

Основная идея способа заключается в непрерывном контроле частоты f входного синусоидального сигнала, уровень U которого измеряют и изменении полученного после детектировании уровня Uпр(f) в соответствии с известной неравномерностью АЧХ K(f) используемого тракта. Отмеченное можно представить в виде:The main idea of the method is to continuously monitor the frequency f of the input sinusoidal signal, the level U of which is measured and change the level U pr (f) obtained after detection in accordance with the known uneven frequency response K(f) of the path used. The above can be represented as:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Uвых - напряжение на выходе измерителя, являющееся оценкой уровня входного сигнала;where U out - voltage at the output of the meter, which is an estimate of the level of the input signal;

Kфп(f) - частотнозависимый коэффициент преобразования. Особенностью способа является управление коэффициентом Kфп(f), которое по сути сводится к переводу измеренного значения частоты сигнала в корректирующий коэффициент, выравнивающий АЧХ усилительного тракта.K fp (f) - frequency-dependent conversion factor. A feature of the method is the control of the coefficient K fp (f), which essentially boils down to converting the measured value of the signal frequency into a correction factor that equalizes the frequency response of the amplifying path.

Поясним вышеизложенное на примере одного из возможных вариантов измерителя, функциональная схема которого представлена на фиг. 1. Входной сигнал вида u(t)=U(t)sin2πft поступает на вход усилителя 1, служащего как для усиления входных сигналов, так и для развязки измерителя и внешних контролируемых цепей (ослабления влияния на параметры входного сигнала). В частном случае он может быть повторителем напряжения с высоким входным сопротивлением. С выхода усилителя исследуемый синусоидальный сигнал подается одновременно на вход измерителя 2 частоты и детектора 3. В последнем осуществляется классическая операция выделения медленной функции U(t), изменением которой на интервале времени измерения можно пренебречь и считать таким образом амплитуду (уровень U) постоянной величиной. Далее постоянное напряжение с выхода детектора 3 направляется на вход АЦП 4, в котором осуществляется его перевод в цифровой вид, с погрешностью задаваемой требованиями, предъявляемыми к измерителю. Полученный цифровой код Uпр уже можно считать предварительной оценкой измеряемого уровня без учета погрешностей, вносимых неравномерностью АЧХ усилителя 1 (здесь и далее для упрощения записей зависимость Uпр от частоты f не показана). Однако для получения более точной оценки в функциональном преобразователе 5 происходит умножение значения Uпр на величину Kфп(f) обратную АЧХ в точке f, соответствующей частоте входного сигнала, для определения которой служит измеритель 2 частоты. Таким образом, происходит коррекция результата измерения уровня сигнала, определяемая априори известной зависимостью K(f), то есть происходит изменение полученного цифрового значения детектированного сигнала в количество раз, пропорциональное значению обратной амплитудно-частотной характеристики в точке, соответствующей измеренной частоте сигнала (см. п. 1 формулы изобретения).Let us explain the above on the example of one of the possible variants of the meter, the functional diagram of which is shown in Fig. 1. An input signal of the form u(t)=U(t)sin2πft is fed to the input of amplifier 1, which serves both to amplify the input signals and to isolate the meter and external controlled circuits (weakening the effect on the input signal parameters). In a particular case, it can be a voltage follower with a high input impedance. From the output of the amplifier, the studied sinusoidal signal is fed simultaneously to the input of the frequency meter 2 and detector 3. In the latter, the classical operation of extracting the slow function U(t) is performed, the change of which in the measurement time interval can be neglected and thus the amplitude (level U) can be considered a constant value. Next, the constant voltage from the output of the detector 3 is sent to the input of the ADC 4, in which it is converted into digital form, with an error specified by the requirements for the meter. The resulting digital code U pr can already be considered a preliminary estimate of the measured level without taking into account the errors introduced by the uneven frequency response of amplifier 1 (hereinafter, to simplify the records, the dependence of U pr on frequency f is not shown). However, to obtain a more accurate estimate in the functional converter 5, the value of U CR is multiplied by the value of K fp (f) reciprocal of the frequency response at point f, corresponding to the frequency of the input signal, which is determined by the frequency meter 2. Thus, the measurement result of the signal level is corrected, which is determined by the a priori known dependence K(f), i.e., the obtained digital value of the detected signal changes in a number of times proportional to the value of the inverse amplitude-frequency characteristic at the point corresponding to the measured signal frequency (see p. .1 claims).

