Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ точных методов и средств измерений электрического напряжения амшштудо-импульсного модулированного сигнала в диапазоне частот от 100 кГц до 1000 МГц 13
І.І.Метод сравнения с мерой постоянного напряжения и структуры построения средств измерений напря жения амплитудно-импульсного модулированного сигнала 14
1.2. Метод сравнения с мерой переменного напряжения и структуры построения средств измерений напря жения амплитудно-импульсного модулированного сигнала . 22
Глава 2. Разработка высокоточного метода измерения электрического напряжения амплитудно-импулъсного модулированного сигнала 36
2,1.Разработка метода сравнения с мерой переменного напряжения путем предварительного квантования по времени измеряемого сигнала и сигнала меры 36
2.2. Теоретический анализ погрешности рассогласова ния при измерении переменного электрического напряжения 52
Глава 3. Разработка методов оценивания погрешности рассогласования при измерении электрического напряжения аміштудо-импульсного модшрованного сигнала 88
3.1.Оценивание погрешности рассогласования при измерении напряжения меры амплитудно-импульс ного модулированного сигнала 89
3.2. Оценивание погрешности рассогласования при поверке измерительных устройств напряжения амплитудно-импульсного модулированного сигнала 106
Глава 4. Образцовые средства измерений напряжения ажштудо-шдоульсного модулированного сигнала и результаты их экспериментальных исследований 133
4.1. Особенности построения поверочных установок для измерительных устройств напряжения амплитудно-импульсного модулированного сигнала 133
4.2. Особенности построения многозначных мер напряжения амплитудно-импульсного модулирован ного сигнала 166
4.3.Разработка проекта дополнений к государствен ной поверочной схеме по ГОСТ 8.072-82 188
Выводы 192
Заключение 195
Литература 199
Приложения 211
- Метод сравнения с мерой переменного напряжения и структуры построения средств измерений напря жения амплитудно-импульсного модулированного сигнала
- Теоретический анализ погрешности рассогласова ния при измерении переменного электрического напряжения
- Оценивание погрешности рассогласования при поверке измерительных устройств напряжения амплитудно-импульсного модулированного сигнала
- Особенности построения многозначных мер напряжения амплитудно-импульсного модулирован ного сигнала
Введение к работе
Создание и дальнейшее совершенствование метрологического обеспечения отраслей народного хозяйства и промышленности явля -ется важной народнохозяйственной задачей,вошедшей в основные направления Государственного плана экономического и социального развития СССР на 1981-85 годы. Важность поставленной задачи вытекает из основных целей метрологического обеспечения, которыми являются [l»2]:
- повышение качества продукции, эффективности управления производством и уровня автоматизации производственных процессов;
- обеспечение взаимозаменяемости деталей, узлов и агрегатов, создание необходимых условий для кооперирования производства и развития специализации;
- повышение эффективности научно-исследовательских и опытно-кон-структррских работ, экспериментов и испытаний;
- обеспечение достоверного учета и повышение эффективности ис -пользования материальных ценностей и энергетических ресурсов;
- повышение эффективности мероприятий по профилактике, диагностике и лечению болезней, нормированию и контролю условий труда и быта людей, охране окружающей среды; оценке и рациональному использованию природных ресурсов;
- повышение уровня автоматизации управления транспортом и безопасности его движения;
- обеспечение высокого качества и надежности связи.
В соответствии с программой работ по совершенствованию эталонной базы страны в области электрических измерений, проводится дальнейшее развитие системы эталонов и методов передачи размеров единиц электрических величин переменного тока 3,4.
В настоящее время создано метрологическое обеспечение для средств измерений (СМ) переменного электрического напряжения,техни -ческой основой которого являются:
- государственные специальные эталоны, обеспечивающие воспроизведение размера единицы переменного напряжения с наивысшей точ -ностью,и государственные поверочные схемы,устанавливающие передачу размера единицы переменного напряжения от государственного эталона образцовым и рабочим СИ в диапазоне частот от 20 до 3-Ю9 Гц;
- стандарты на термины и определения для данного вида измерения; на технические требования, методы и средства поверки.
