ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ ГАРМОНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Мелентьев Владимир Сергеевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой информационно-измерительной техники, Самарский государственный технический университет, vs_mel@mail.ru
Ярославкина Екатерина Евгеньевна, кандидат технических наук, доцент, кафедра информационно-измерительной техники, Самарский государственный технический университет, makarovak@inbox.ru
Бурдукский Никита Сергеевич, магистрант, Самарский государственный технический университет, deadmaster65@gmail.com
Нефедьев Дмитрий Иванович, доктор технических наук, заведующий кафедрой информационно-измерительной техники и метрологии, Пензенский государственный университет, iit@pnzgu.ru

621.317

Объектом исследования является частота периодического сигнала, предметом исследования – метод определения частоты, основанный на формировании дополнительных сигналов, сдвинутых относительно входного по фазе. Цель работы – исследование нового метода измерения частоты, который исключает возможность возникновения частотной погрешности формирования дополнительного сигнала и погрешности по напряжению фазосдвигающих блоков. Для определения частоты использованы мгновенные значения только входного напряжения, а дополнительные сигналы применены только для сокращения времени измерения. При анализе погрешности, обусловленной отклонением реальных сигналов от гармонической модели, использована методика, основанная на оценке погрешности результата измерения параметра как функции, аргументы которой заданы приближенно с погрешностью, соответствующей отклонению модели от реального сигнала. Предложен подход к определению частоты на основе выявления характерных точек дополнительных напряжений и измерению мгновенных значений входного сигнала в моменты их переходов через ноль. Использование такого подхода позволило разработать метод, который в отличие от большинства известных методов, основанных на формировании дополнительных сигналов, использует только мгновенные значения входного напряжения. Проведена оценка влияния угловой погрешности фазосдвигающих блоков на результирующую погрешность определения частоты. При реализации разработанного метода используется только один аналого-цифровой преобразователь, что сокращает аппаратурные затраты. Полученные результаты анализа влияния погрешности, обусловленной отклонением реального сигнала от гармонической модели, и угловой погрешности фазосдвигающего блока на погрешность результата определения частоты, позволяют выбирать оптимальные параметры измерительного процесса в зависимости от требований по точности и времени измерения.

Ключевые слова

частота, гармоническая модель, мгновенные значения, дополнительные сигналы, фазосдвигающий блок, погрешность, отклонение реального сигнала от модели.

 Скачать статью в формате PDF

1. Ратхор, Т. С. Цифровые измерения. АЦП/ЦАП / Т. С. Ратхор. – М. : Техносфера, 2006. – 350 с.
2. Зайцев, С. Цифровые методы времячастотных измерений / С. Зайцев // Современная электроника. – 2009. – № 6. – С. 20–23.
3. Melentiev, V. S. An improvement in the methods used for the measurement of the integrated characteristics of harmonic signals / V. S. Melentiev, V. I. Batishchev, A. N. Kamyshnikova, D. V. Rudakov // Measurement Techniques. – 2011. – Vol. 54, № 4. – Р. 407–411.
4. Мелентьев, В. С. Исследование метода измерения частоты гармонических сигналов / В. С. Мелентьев, Ю. М. Иванов, А. А. Миронов // Ползуновский вестник. – 2013. – № 2. – С. 198–201.
5. Мелентьев, В. С. Методы измерения частоты на основе сравнения гармонических сигналов, сдвинутых в пространстве и разделенных во времени / В. С. Мелентьев, А. Е. Синицын, А. А. Миронов // Информационно-измерительные и управляющие системы : сб. науч. ст. – Самара : Самар. гос. техн. ун-т, 2013. – № 1 (8). – С. 75–79.
6. Мелентьев, В. С. Повышение точности измерения частоты по отдельным мгновенным значениям гармонических сигналов / В. С. Мелентьев, Е. Е. Ярославкина, Е. В. Павленко // Вестник Самар. гос. техн. ун-та. Серия «Технические науки». – 2014. – № 3 (43). – С. 58–62.
7. Мелентьев, В. С. Исследование метода измерения частоты выходных сигналов датчиков / В. С. Мелентьев, А. Е. Синицын, Е. Е. Ярославкина // Южно-Сибирский научный вестник. – 2014. – № 1 (5). – С. 54–56.
8. Мелентьев, В. С. Метод измерения частоты по мгновенным значениям гармонических сигналов / В. С. Мелентьев, Е. Е. Ярославкина, В. В. Муратова // Методы, средства и технологии получения и обработки измерительной информации : сб. науч. ст. Междунар. науч.-техн. конф. «Шляндинские чтения – 2014». – Пенза : Изд-во ПГУ, 2014. – С. 9–11.
9. Мелентьев, В. С. Аппроксимационные методы и системы измерения и контроля параметров периодических сигналов / В. С. Мелентьев, В. И. Батищев. – М. : Физматлит, 2011. – 240 с.