RU2281519C1

RU2281519C1 - Method for measuring harmonic-signal dc component

Info

Publication number: RU2281519C1
Application number: RU2005109048/28A
Authority: RU
Inventors: Феликс Викторович Зандер (RU); Феликс Викторович Зандер; Антон Сергеевич Резанов (RU); Антон Сергеевич Резанов
Original assignee: Красноярский государственный технический университет (КГТУ)
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2006-08-10

Abstract

FIELD: determining harmonic-signal dc component in environment of fluctuating noise combined with useful signal within short measurement time.

SUBSTANCE: proposed invention is based on problem of taking measurements within time interval shorter than, and not a multiple of, harmonic signal cycle without systematic error at a priory unknown phase shift and amplitude of harmonic signal being measured. This problem is solved by proposed method for measuring harmonic-signal dc component that involves shaping of signal integration time interval, integration of signal to be measured and integration of ρ signal, multiplication of measured signal by reference-signal cosine component, integration and shaping of β signal, squaring of reference-signal cosine component, integration and generation of β* signal, integration of reference-signal cosine component, and generation of γ* signal; in the process signal being measured is additionally multiplied by reference-signal cosine component, α signal is integrated and shaped, reference-signal cosine component is squared and integrated, α* signal is integrated and shaped, reference-signal cosine component is integrated and γ** signal is shaped, sine and cosine components of reference signal are multiplied, γ signal is integrated and shaped, and then harmonic-signal dc component is calculated basing on results of integrating eight signals α, α*, β, β*, γ, γ*, γ**, ρ.

EFFECT: reduced measurement time without systematic error at a priori unknown phase shift and amplitude of harmonic signal being measured.

1 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области электрорадиоизмерений и может быть использовано для измерения постоянной составляющей гармонического сигнала за малое время измерения, в том числе и за время, меньшее периода (полупериода) гармонического сигнала и некратное периоду сигнала, с повышенным быстродействием, точностью и помехоустойчивостью.The present invention relates to the field of electrical radio measurements and can be used to measure the constant component of a harmonic signal in a short measurement time, including for a time shorter than the period (half period) of a harmonic signal and a multiple signal period, with increased speed, accuracy and noise immunity.

Известен способ измерения постоянной составляющей периодического сигнала, по которому независимо выделяют и усредняют значения полуволн положительной полярности сигнала, независимо выделяют и усредняют значения полуволн отрицательной полярности сигнала, непрерывно находят разности полученных величин для определения постоянной составляющей (см. А.С. СССР №951157, G 01 R 19/02).A known method of measuring the constant component of a periodic signal, by which the half-waves of positive polarity of the signal are independently extracted and averaged, the half-waves of negative polarity of the signal is independently extracted and averaged, the differences of the obtained values are continuously found to determine the constant component (see AS USSR No. 951157, G 01 R 19/02).

Недостатком данного способа является низкое быстродействие, обусловленное тем, что нахождение постоянной составляющей может производиться не чаще, чем через период измеряемого сигнала.The disadvantage of this method is the low speed, due to the fact that finding the DC component can be done no more than after a period of the measured signal.

Известен способ измерения постоянной составляющей гармонического сигнала, основанный на интегрировании измеряемого сигнала за время, равное периоду измеряемого гармонического сигнала, и вычислении постоянной составляющей по результату интегрирования (см. кн. Ф.В.Кушнир. Электрорадиоизмерения: Учебное пособие для вузов. Л., - Энергоатомиздат, 1983, с.52).A known method of measuring the constant component of a harmonic signal, based on the integration of the measured signal in a time equal to the period of the measured harmonic signal, and the calculation of the constant component based on the result of integration (see book F.V. Kushnir. Electroradio-measurement: Textbook for universities. L., - Energoatomizdat, 1983, p. 52).