Однако в информационно-измерительных системах наземной и космической связи, в радиолокационных и радионавигационных системах широко используют модулированные сигналы и, в частности, амплитудно-импульсный модулированный (АИМ) сигнал, причем требуется с заданной точностью измерять его максимальное значение напряжения. В качестве рабочих СИ напряжения ШМ сигнала используют электронные вольтметры подгруппы В4, измерители параметров им -пульсов подгруппы И4 и измерительные преобразователи с аналоговыми или цифровыми отсчетными устройствами, предназначенные для измерения максимального значения напряжения ШМ сигнала. Электронные вольтметры подгруппы В4 и измерители параметров импульсов подгруппы Й4 представляют собой комбинированные приборы, предназначенные для измерения постоянного напряжения, переменного напряжения сигнала синусоидальной формы, напряжения ШМ сигнала и импульсного напряжения. Периодическая поверка рассматриваемых подгрупп СИ проводится на постоянном напряжении, на переменном напряжении сигнала синусоидальной формы и на импульсном напряжении в соответствии с действующими на данный вид измерения стандартами. Стандарты или другие нормативные документы по поверке рассматри - 6 ваемых СИ в режиме ШМ сигнала в настоящее время отсутствуют и определение их основной и дополнительной погрешностей проводится на стадии разработки и испытаний в основном косвенными методами измерения в сочетании с расчетными. При уровнях измеряемого напряжения от 0,1 до 10 В максимального значения, на этапе разра -ботки определяют у рассматриваемых СИ значения частотной погрешности первичного измерительного преобразователя на сигнале синусоидальной формы в рабочем диапазоне несущих частот, а значения погрешности промежуточного измерительного преобразователя с его отсчетным устройством - на импульсном сигнале в рабочем диапазоне частот следования и длительностей модулирующего импульса. Устанавливают пределы допускаемой погрешности измерения напряжения АИМ сигнала для каждого типа СИ по результатам проведенных измерений на синусоидальном и импульсном сигналах и с учетом найденной теоретической зависимостью между ними и ММ сигналом. При уровнях напряжения свыше 5 В максимального значения, в рассматриваемых СИ применяют выносные фиксированные делители напряжения с высоким входным сопротивлением и значениями коэффициента деле -ния 1:10; 1:30; 1:100. Значения коэффициента деления таких дели -телей напряжения определяют на этапе разработки и выпуска в соответствии с методикой,принятой для электронных вольтметров переменного напряжения подгруппы ВЗ, т.е. на постоянном напряжении и на переменном напряжении частоты градуировки при наибольших допустимых уровнях напряжения, а затем на малом уровне переменного на -пряжения синусоидальной формы в рабочем диапазоне несущих частот. При уровнях напряжения от 5 до 150 В максимального значения, несущих частотах от 4 10° до 3 10° Гц, длительностях модулирующего импульса от 10 до 5 10 С и скважности не более 1 10, возможна комплектная поверка в режиме ММ сигнала путем непосредственного сличения с образцовым диодным компенсационным вольтметром
- 7 B4-II или B4-I9, технические характеристики которых приведены в табл.1.1, но ВЧ-П снят с производства в конце 70-х годов, а ВЧ-І9 промышленностью не освоен и его выпуск не планируется даже в Ш пятилетке. Следовательно, в настоящее время отсутствует в полном объеме метрологическое обеспечение разработки и выпуска СИ напряжения ШМ сигнала, в особенности при уровнях напряжения 0,1 5 В, а также отсутствуют методы оценивания в статическом и динамическом режимах погрешности рассогласования, возникакщей при измерении и поверке СИ напряжения АИМ сигнала, что часто приводит к необоснованным оценкам погрешности измерения рассматри -ваемых СИ, снижает достоверность измерения ими и сдерживает дальнейший рост повышения их точности , а это, в свою очередь, отражается на качестве и надежности работы в режиме АЙМ сигнала систем наземной и космической связи, радиолокационных и радионавигационных систем.В соответствии с Комплексной межотраслевой прог -раммой метрологического обеспечения в области электрических измерений на 1981-85 годы, основной задачей в области измерения напряжения ШМ сигнала является разработка методов и образцовых СИ, способных с наивысшей точностью обеспечить измерение и поверку рабочих СИ напряжения ШМ сигнала в диапазоне несущих частот,уровней напряжения, длительностей и частот следования. Решение этой задачи является технической основной для создания метрологического обеспечения СИ напряжения АИМ сигнала, без которого невозможна разработка промышленностью в ХП пятилетке нового электронного вольтметра повышенной точности, которым планируется заменить все выпускаемые в настоящее время рабочие СИ подгрупп ВЧ и И4. Решение этой общей задачи, с учетом прогноза развития рабочих СИ напряжения ШМ сигнала на Ш пятилетку, приведенным в табл. 1.2, складывается из решений следующих частных задач: - разработки и исследования метода, обеспечивающего с наивысшей
- точностью измерение максимального значения напряжения ШШ сигнала в диапазоне несущих частот от 100 кГц до 1000 МГц при значениях напряжения 0,01-10 В, длительностях модулирующего импульса от 50 не до 50 мс и частоте следования от 20 Гц до I МГц;
- разработки методов оценивания в статическом и динамическом режимах погрешности рассогласования, возникающей при измерении и поверке СИ напряжения ММ сигнала;
- разработки структур построения образцовых СИ напряжения ШМ сигнала;
- разработки и экспериментального исследования образцовых СИ напряжения ШМ сигнала.