Разумеется, известная АЧХ является обязательным условием осуществимости рассматриваемого способа. В качестве примера на фиг. 2 показана АЧХ реального усилительного тракта, предназначенного для работы в составе измерителя с диапазоном рабочих частот от 1 до 300 МГц. Из общего вида АЧХ следует, что коррекция результатов детектирования потребуется на начальном участке от f1 до f3 и на участке от f4 до верхней границы диапазона f7. Причем на последнем участке отсутствие коррекции приведет к весьма существенным погрешностям оценки U, поскольку на границе диапазона, на частоте 300 МГц, уровень сигнала ослабляется в 4 раза - это несложно видеть из представленного графика. Процесс коррекции в функциональном преобразователе 5 может совершаться несколькими путями: первый, наиболее простой с методической точки зрения, предполагает получение по известной АЧХ ее обратной функции Kфп(f) (см. пример в нижней части фиг. 2); второй ориентирован на замену обратной функции детерминированным зависимостями, например, в форме кусочно-линейной аппроксимации.Of course, the known frequency response is a prerequisite for the feasibility of the method under consideration. As an example, in FIG. 2 shows the frequency response of a real amplifying path designed to operate as part of a meter with an operating frequency range from 1 to 300 MHz. From the general form of the frequency response, it follows that correction of the detection results will be required in the initial section from f 1 to f 3 and in the section from f 4 to the upper limit of the range f 7 . Moreover, in the last section, the absence of correction will lead to very significant errors in estimating U, since at the border of the range, at a frequency of 300 MHz, the signal level is attenuated by a factor of 4 - this is easy to see from the presented graph. The correction process in the functional converter 5 can be performed in several ways: the first, the simplest from a methodological point of view, involves obtaining its inverse function K fp (f) from the known frequency response (see the example at the bottom of Fig. 2); the second is focused on replacing the inverse function with deterministic dependencies, for example, in the form of a piecewise linear approximation.

В первом случае процесс получения произведения Kфп(f) Uпр может быть сведен к аппаратно-табличным операциям, состоящим в извлечении из памяти запоминающего устройства ранее вычисленных дискретных значений Kфп(fi), которые умножаются на Uпрn или, если позволяют ресурсы памяти, запоминанию набора произведений Kфп(fi)Uпрn, которые извлекаются из памяти при поступлении на адресные входы соответствующей произведению комбинации операндов fi и Uпрn. Здесь и далее индексы i и n указывают на дискретный характер частоты и напряжения соответственно. При таком подходе функциональный преобразователь может быть выполнен в виде постоянного запоминающего устройства, требуемый объем памяти которого будет зависеть как от диапазона рабочих частот (количества значений fi), так и от разрядности используемых операндов.In the first case, the process of obtaining the product K fp (f) U pr can be reduced to hardware-table operations, consisting in extracting from the memory of the storage device previously calculated discrete values K fp (f i ), which are multiplied by U prn or, if resources allow memory, storing a set of products K fp (f i )U prn , which are retrieved from memory upon receipt of the address inputs of the combination of operands corresponding to the product f i and U prn . Here and below, the indices i and n indicate the discrete nature of the frequency and voltage, respectively. With this approach, the functional converter can be made in the form of a read-only memory device, the required memory size of which will depend both on the operating frequency range (number of f i values) and on the word length of the operands used.

Во втором случае не требуется иметь большие массивы затабулированных значений, а вводятся одна или несколько (в зависимости от вида АЧХ и предъявляемых требований к точности ее аппроксимации) аппроксимирующих функций известного вида. Возвращаясь к примеру, показанному на фиг. 2, отметим, что это линейные функции вида kf+с (k и с постоянные коэффициенты), которые приближенно описывают имеющуюся АЧХ шести прямыми на участках (f1; f2), (f2; f3), (f3; f4), (f4; f5), (f5; f6), (f6; f7). То есть в диапазоне от f1 до f7 (от 1 до 300 МГц) функцию K(f) можно представить в видеIn the second case, it is not required to have large arrays of tabulated values, but one or several (depending on the type of frequency response and the requirements for the accuracy of its approximation) approximating functions of a known type are introduced. Returning to the example shown in FIG. 2, we note that these are linear functions of the form kf + c (k and c are constant coefficients), which approximately describe the available frequency response of six straight lines in the sections (f 1 ; f 2 ), (f 2 ; f 3 ), (f 3 ; f 4 ), (f 4 ; f 5 ), (f 5 ; f 6 ), (f 6 ; f 7 ). That is, in the range from f 1 to f 7 (from 1 to 300 MHz), the function K(f) can be represented as