Данный способ обеспечивает оптимальное по критерию максимального правдоподобия измерение постоянной составляющей гармонического сигнала при времени измерения, равном или кратном периоду этого гармонического сигнала. При этом обеспечивается минимально возможная погрешность при воздействии на вход измерителя флуктуационного шума. Однако при времени измерения, меньшем или некратном периоду сигнала, возникает большая систематическая погрешность, и измерение постоянной составляющей в этих условиях становится практически невозможным.This method provides the optimal criterion for maximum likelihood measurement of the constant component of the harmonic signal at a measurement time equal to or a multiple of the period of this harmonic signal. This ensures the minimum possible error when exposed to the input of the meter fluctuation noise. However, when the measurement time is shorter or less than the signal period, a large systematic error occurs, and the measurement of the constant component in these conditions becomes almost impossible.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ, основанный на интегрировании измеряемого сигнала за измерительный интервал времени, дополнительном перемножении измеряемого сигнала с косинусной составляющей опорного сигнала и интегрировании результата перемножения, возведении в квадрат и интегрировании косинусной составляющей опорного сигнала, интегрировании косинусной составляющей опорного сигнала, затем с помощью полученных по результатам интегрирования четырех сигналов вычислении значения постоянной составляющей гармонического сигнала, причем измерительный интервал времени симметричен относительно экстремума косинусной составляющей опорного сигнала (на момент экстремума и определяется результат измерения) и может быть произвольным по длительности, как меньше периода (полупериода), так и некратным периоду гармонической составляющей измеряемого сигнала (см. патент РФ №2196998, G 01 R 19/02).The closest in technical essence to the proposed method is a method based on integrating the measured signal over the measuring time interval, additionally multiplying the measured signal with the cosine component of the reference signal and integrating the result of multiplication, squaring and integrating the cosine component of the reference signal, integrating the cosine component of the reference signal , then using the results of integrating four signals, calculating the value of n constant component of the harmonic signal, and the measuring time interval is symmetrical with respect to the extremum of the cosine component of the reference signal (at the time of the extremum, the measurement result is determined) and can be arbitrary in duration, both less than the period (half-period) and non-multiple to the period of the harmonic component of the measured signal (see RF patent No. 2196998, G 01 R 19/02).

Данный способ обеспечивает оптимальное по критерию максимального правдоподобия измерение постоянной составляющей гармонического сигнала при произвольном времени измерения, как кратном, так и некратном периоду первой гармоники этого гармонического сигнала. При этом обеспечивается минимально возможная случайная погрешность при воздействии на вход измерителя флуктуационного шума. Однако все это справедливо для однократных измерений, когда результат определяется на момент середины измерительного интервала и не может быть повторен и (или) улучшен без формирования другого измерительного интервала, что не позволяет организовать режим текущих измерений, когда с течением времени от начала измерения можно получать текущие результаты измерения постоянной составляющей с возрастающей точностью и без формирования каждый раз нового измерительного интервала. Применение данного способа в условиях текущих измерений приводит к возникновению большой систематической погрешности, и измерение постоянной составляющей в этих условиях становится практически невозможным.This method provides an optimal criterion for maximum likelihood measurement of the constant component of the harmonic signal at an arbitrary measurement time, both multiple and non-multiple periods of the first harmonic of this harmonic signal. This ensures the smallest possible random error when a fluctuation noise is exposed to the input of the meter. However, all this is true for single measurements, when the result is determined at the moment of the middle of the measurement interval and cannot be repeated and (or) improved without the formation of another measurement interval, which does not allow to organize the mode of current measurements, when over time from the beginning of the measurement it is possible to obtain the current the results of measuring the DC component with increasing accuracy and without forming each time a new measuring interval. The application of this method in the conditions of current measurements leads to a large systematic error, and the measurement of the constant component in these conditions becomes almost impossible.

Продемонстрируем сказанное следующим образом.Let us demonstrate what was said as follows.

Измеряемый гармонический сигнал с учетом наличия шумовой составляющей определится следующим выражением:The measured harmonic signal, taking into account the presence of the noise component, is determined by the following expression:

где E₀, S₀, ω₀, φ₀ - постоянная составляющая, амплитуда, частота и фазовый сдвиг исследуемого сигнала соответственно, n(t) - флуктуационный шум, присутствующий совместно с полезным сигналом.where E ₀ , S ₀ , ω ₀ , φ ₀ is the constant component, amplitude, frequency, and phase shift of the signal under investigation, respectively, n (t) is the fluctuation noise present together with the useful signal.