Целью данной диссертационной работы является разработка и исследование методов и образцовых СИ напряжения ІШ сигнала в диапазоне несущих частот от 100 кГц до 1000 МГц, необходимых для решения важной народнохозяйственной задачи метрологического обеспечения данного вида измерения в соответствии с Комплексной программой метрологического обеспечения в области электрических измерений на 1981-85 годы.
В соответствии с целью работы выбрана структура построения диссертации.
В первой главе проведена систематизация и анализ точных методов и средств измерений напряжения ШМ сигнала в диапазоне несущих частот от 100 кГц до 1000 МГц, позволившие для измерения максимального значения напряжения ШМ сигнала выбрать метод срав выполцение нения с мерой переменного напряжения, так как он обеспечивает большинства технических требований, за исключением погрешности измерения; поэтому показано, что требуется его разработка в части исключения систематической погрешности, вызванной изменением коэффициента преобразования первичного преобразователя измери - 9 тельного прибора сравнения при переходе от ШМ сигнала к сигналу синусоидальной формы.
Во второй главе проведена разработка метода сравнения с мерой переменного напряжения для измерения максимального значения напряжения ШМ сигнала,в котором, для исключения систематической погрешности первичного преобразователя измерительного прибора сравнения, предложено производить предварительное квантование по времени ШМ сигнала и сигнала меры, а затем сравнивать максимальное значение напряжения сигнала выборки, взятой из измеряемого ШЖ сигнала, с максимальным значением напряжения сигнала выборки, взятой из сигнала меры переменного напряжения; помимо этого, проведен теоретический анализ погрешности рассогласования, возникающей при передаче размера единицы переменного напряжения, а получе ченные аналитические выражения позволяют получить ее оценки либо путем определения поправок, либо в виде пределов допускаемых относительных погрешностей.
В третьей главе проведена разработка методов оценивания в статическом и динамическом режимах погрешности рассогласования при измерении и поверке СИ напряжения ШМ сигнала, получены аналитические выражения, позволяющие получить ее оценку либо путем определения поправок, либо в виде пределов допускаемых относи -тельных погрешностей.
В четвертой главе приведены особенности разработанных образцовых СИ на основе предложенных структур их построения, а также результаты их экспериментальных исследований и разработан проект дополнений к государственной по верочной схеме по ГОСТ 8.072-82.
Научная новизна полученных результатов заключается в том, что:
- систематизированы методы измерения и структуры построения СИ напряжения ЖМ сигнала;
- разработан метод, обеспечивающий наивысшую точность измерения максимального значения напряжения ШМ сигнала;
- получены аналитические выражения, позволяющие производить оцен ку погрешности рассогласования при измерении и передаче размера единицы переменного напряжения;
- разработаны методы оценивания погрешности рассогласования в статическом и динамическом режимах измерения и поверки СИ напряжения ШМ сигнала, позволяющие, с помощью полученных аналитических выражений для всех встречащихся на практике случаев измерений, учитывать ее путем введения поправок либо определять ее оценки в виде пределов допускаемых относительных погрешностей;
- предложены новые структуры построения образцовых СИ напряжения в диапазоне частот 100 кГц 1000 МГц; приборов
- разработаны методики метрологической аттестации в качестве образцовых СИ напряжения ШМ сигнала в диапазоне частот 100 кГцт-r 1000 МГц;
- разработан проект дополнений к государственной поверочной схеме по ГОСТ 8.072-82, в котором обеспечивается связь размера единицы напряжения ШМ сигнала с размером единицы переменного напряжения, воспроизводимых ГСЭ,и его передача рабочим СИ практически без потери точности.
Практическая значимость заключается в том, что: I. Разработан, исследован и внедрен в метрологическую практику комплекс СИ напряжения ШМ сигнала, аттестованных в качестве образцовых, и включающий в себя:
- установки УПВ-50-І и УГВ-І00-ІА, предназначенные для поверки из мерительных преобразователей и электронных вольтметров ММ сиг 5 8 нала в диапазоне несущих частот от 10й до 10й Гц, длительностях 7 —4 модулирующего импульса от 5 10"" до 5 10 с, частоте следова - II ния от 4 10і до І ІО5 Гц, значениях напряжения от І0 "1 до 10 В и с пределами допускаемых относительных погрешностей±(2тП)1(Г?