Figure 00000002
Figure 00000002

Следовательно, скорректированное напряжение на выходе измерителя Uвых, на выходе функционального преобразователя 5, должно зависеть от напряжения Uпр и измеренного значения частоты f следующим образом:Therefore, the corrected voltage at the output of the meter U out , at the output of the functional converter 5, should depend on the voltage U CR and the measured frequency f as follows:

Figure 00000003
Figure 00000003

Из приведенного видно, что реализация второго случая потребует выполнения ряда арифметических операций, которые целесообразно возложить на программируемый универсальный микропроцессор, и, следовательно, реализовать на его основе функциональный преобразователь 5.It can be seen from the above that the implementation of the second case will require a number of arithmetic operations, which it is advisable to assign to a programmable universal microprocessor, and, therefore, to implement a functional converter 5 on its basis.

Выше был показан частный случай АЧХ (см. фиг. 2) и соответствующий ей вариант аппроксимации, в то же время следует иметь в виду, что возможны ситуации, когда требования к погрешностям измерений и/или форма АЧХ таковы, что всю область частот можно разделить условно на два поддиапазона. При этом экспериментально устанавливается некоторая частота fгр, делящая весь диапазон на две части, после превышения которой результат измерений определяется с учетом некоторого коэффициента коррекции (зависящего или не зависящего от частоты, в зависимости от конкретных требований), полученного по известной АЧХ. Например, если допустить, что по условиям конкретной задачи ранее представленную АЧХ можно разбить на два поддиапазона с внутренней границей fгр=f5, то в функциональном преобразователе 5 необходимо будет осуществлять операции согласно нижеприведенным условиямAbove, a special case of the frequency response (see Fig. 2) and the corresponding approximation variant were shown, at the same time, it should be borne in mind that situations are possible when the requirements for measurement errors and / or the shape of the frequency response are such that the entire frequency range can be divided conditionally into two subranges. In this case, a certain frequency f gr is experimentally established, dividing the entire range into two parts, after exceeding which the measurement result is determined taking into account a certain correction factor (depending or independent of frequency, depending on specific requirements) obtained from the known frequency response. For example, if we assume that, according to the conditions of a specific task, the previously presented frequency response can be divided into two subranges with an inner boundary f gr =f 5 , then in the functional converter 5 it will be necessary to carry out operations according to the conditions below

Figure 00000004
Figure 00000004

Разумеется, погрешность оценки уровня исследуемого сигнала при такой коррекции будет выше, чем в ранее рассмотренном случае. Возможны также ситуации, когда требования к допустимым погрешностям позволяют вводить корректирующий коэффициент, не зависящий от частоты, например, как некоторое усредненное в поддиапазоне значение. Работа функционального преобразователя 5 в этих случаях, полагая, что в рассматриваемом примере имеются два поддиапазона с границей в точке fгр, может сводиться к вычислениям согласно зависимостямOf course, the error in estimating the level of the signal under study with such a correction will be higher than in the previously considered case. There are also situations when the requirements for permissible errors make it possible to introduce a correction factor that does not depend on frequency, for example, as some value averaged over a subband. The work of the functional converter 5 in these cases, assuming that in the example under consideration there are two sub-ranges with a boundary at the point f gr , can be reduced to calculations according to the dependencies

Figure 00000005
Figure 00000005

где fн, fв - нижняя и верхняя частота рабочего диапазона соответственно;where f n , f in - the lower and upper frequencies of the operating range, respectively;

k - некоторый корректирующий коэффициент, снижающий влияние неравномерности АЧХ на результаты измерений, который, в частности, может быть вычислен как 1/kср (kcp - усредненное значение частотнозависимого коэффициента усиления в поддиапазоне).k - some correction factor that reduces the influence of the frequency response unevenness on the measurement results, which, in particular, can be calculated as 1/k cp (k cp - the average value of the frequency-dependent gain in the subband).

Отметим, что в вариантном исполнении вход измерителя 2 частоты может быть объединен со входом усилителя 1, если характеристики измерителя частоты позволяют работать с входными сигналами без их предварительного усиления.Note that in a variant version, the input of the frequency meter 2 can be combined with the input of the amplifier 1, if the characteristics of the frequency meter allow you to work with input signals without their preliminary amplification.