В соответствии с известным способом (пат. РФ №2196998) результат измерения для гармонического сигнала представляется как:In accordance with the known method (US Pat. RF No. 2196998), the measurement result for a harmonic signal is represented as:

где

Where

при этом ξ(t) - измеряемый гармонический сигнал, определяемый (1); Т_И - время измерения (интегрирования); cosω₀t - косинусная составляющая опорного сигнала, т.е. гармонический сигнал, сформированный в измерителе, той же частоты, что и измеряемый сигнал (частота сигнала известна) и имеющий экстремум в середине измерительного интервала.ξ (t) is the measured harmonic signal defined by (1); T _And - the time of measurement (integration); cosω ₀ t is the cosine component of the reference signal, i.e. a harmonic signal generated in the meter of the same frequency as the measured signal (signal frequency is known) and having an extremum in the middle of the measuring interval.

При организации текущих измерений данным способом (для формирования результата измерения на момент начала измерительного интервала, а не середины, что повысило бы быстродействие измерителя) необходимо совместить экстремум косинусной составляющей опорного сигнала с началом измерительного интервала, что соответствует изменению пределов интегрирования на 0...Т_И. В идеальном случае при отсутствии шума - n(t)=0. Тогда, подставив (1) в (3) и (4), и взяв интегралы (3-6) в новых пределах, получим следующее выражение для измеренной постоянной составляющей:When organizing current measurements in this way (to form the measurement result at the beginning of the measuring interval, rather than the middle, which would increase the speed of the meter), it is necessary to combine the extremum of the cosine component of the reference signal with the beginning of the measuring interval, which corresponds to a change in the integration limits by 0 ... T _And . In the ideal case, in the absence of noise, n (t) = 0. Then, substituting (1) in (3) and (4), and taking the integrals (3-6) to new limits, we obtain the following expression for the measured constant component:

где

Where

Как видно из (7), при Т_И, равном или кратном периоду сигнала - Е_изм.=Е₀. Если же Т_И меньше периода сигнала или некратно периоду сигнала, то Е_изм.≠Е₀, и возникает погрешность даже в случае отсутствия шума (систематическая погрешность).As can be seen from (7), when T _And equal to or a multiple of the signal period - E _ISM. = E ₀ . If T _And less than the period of the signal or multiple times the period of the signal, then E _ISM. ≠ E ₀ , and an error occurs even in the absence of noise (systematic error).

В основу настоящего изобретения положена задача осуществления измерения постоянной составляющей гармонического сигнала при времени измерения, менее и некратном периоду гармонического сигнала без систематической погрешности при априорно неизвестных фазовом сдвиге и амплитуде измеряемого гармонического сигнала в условиях неизвестной заранее длительности измерительного интервала.The present invention is based on the task of measuring the constant component of a harmonic signal at a measurement time of less than a multiple of the harmonic signal period without systematic error with a priori unknown phase shift and amplitude of the measured harmonic signal under conditions of a measurement interval that is not known in advance.

Поставленная задача решается тем, что в способе измерения постоянной составляющей гармонического сигнала, основанном на формировании интервала времени, не связанного по длительности с периодом гармонической составляющей измеряемого сигнала, интегрировании измеряемого сигнала и формировании сигнала ρ, перемножении измеряемого сигнала с косинусной составляющей опорного сигнала, интегрировании и формировании сигнала β, возведении в квадрат косинусной составляющей опорного сигнала, интегрировании и формировании сигнала β^*, интегрировании косинусной составляющей опорного сигнала и формировании сигнала γ^*, согласно предлагаемому изобретению измеряемый сигнал дополнительно перемножают с синусной составляющей опорного сигнала, интегрируют и формируют сигнал α, возводят в квадрат синусную составляющую опорного сигнала, интегрируют и формируют сигнал α^*, интегрируют синусную составляющую опорного сигнала и формируют сигнал γ^**, перемножают синусную и косинусную составляющие опорного сигнала, интегрируют и формируют сигнал γ, затем с помощью полученных по результатам интегрирования восьми сигналов α, α^*, β, β^*, γ, γ^*, γ^**, ρ вычисляют значение постоянной составляющей гармонического сигнала по формуле:The problem is solved in that in the method for measuring the constant component of the harmonic signal, based on the formation of a time interval that is not related in duration to the period of the harmonic component of the measured signal, the integration of the measured signal and the formation of the signal ρ, multiplying the measured signal with the cosine component of the reference signal, integration and forming the signal β, squared cosine component of the reference signal integration and signal β ^*, iNTEGRATION Vania cosine component of the reference signal and the generation of the signal γ ^*, according to the invention the measuring signal is further multiplied with the sine component of the reference signal are integrated and form α signal squared sine component of the reference signal are integrated and form a signal α ^*, integrated sine component of the reference signal and generating a signal γ ^**, multiply the sine and cosine components of the reference signal are integrated and form γ signal is then obtained by using RESULT there integration eight signals ^{α, α *, β, β} *, γ, γ *, γ **, ρ calculated value of the constant component of a harmonic signal according to the formula:

Сущность предлагаемого способа можно пояснить следующим образом.The essence of the proposed method can be explained as follows.

В соответствии с предлагаемым способом, при необходимости быстрого измерения постоянной составляющей в момент начала измерительного интервала, постоянная составляющая гармонического сигнала (1) определяется по выражению (8).In accordance with the proposed method, if necessary, rapid measurement of the constant component at the time of the start of the measuring interval, the constant component of the harmonic signal (1) is determined by the expression (8).

Где введены следующие обозначения:Where the following notation is introduced:

а

but

Предлагаемый способ обеспечивает измерение постоянной составляющей гармонического сигнала с систематической погрешностью, равной нулю при произвольном времени измерения при априорно неизвестных как амплитуде, так и фазовом сдвиге измеряемого сигнала и в условиях проведения измерений, не ограниченных заранее заданной длительностью измерительного интервала. Для применения предлагаемого способа необходимо априорное знание только частоты измеряемого сигнала для формирования синусной и косинусной составляющих опорного сигнала. Чтобы убедиться в этом, найдем математическое ожидание результата измерения по предлагаемому способу. Для этого подставим в (8) измеряемый сигнал без шума (n(t)=0). Тогда, после взятия интегралов (12-20) и подстановки результатов в (8), получим Е_изм.=Е₀, причем данное равенство справедливо для любого Т_И, как кратного, так и некратного периоду гармонического сигнала, в том числе и для Т_И - меньше периода (полупериода) сигнала, и не зависит от амплитуды и фазового сдвига (S₀, φ₀) измеряемого сигнала. Данный результат не требует задания заранее длительности измерительного интервала для формирования отрезков составляющих опорного сигнала, так как они начинают формироваться вместе с началом измерительного интервала, при этом результат измерения также соответствует моменту начала измерения и с ростом длительности измерительного интервала происходит быстрое, непрерывное измерение и повышение точности определяемого результата.The proposed method provides a measurement of the constant component of a harmonic signal with a systematic error equal to zero for an arbitrary measurement time with a priori unknown both the amplitude and phase shift of the measured signal and in the conditions of measurements not limited to a predetermined duration of the measurement interval. To apply the proposed method, it is necessary a priori knowledge of only the frequency of the measured signal for the formation of the sine and cosine components of the reference signal. To verify this, we find the mathematical expectation of the measurement result by the proposed method. To do this, substitute the measured signal without noise (n (t) = 0) into (8). Then, after taking the integrals (12-20) and substituting the results in (8), we obtain E _rev. = E ₀ , and this equality is true for any T _AND , both multiple and non-multiple periods of the harmonic signal, including for T _AND - less than the period (half period) of the signal, and does not depend on the amplitude and phase shift (S ₀ , φ ₀ ) of the measured signal. This result does not require pre-setting the duration of the measurement interval for the formation of segments of the components of the reference signal, since they begin to form together with the beginning of the measurement interval, while the measurement result also corresponds to the moment of the start of measurement and with increasing duration of the measurement interval, a quick, continuous measurement and increased accuracy defined result.