- установки ЩВ-ИМ, предназначенные для воспроизведения макси мального значения напряжения АИМ сигнала и поверки СИ напряжения ШМ сигнала, работающих в согласованных трактах, в диапа зоне несущих частот от 3 I0U до П 1(г Гц, длительностях моду 7 Ъ лирущего импульса от 5 10 до 2 10 с, частоте следования от 2»1(г до 1 10 Гц, значениях напряжения от 2» КГ1 до 5 В и с пределами допускаемых относительных погрешностей! ІтІ,5)10"f которые работают совместно с системой ПК "Метролог2", обеспечивающей получение прямого отсчета и обработку результатов наблюдений.
2. Разработаны и внедрены в метрологическую практику методы оценивания погрешности рассогласования в статическом и динамическом режимах измерения и поверки СИ переменного напряжения и напряжения МП сигнала.
3. Разработан проект дополнений к государственной поверочной схеме по ГОСТ 8.072-82, в котором обеспечивается связь размера единицы напряжения ММ сигнала с размером единицы переменного напряжения, воспроизводимым ГСЭ,и его передача рабочим СИ практически без потери точности.
Результаты работ , выполненных- под научным руководством и при непосредственном участии автора, внедрены на шести предприятиях, в том числе и в НПО "ВЕШИМ шл.Д.И.Менделеева". Согласно актам состоявшегося внедрения суммарный годовой экономический эффект составляет 105 тыс.руб.
Основные положения диссертации и отдельные ее результаты доложены и обсуждены:
- на научно-техническом семинаре "Метрология в радиоэлектронике", г.Москва, 1970 г.;
- на ХХХШ, ХХХУ, ХХШ, ХХХУП, ХХХУШ областных научно-технических конференциях по узловым проблемам радиотехники, электроники и связи, г.Ленинград, 1978, 1980, 1981, 1982, 1983 г.г.;
- на Всесоюзном совещании "Точные измерения энергетических величин", г.Ленинград, 1982 г.;
- на научно-технических семинарах НПО "ЕНИИМ им.Д.И.Менделеева?
По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, включая 4 авторских свидетельства; в том числе 6 печатных работ и 3 авторских свидетельства без соавторов.
На защиту выносятся следующие основные положения:
1. Метод измерения максимального значения напряжения ММ сигнала, основанный на сравнении с мерой переменного напряжения путем предварительного квантования по времени измеряемого АИМ сигнала и сигнала меры.
2. Методы оценивания погрешности рассогласования в статическом и динамическом режимах измерения и поверки СИ переменного напряжения и напряжения АИМ сигнала.
3. Новые структуры построения образцовых СИ напряжения ШМ. сигнала в диапазоне частот 100 кГц 1000 МГц.
Метод сравнения с мерой переменного напряжения и структуры построения средств измерений напря жения амплитудно-импульсного модулированного сигнала
В рассматриваемом методе измерения, при помощи измерительного прибора сравнения, осуществляют сравнение амплитудного значения напряжения ШМ сигнала с амплитудным значением переменного напряжения меры гармонического сигнала, частота которого равна несущей частоте ШМ сигнала, при этом основная погрешность измерения амплитудного значения напряжения ШМ сигнала включает в себя погрешность меры переменного напряжения и погрешность сравнения. Используют два варианта построения измерительного прибора сравнения, а именно, как:- диодный преобразователь на полупроводниковом диоде с индикатором импульсного тока диода, содержащим широкополосный усилитель с электронным милливольтметром импульсного тока ГI4-I7J ;- диодный преобразователь на полупроводниковом диоде с индикатором импульсного тока диода, содержащим стробоскопический преобразователь с индикатором постоянного тока 14,17.