Возможен упрощенный вариант измерителя, ориентированный на работу с АЧХ имеющей выраженный спад после некоторой граничной частоты fгр, например, в высокочастотной части рабочего диапазона. В таком измерителе отсутствует частотомер как отдельный блок, но при этом осуществляется коррекция путем контроля частоты входного сигнала за счет выделения сигнала в фильтре верхних частот. Функциональная схема упрощенного измерителя показана на фиг. 3, из которой несложно видеть, что при появлении на выходе ФВЧ 7 сигнала, частота которого превышает fгр, блок 8 формирует соответствующий ответ в виде, например, некоторого фиксированного уровня а=1, являющегося признаком перехода границы fгр. Функциональный преобразователь 11 в такой схеме должен выполнять вычисления согласно алгоритму:A simplified version of the meter is possible, oriented to work with frequency response having a pronounced decline after a certain cutoff frequency f gr , for example, in the high-frequency part of the operating range. In such a meter, there is no frequency meter as a separate unit, but correction is carried out by controlling the frequency of the input signal by separating the signal in the high-pass filter. The functional diagram of the simplified meter is shown in Fig. 3, from which it is easy to see that when a signal appears at the output of the HPF 7, the frequency of which exceeds f gr , block 8 generates an appropriate response in the form, for example, of some fixed level a=1, which is a sign of crossing the border f gr . The functional converter 11 in such a circuit must perform calculations according to the algorithm:

Figure 00000006
Figure 00000006

Что касается блока 8 выделения сигнала, то он может быть выполнен по схеме, показанной на фиг. 3 и в простейшем случае содержать аналоговый компаратор 12 с одновибратором 13 на выходе. При появлении на положительном входе компаратора 12 сигнала, уровень которого превышает некоторый заранее установленный порог U0, на выходе компаратора формируется перепад, запускающий одновибратор 13, длительность импульса которого выбирается несколько большей минимального периода сигнала на входе компаратора. Наличие одновибратора, с выбранной вышеуказанным образом длительностью формируемого импульса, позволяет формировать относительно стабильное напряжение на выходе блока выделения сигнала при наличии знакопеременного напряжения на его входе.As regards the signal extraction unit 8, it can be implemented according to the scheme shown in FIG. 3 and in the simplest case contain an analog comparator 12 with a single vibrator 13 at the output. When a signal appears at the positive input of the comparator 12, the level of which exceeds a certain predetermined threshold U 0 , a drop is formed at the output of the comparator, triggering the one-shot 13, the pulse duration of which is selected slightly greater than the minimum period of the signal at the input of the comparator. The presence of a single vibrator, with the duration of the generated pulse selected in the above way, allows you to generate a relatively stable voltage at the output of the signal extraction unit in the presence of an alternating voltage at its input.

Claims (9)