На рис.1.2 приведена структурная схема измерительного прибора,предназначенного для измерения амплитудного значения напряжения АИМ сигнала, в котором реализован метод сравнения с мерой переменного напряжения и где в качестве измерительного прибора сравнения применен диодный преобразователь на полупроводниковом диоде с индикатором импульсного тока диода, содержащим широкополосный усилитель с электронным милливольтметром импульсного тока 14-17 . Методика измерений состоит из двух этапов. На первом этапе измерения подают АЙМ сигнал /ъ (ъ ), аналитическое определение которого соответствует выражению (I.I), а аналитическое определение формы его огибающей Л it):где іц , Т есть длительность и период модулирующего импульса, а ҐІ = 0,1,2,...,/71 , /7Z- целое положительное число. Сигнал К, (и ) подают через основной канал направленного ответви-теля I и проходной соединительный элемент 2 на вход диодного преобразователя 3, работающего в режиме квадратичного детектора. В диодном преобразователе полупроводниковый диод включен на выходе делителя напряжения с коэффициентом деления порядка 25 дБ длятого, чтобы уровень напряжения на диоде не превышал 1»10 В. Свыхода диодного преобразователя импульсный сигнал поступает на широкополосный усилитель 4 и его амплитуду измеряют электронным вольтметром импульсного тока 5. На втором этапе измерения отключают ММ сигнал и от измерительного генератора 7, через вспомогательный канал направленного ответвителя, подают сигнал синусои -дальной формы с кратковременным срывом его колебаний аналитическое определение которого где Си есть длительность импульса, установленная на генераторе импульсов 8, модулирующего измерительный генератор 7 на срыв его колебаний, а Т- период модулирующего импульса. Устанавливают 6 и - Си и подают сигнал Лі (і) на вход диодного преобразователя, при этом посредством фазоинвертора широкополосного усилителя устанавливают первоначальную полярность импульсного сигнала, а регулировкой уровня напряжения измерительного генератора -те же показания электронного вольтметра имз пульсного тока, что и на первом этапе измерения. Измеряют образцовым электронным вольтметром 6 гармонического сигнала амплитудное значение переменного напряжения сигнал Ti1{t) и принимают, что амплитудное значение напряжения ШМ сигнала rC (t) равно измеренному амплитудному значению переменного напряжения сигнала Rj (t). Обычно Lj Т и поэтому Погрешность измерения определяется рядом составляющих, ос -новными из которых, без учета погрешности рассогласования, являются [I4-I7J:- погрешность измерения амплитудного значения переменного напряжения, включающая в себя погрешность, вызванную отклонением формы сигнала от синусоидальной 8J;- погрешность, вызванная изменением коэффициента преобразования диодного преобразователя вследствие того, что при изменении температуры "p-h," перехода диода изменяется ток насыщения диода, что, в свою очередь, приводит к эквивалентному сдвигу его вольт-амперной характеристики, так как при подаче сигналаЯ (t) температура перехода диода определяется как а при передаче сигнала ) имеет е7J -первоначальная температура "р-пп перехода; Та - температура теплоотвода; Р - рассеиваемая мощность; t - время действия входного сигнала; (у; - тепловое сопротивление диода; t - тепловая постоянная диода; bl-f - частотная погрешность диодного преобразователя, вызванная различной шириной спектра дт сигналов R ( t ) и Яі ( t ), так как [ 20,211 :где dij и clz - определяют из выражения (1.5), заменив левую часть выражения (1.5), например,на 0,005 и 0,995 соответственно,а А= ?/7 /f 20,2l; S Ы - погрешность, вызванная изменением среднего значения напряжения сигнала R \ ( t ) за счет кратковременного срыва его колебаний, которая носит систематический характер и может быть учтена путем введения поправки, а составляющие относительной погрешности, вызванные неточностью определения значений 6и и / самой поправки,определяются выражениями ІІ4І:
гдеД , АТ есть абсолютные погрешности измерения 7J и 7 .Метод сравнения с мерой переменного напряжения, где в качестве измерительного прибора сравнения применен диодный преобра
Теоретический анализ погрешности рассогласова ния при измерении переменного электрического напряжения
При измерении переменного электрического напряжения, в измерительных коаксиальных трактах линий передачи, возникает погрешность, вызванная отклонением значений входного и выходного соп -ротивлений средств измерений переменного электрического напряжения от значения волнового сопротивления линии передачи (2 ) и получившая название погрешности рассогласования. Измерение переменного электрического напряжения производят в установившемся (статическом) режиме, поэтому и погрешность рассогласования определяется для статического режима. Ее анализу посвящено ряд работ, в которых, однако, либо приведен упрощенный анализ для нескольких случаев измерения, либо приведены частные формулы для расчета [45-50]. Так как погрешность рассогласования очень часто является доминирующей, то проведем более строгий ее анализ для разных методов измерения переменного напряжения. Б качестве математического аппарата используем метод матричного анализа и ориентированных сигнальных графов 51-54]. . Измерение переменного напряжения меры с помощью измерительного устройства переменного напряжения
Схема соединения приборов при измерении, содержащая меру I переменного напряжения и образцовое измерительное устройство 2 переменного напряжения, приведена на рис.2.4.а, а ее ориентиро -ванный граф на рис.2.4.б. Здесь и далее сечения " 7 7 " и "6ё " (рис.2.4. а) проведены условно через контактные плоскости коакси -альных высокоточных соединителей. При этом положено, что воспроизводимое мерой переменное электрическое напряжение нормировано на согласованной нагрузке с сопротивлением, равным z0 , а линия передачи на участке "CZ&" - п6о " не имеет потерь. При подключении к мере реальной нагрузки, сопротивление которой не равно Zo t изменяется уровень воспроизводимого мерой переменного напряжения на входе образцового измерительного устройства переменного напряжения. Выражение для пределов допускаемой относительной погрешности /j o запишем через отношение переменного напряжения ( U ), воспроизводимого мерой на реальной нагрузке в сечении " о b " к номинальному значению переменного напряжения ( U0 ), воспроизводимого мерой на согласованной нагрузке в сечении " CXCL" что справедливо также и в случае поверки и градуировки по образцовой мере измерительных устройств переменного напряжения. Вое -пользовавшись формулой Мэзона для ориентированного графа, приведенного на рис.2.4.б, запишемгде U0 - комплексное значение переменного напряжения в сечении " QO. ", соответствующее номинальному значению переменного напряжения на согласованной нагрузке с сопротивлением, равным Q ; U » U - комплексные значения переменного напряжения падающей и отраженной волн в сечении " Ь& " соответственно;Г/ , Г? комплексные знчения коэффициента отражения выхода меры переменного напряжения в сечении "CLCL " и входа образцового измерительного устройства переменного напряжения в сечении " об " соответственно; ju - фазовая постоянная; ь, - длина отрезка регулярной линии передачи между сечениями "CZCL" и "So "; ҐІ = = 0, 1,2,3, ... /71 , /71 - целое положительное число. Выражение для комплексного значения результирующего переменного напряжения ( U ) установившегося электрического поля в сечении " юо " запишем как Ц = (J +Ц но, так как Ц -U /У. то тогда (2.13)
Следовательно, если входное сопротивление образцового измерительного устройства переменного напряжения не равно 0 , то даже при идеальном согласовании меры переменного напряжения (/7 = 0) значение Д0 не равно нулю и его определяет по формуле Д, = + ( fg-ioo ) %.
Если выходное сопротивление меры равно нулю, ТО Г і = - I и тогда /\0 = 0.56 Рассмотрим случай, когда выходное сопротивление меры переменного напряжения и входное сопротивление образцового измери -тельного устройства переменного напряжения имеют чисто активный характер и
Оценивание погрешности рассогласования при поверке измерительных устройств напряжения амплитудно-импульсного модулированного сигнала
В данном случае при поверке осуществляют разновременное или одновременное сравнение показаний поверяемого и образцового измерительных устройств напряжения ММ сигналов.
Разновременное сравнение Методика измерений состоит из двух этапов. Схема соединения приборов на первом этапе измерения приведена на рис.3.3.а, а ее ориентированный граф - на рис.3.3.б. На первом этапе измерения выход источника I напряжения Ё/М сигнала подсоединен ко входу поверяемого измерительного устройства 2 напряжения ШМ сигнала и регулировкой уровня напряжения источника устанавливают указатель отсчетного устройства поверяемого измерительного устройства на -пряжения ШМ сигнала на поверяемую отметку. Так как ориентированный граф, приведенный на рис.3.3.б, аналогичен по структуре ориентированному графу, приведенному на рис.3.1.б, то выражение дляJJJt) запишем по аналогии с выражением для \J(t) п. 3,1.1, заменив в нем -б на ъ и с учетом того, чтогде {J/(t) С{Г(І) комплексные значения напряжения MM сигнала падающей и отраженной волн, на первом этапе измерения, в се/ чении "00 " соответственно; /7 »/? " комплексные значения коэффициента отражения выхода источника напряжения ШМ сигнала и входа поверяемого измерительного устройства напряжения ММ сигна-ла соответственно; Ui(t) - комплексное значение напряжения АЙМ сигнала устанавливающегося электрического поля в сечении" о о V IJJt)- комплексное значение напряжения .