1. Способ измерения уровня синусоидального сигнала, состоящий в усилении сигнала, детектировании и преобразовании полученного постоянного напряжения в цифровой вид, отличающийся тем, что предварительно определяют амплитудно-частотную характеристику тракта усиления, измеряют частоту сигнала и далее полученное значение частоты сигнала используют для коррекции цифрового значения детектированного сигнала путем установления функциональной связи с амплитудно-частотной характеристикой тракта усиления, оценкой уровня является скорректированное значение детектированного сигнала.1. A method for measuring the level of a sinusoidal signal, which consists in amplifying the signal, detecting and converting the received direct voltage into digital form, characterized in that the amplitude-frequency characteristic of the amplification path is preliminarily determined, the signal frequency is measured, and then the obtained signal frequency value is used to correct the digital value of the detected signal by establishing a functional relationship with the amplitude-frequency characteristic of the amplification path, the level estimate is the corrected value of the detected signal. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что функциональную связь с амплитудно-частотной характеристикой тракта усиления устанавливают путем изменения полученного цифрового значения детектированного сигнала в количество раз, пропорциональное значению обратной амплитудно-частотной характеристики в точке, соответствующей измеренной частоте сигнала.2. The method according to claim 1, characterized in that the functional relationship with the amplitude-frequency characteristic of the amplification path is established by changing the received digital value of the detected signal by a number of times proportional to the value of the inverse amplitude-frequency characteristic at the point corresponding to the measured signal frequency. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что функциональную связь с амплитудно-частотной характеристикой тракта усиления устанавливают путем изменения полученного цифрового значения детектированного сигнала в фиксированное количество раз при условии, что измеренная частота сигнала превысит заранее установленную частоту, лежащую в пределах амплитудно-частотной характеристики тракта.3. The method according to claim 1, characterized in that the functional relationship with the amplitude-frequency characteristic of the amplification path is established by changing the obtained digital value of the detected signal by a fixed number of times, provided that the measured signal frequency exceeds a predetermined frequency lying within the amplitude- frequency response of the path. 4. Измеритель с автокоррекцией, реализующий способ по п. 1, содержащий входной усилитель, детектор и аналого-цифровой преобразователь, входом измерителя является вход усилителя, выход которого соединен со входом детектора, выход которого соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, отличающийся тем, что в него введены измеритель частоты и функциональный преобразователь, выход которого является выходом измерителя, первый вход функционального преобразователя соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, второй вход функционального преобразователя соединен с выходом измерителя частоты, вход которого соединен с выходом входного усилителя.4. A meter with auto-correction, implementing the method according to claim 1, containing an input amplifier, a detector and an analog-to-digital converter, the input of the meter is the input of the amplifier, the output of which is connected to the input of the detector, the output of which is connected to the input of the analog-to-digital converter, characterized in that that a frequency meter and a functional converter are introduced into it, the output of which is the output of the meter, the first input of the functional converter is connected to the output of the analog-to-digital converter, the second input of the functional converter is connected to the output of the frequency meter, the input of which is connected to the output of the input amplifier. 5. Измеритель по п. 4, отличающийся тем, что функциональный преобразователь выполнен в виде программируемого постоянного запоминающего устройства, реализующего аппаратно-табличный способ вычислений.5. The meter according to claim 4, characterized in that the functional converter is made in the form of a programmable read-only memory device that implements a hardware-table calculation method. 6. Измеритель с автокоррекцией, реализующий способ по п. 1, содержащий входной усилитель, детектор и аналого-цифровой преобразователь, входом измерителя является вход усилителя, выход которого соединен со входом детектора, выход которого соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, отличающийся тем, что в него введены измеритель частоты и функциональный преобразователь, выход которого является выходом измерителя, первый вход функционального преобразователя соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, второй вход функционального преобразователя соединен с выходом измерителя частоты, вход которого объединен со входом входного усилителя.6. A meter with auto-correction, implementing the method according to claim 1, containing an input amplifier, a detector and an analog-to-digital converter, the input of the meter is the input of the amplifier, the output of which is connected to the input of the detector, the output of which is connected to the input of the analog-to-digital converter, characterized in that that a frequency meter and a functional converter are introduced into it, the output of which is the output of the meter, the first input of the functional converter is connected to the output of the analog-to-digital converter, the second input of the functional converter is connected to the output of the frequency meter, the input of which is combined with the input of the input amplifier. 7. Измеритель по п. 6, отличающийся тем, что функциональный преобразователь выполнен в виде программируемого постоянного запоминающего устройства, реализующего аппаратно-табличный способ вычислений.7. The meter according to claim 6, characterized in that the functional converter is made in the form of a programmable read-only memory device that implements a hardware-table calculation method. 8. Измеритель с автокоррекцией, реализующий способ по п. 1, содержащий входной усилитель, детектор и аналого-цифровой преобразователь, входом измерителя является вход усилителя, выход которого соединен со входом детектора, выход которого соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, отличающийся тем, что в него введены фильтр верхних частот, блок выделения сигнала и функциональный преобразователь, выход которого является выходом измерителя, первый вход функционального преобразователя соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, второй вход функционального преобразователя соединен с выходом блока выделения сигнала, выход которого соединен с выходом фильтра верхних частот, вход которого соединен с выходом входного усилителя.8. A meter with auto-correction, implementing the method according to claim 1, containing an input amplifier, a detector and an analog-to-digital converter, the input of the meter is the input of the amplifier, the output of which is connected to the input of the detector, the output of which is connected to the input of the analog-to-digital converter, characterized in that that a high-pass filter, a signal extraction unit and a functional converter are introduced into it, the output of which is the output of the meter, the first input of the functional converter is connected to the output of the analog-to-digital converter, the second input of the functional converter is connected to the output of the signal extraction unit, the output of which is connected to the filter output high frequencies, the input of which is connected to the output of the input amplifier. 9. Измеритель по п. 8, отличающийся тем, что блок выделения сигнала представляет собой устройство, формирующее на выходе постоянный высокий логический уровень при появлении на его входе синусоидального сигнала, и сохраняемый в течение всего времени действия синусоидального сигнала.9. The meter according to claim 8, characterized in that the signal extraction unit is a device that generates a constant high logic level at the output when a sinusoidal signal appears at its input, and is maintained throughout the duration of the sinusoidal signal.
RU2022103182A 2022-02-08 Method for measuring the sinusoidal signal level and meter with auto-correction RU2783477C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2783477C1 true RU2783477C1 (en) 2022-11-14