ШМ сигнала устанавливающегося электрического поля в сечении "СЩ ", соответствующее номинальному значению напряжения .ШМ сигнала на согласованной нагрузке с сопротивлением, равным .0 ; Qj(t) импульсная ха -рактеристика выходной цепи источника напряжения АИМ сигнала;Q2(t) импульсная характеристика входной цепи поверяемого измерительного устройства напряжения ШШ сигнала; - длина отрезка регулярной линии передачи между сечениями "Qa " и "об "; ҐІ = = 0, I, 2, 3, ... fn , tn - целое положительное число. Схема соединения приборов на втором этапе измерения приведена на рис.3.3.а, а ее ориентированный граф - на рис.3.3.в. На втором этапе измерения выход источника I напряжения ШЖ сигнала подсоединяют ко входу образцового измерительного устройства 3 напряжения ЖМ сигнала и измеряют напряжение источника» Так как ориентированный граф, приведенный на рис.3.3.в, аналогичен по структуре ориентированному графу, приведенному на рис.3.3.б, то выражение для tJ2(t) запишем по аналогии с выражением для JJ(t) п.З.І.Ізаменив в нем Q на /J Qz(t) на 9з$) » на & и с учетом того, чтогде Ы/() h\p(t) - комплексные значения напряжения АИМ сигнала падающей и отраженной волн, на втором этапе измерения, в сечении "СС п соответственно; Q (t) - импульсная характеристика входной цепи образцового измерительного устройства напряжения
АИМ сигнала; /J - комплексное значение коэффициента отражения входа образцового измерительного устройства напряжения АИМ сигнала; Ъ - длина отрезка регулярной линии передачи между сечения ми "(2a " и "ее "; [У (і) - комплексное значение напряжения АЙМ сигнала установившегося электрического поля в сечении " С с ". Запишем общее выражение для /S 0 в символической формегде gn-i - соответствует времени прихода падащей волны АИМ сигнала в сечение nS6 "на первом этапе измерения; іг - соответствует времени прихода отраженной волны ШМ сигнала в сечение nCLCLn на первом этапе измерения; 2/г-і соответствует времени прихода падащей волны ММ сигнала в сечение " С С " на втором этапе измерения; п соответствует времени прихода падащей волны ШМ сигнала в сечение "CLQ. " на втором этапе измерения; /г = I, 2, 3, 4, .../71, К; /71, К - целые положительные числа.
Если выходное сопротивление источника напряжения ШМ сигнала и входное сопротивление поверяемого и образцового измерительных устройств напряжения ШМ сигнала имеют комплексный характер, то в динамическом режиме значение Д0 следует рассчитывать с помощью выражения (3.15) или (3.16), а в статическом режиме значение Д0 следует рассчитывать по форлуле (2.24) или (2.25).
Рассмотрим случай, когда выходное сопротивление источника напряжения ШМ сигнала и входное сопротивление поверяемого и образцового измерительных устройств напряжения ШМ сигнала имеют чисто активный характер и 19г4ГХ.
Если , , t 22 = г2 ?о 3=Ъз Л ,где j?y - полное выходное сопротивление источника напряжения ШМсигнала; ,й , й - полное входное сопротивление поверяемого и образцового измерительных устройств напряжения ШМ сигнала соответственно, то в переходном режиме формулу для расчета А0 в про-центах зашшем по аналога с (3.3) при 7, = & ?0 .=& (числитель) и при І = 1?ІУ?О,?З = 11ЗУ?О (знаменатель)в установившемся режиме формула для расчета Д0 в процентах аналогична (2.26).ЕСЛИ І = К1 ?0; 2-Кг ?0 5=Ъ3 2о . ТО В ПвреХОДНОМ РЄЖИ ме формулу для расчета Д 0 в процентах запишем по аналогии с (3.4) при І = ИІ О, 2 Hz o ( слщель) и при Zi -И ?о,?з - (знаменатель) аналогична (2.27).Если Zi = Ki ?0 , % =% о , з =% ?о » то в переходном режиме формулу для расчета А0 в процентах запишем по аналогии с (3.5) при 4=Hi 70 , Z2-R2 o (числитель) и І5 - Йз о (знаменатель)Л В установишемся режиме формула для расчета Д0 в процентах
аналогична (2.29).Если i Ri У?о г %2 ?о з= Rs 70 » то в переходном режиме формулу для расчета Д0 в процентах запишем по аналогии с (3.3) при 1=RiyZ0,Z2= 2 o (числитель) и по аналогии с (3.6) при Z1 = Z0, i =RS Z0 (знаменатель) В установившемся режиме формула для расчета А0 в процентах аналогична (2.30).Если Z R ZQt Z2-R2 Z0 , - то в переходном режиме формулу для расчета /S0 в процентах запишем по аналогии с (3.4) при Zi-Ri Zo, Zf Rp Zo (числитель) и по аналогии с (3.5) при Zi R Zo , Z5 = Ri Z0
Особенности построения многозначных мер напряжения амплитудно-импульсного модулирован ного сигнала
Для воспроизведения максимального значения напряжения ШМ сигнала в сечении выходного электрического соединителя по ГОСТ 11317-80, предложены структуры построения многозначных мер напряжения ШМ сигнала в диапазоне несущих частот от 100 кГц до 1000 МГц [94-96].