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1007217A1 (en) * 1979-04-09 1983-03-23 Предприятие П/Я А-7306 Method of measuring noise in analogue-digital television channel
SU1627996A1 (en) * 1988-12-19 1991-02-15 Пензенский Политехнический Институт Method for determining phase shift of harmonic signal
DE19860720A1 (en) * 1998-12-23 2000-06-29 Siemens Ag Method for synchronizing multiple digital input signals
RU2369878C1 (en) * 2005-08-05 2009-10-10 Азд Прага С.Р.О Method of phase-sensitive evaluation of track circuit conduction current
RU2650355C1 (en) * 2017-02-20 2018-04-11 Марина Витальевна Самойленко Method of the input signal recovery passed through the filter with known characteristics
RU2653458C2 (en) * 2014-01-22 2018-05-08 Сименс Акциенгезелльшафт Digital measuring input for electrical automation device, electric automation device with digital measuring input and method of digital input measurement values processing
RU2726385C1 (en) * 2019-12-06 2020-07-13 Гарри Романович Аванесян Method of visual control of levels of a group of sinusoidal signals of different frequencies

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1007217A1 (en) * 1979-04-09 1983-03-23 Предприятие П/Я А-7306 Method of measuring noise in analogue-digital television channel
SU1627996A1 (en) * 1988-12-19 1991-02-15 Пензенский Политехнический Институт Method for determining phase shift of harmonic signal
DE19860720A1 (en) * 1998-12-23 2000-06-29 Siemens Ag Method for synchronizing multiple digital input signals
RU2369878C1 (en) * 2005-08-05 2009-10-10 Азд Прага С.Р.О Method of phase-sensitive evaluation of track circuit conduction current
RU2653458C2 (en) * 2014-01-22 2018-05-08 Сименс Акциенгезелльшафт Digital measuring input for electrical automation device, electric automation device with digital measuring input and method of digital input measurement values processing
RU2650355C1 (en) * 2017-02-20 2018-04-11 Марина Витальевна Самойленко Method of the input signal recovery passed through the filter with known characteristics
RU2726385C1 (en) * 2019-12-06 2020-07-13 Гарри Романович Аванесян Method of visual control of levels of a group of sinusoidal signals of different frequencies

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101868659B1 (en) Method and system for calibrating a shunt resistor
US20210083664A1 (en) Proximity sensor with nonlinear filter and method
US20180293419A1 (en) Reduction of noise interference for fingerprint sensing
KR101630047B1 (en) Appratus of Capacitive Touch Panel and Method of driving the same
TW201806315A (en) Automatic gain control for received signal strength indication
RU2783477C1 (en) Method for measuring the sinusoidal signal level and meter with auto-correction
US9148549B2 (en) Image processing method and image processing apparatus using time axis low band pass filter
EP3226447A1 (en) Method and system for generating a received signal strength indicator (rssi) value from a radio frequency (rf) signal
JP2014190943A (en) Signal analyzer and signal analysis method
TWI550451B (en) Control systems and touch devices
JP6318564B2 (en) IC for sensor, sensor device, electronic device, and output correction method for sensor device
US9817035B2 (en) Impedance measuring circuit
WO2018227952A1 (en) Method and device for use in adjusting passband bandwidth of filter
USRE39527E1 (en) Method and apparatus for measuring a low power signal
TWI446134B (en) Piezo-electric transducer system and signal processing method thereof
EP1248083B1 (en) Ultrasonic flowmeter
JP5945615B1 (en) Signal measuring apparatus, signal measuring system, and signal measuring method
JP6962270B2 (en) Object detection device
JP4578011B2 (en) Tuning circuit
JP6399447B2 (en) Infrared detector
JP2592999B2 (en) Cavitation noise detection method
KR101897327B1 (en) Real-time off-set removal method of force measuring sensor
JP6568608B2 (en) Signal measuring apparatus and signal measuring method
EP1576728A2 (en) System for regulating the level of an amplified signal in an amplification chain.
US20190111269A1 (en) Semiconductor integrated circuit, pacemaker pulse detection apparatus, and pacemaker pulse detection method