На рис. 4.7 приведена структура построения многозначной меры напряжения ШМ сигнала для диапазона несущих частот от 100 кГц до 300 МГц. Она содержит меру переменного напряжения I, выход которой подсоединен ко входу управляемого аттенюатора 2. Выход управляемого аттенюатора подсоединен ко входу модулятора 3, а его выход подсоединен ко входу аттенюатора 4. С выхода меры переменного напряжения и с выхода модулятора сигналы поступают на входы управляемых детекторов 7 и 5 соответственно, а на их входы управления поступают управляющие импульсы с выхода одного канала двух-канального генератора импульсов 6, а с выхода его другого канала управляющий импульс поступает на управляющий вход модулятора. С выходов управляемых детекторов сигналы поступают на входы сравнивающего устройства 8, при этом разностный сигнал с его выхода поступает на управляющий вход управляемого аттенюатора. Принцип действия заключается в том, что на входе аттенюатора автоматически поддерживается максимальное значение напряжения ШМ сигнала равным амплитудному значению переменного напряжения меры, при этом аттенюатор служит в качестве масштабного преобразователя для расширения пределов измерения в сторону малых уровней напряжения. Погрешность воспроизведения максимального значения напряжения ШМ сигнала складывается из следующих составляющих: - погрешности воспроизведения переменного напряжения мерой;- погрешности определения значения вносимого аттенюатором ослабления;- погрешности определения равенства максимального значения напряжения ШЖ сигналаамплитудному значению переменного напряжения;- погрешности вследствие изменения во времени вносимого аттенюатором ослабления;- погрешности вследствии изменения во времени коэффициента преобразования управляемых детекторов;- случайной погрешности воспроизведения максимального значения напряжения ШМ сигнала.
Были проведены экспериментальные исследования макета многозначной меры напряжения ММ сигнала, построенной по рассмотренной выше структуре построения, с целью выявления неучтенных систематических погрешностей, при этом в качестве меры переменного напряжения использовалась установка BI-6 и генераторный блок от установки BI-I5,выходное значение напряжения которых было установлено равным 3 В по ОСИ напряжения 2-го разряда на частотах 1 105; 1-Ю7; З Ю8; 1-Ю8; 2«Ю8; 3-Ю8 Гц [97]. В качестве управляє -мого аттенюатора использовался усилитель-модулятор от установки УІІВ-І00-ІА, а на частотах 2«10 и 3 10 Гц - усилитель-модулятор измерительного генератора ГЗ-20, при этом в качестве управляемых детекторов использовались управляемые детекторы из установки ШВ-І00-ІА [79,80]. Устанавливали нулевое положение аттенюатора типа Д0-4 и регулировкой уровня напряжения усилителя-модулятора устанавливали нулевое показание микровольтметра,подключенного на выход сравнивающего устройства. Измеряли выходное значение напряжения ММ сигнала 3 В, при длительностях модулирующего импульса 1 10 с, 2 10 6 с и скважности I(rt с помощью диодного компенсационного импульсного вольтметра ВЧ-ІІ, подключенного посредством соединительного элемента,у которого коэффициент стоячей волны напряжения не превышал 1,01 [14-16]. В табл.4.9 приведены составляющие погрешности градуировки и границы погрешности градуировки мер переменного напряжения по ОСМ напряжения 2-го разряда [8l], а в табл.4.10 приведены составляющие погрешности измерения и границы погрешности результата измерения напряжения АЙМ сигнала с помощью ОСИ напряжения ШШ сигнала [в]. В табл.4.9 и 4.10 0/ есть границы НСП измерения переменного напряжения, 0j есть границы НСП измерения напряжения ШМ сигнала, а (У2 есть границы НСП рассогласования, рассчитанные из условия, что на пределе ЗВ установки ВІ-6 и ВІ-І5 имеют выходное сопротивление близкое к нулю, а также близко к нулю выходное сопротивление меры АИМ сигнала, когда аттенюатор включен в нулевое положение [97]. Границы НСП при градуировке мер переменного напряжения определяются какЙ/ ґЛїУ то Д= & РезУльтаты сличений приведены на рис.4.8, где кривая I соответствует установленному значению переменного напряжения 3 В, кривая 2 соответствует измеренному значению напряжения ШМ сигнала, а вертикальные линии определяют гра -ницы абсолютной погрешности сличения меры с ОСИ напряжения ШМ сигнала определяемые как Д = К1/ f + Bz Полученные ре -зультаты свидетельствуют об отсутствии неучтенных систематических погрешностей и подтверждают возможность создания многозначных мер напряжения ШМ сигнала в диапазоне несущих частот от 100 кГц до 300 МГц на основе предложенной структуры построения и с пределами допускаемых относительных погрешностей 0,5 1,5 %. на опорном уровне напряжения 3 В.
На рис.4.9 приведена структурная схема многозначной меры напряжения ШМ сигнала для диапазона несущих частот от 300 до 1000 МГц. Она содержит источник 2 переменного напряжения и напря