Как видно из анализа, предлагаемый способ обладает принципиальным, по сравнению с прототипом, свойством - обеспечивает измерение постоянной составляющей гармонического сигнала при времени измерения, меньшем периода сигнала, или, в более общем случае, некратном периоду сигнала, без систематической погрешности и без задания заранее длительности измерительного интервала.As can be seen from the analysis, the proposed method has the fundamental property, in comparison with the prototype, that it provides measurement of the constant component of the harmonic signal at a measurement time shorter than the signal period, or, more generally, a multiple signal period, without a systematic error and without setting the duration in advance measuring interval.

При анализе случайной погрешности предлагаемого способа измерения постоянной составляющей можно показать с использованием функции правдоподобия для сигнала вида (1), что данный способ имеет минимально возможную погрешность, так как способ получен путем исследования функции правдоподобия и является поэтому оптимальным по критерию максимального правдоподобия для способов измерения параметров гармонического сигнала за время, менее или некратное периоду сигнала, в условиях формирования результата измерения на момент начала измерительного интервала.When analyzing the random error of the proposed method for measuring the constant component, it can be shown using the likelihood function for a signal of the form (1) that this method has the minimum possible error, since the method is obtained by studying the likelihood function and is therefore optimal according to the maximum likelihood criterion for methods of measuring parameters harmonic signal for a time shorter or less than the period of the signal, in the conditions of formation of the measurement result at the time the meter starts interval.

На фиг.1 приведена структурная схема одного из вариантов устройства, реализующего предлагаемый способ, на фиг.2 - структурная схема блока управления, на фиг.3 - структурная схема генератора опорного напряжения, на фиг.4 - эпюры напряжений в блоке управления.Figure 1 shows a structural diagram of one of the variants of the device that implements the proposed method, figure 2 is a structural diagram of a control unit, figure 3 is a structural diagram of a reference voltage generator, figure 4 is a diagram of the voltage in the control unit.

Устройство содержит генератор 1 опорного напряжения, первый и второй перемножители 2 и 3, первые входы которых являются входом устройства, второй вход перемножителя 2 подключен к выходу генератора 1 опорного напряжения, являющемуся выходом синусной составляющей опорного сигнала, а второй вход перемножителя 3 подключен к выходу генератора 1 опорного напряжения, являющемуся выходом косинусной составляющей опорного сигнала, первый 4 и второй 5 квадраторы, входы которых подключены соответственно к выходам синусной и косинусной составляющих опорного сигнала генератора 1 опорного напряжения, третий перемножитель 6, входами подключенный к обоим выходам генератора 1 опорного напряжения, интегратор 7, информационный вход которого подключен к входу устройства, интеграторы 8, 9, 10, 11 и 12, информационные входы которых подключены соответственно к выходам первого 2 и второго 3 перемножителей, первого 4 и второго 5 квадраторов и третьего 6 перемножителя, интеграторы 13 и 14, информационные входы которых подключены соответственно к выходам синусной и косинусной составляющих опорного сигнала генератора 1 опорного напряжения, вычислительный блок 15, информационные входы которого являются выходами интеграторов 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 и 14, информационный выход его является одним из входов индикатора 16, а управляющие выходы - шины "а" и "б", подключены к управляющим входам блока управления 17, выходы которого - шины "г" и "д", подключены к соответствующим управляющим входам интеграторов 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 и 14, кроме этого, шина "г" также соединена с управляющим входом генератора 1 опорного напряжения, а шина "д" - с управляющим входом индикатора 16.The device comprises a reference voltage generator 1, the first and second multipliers 2 and 3, the first inputs of which are the input of the device, the second input of the multiplier 2 is connected to the output of the reference voltage generator 1, which is the output of the sine component of the reference signal, and the second input of the multiplier 3 is connected to the output of the generator 1 reference voltage, which is the output of the cosine component of the reference signal, the first 4 and second 5 squares, the inputs of which are connected respectively to the outputs of the sine and cosine components of the signal of the generator 1 reference voltage, the third multiplier 6, the inputs connected to both outputs of the generator 1 reference voltage, an integrator 7, the information input of which is connected to the input of the device, integrators 8, 9, 10, 11 and 12, the information inputs of which are connected respectively to the outputs the first 2 and second 3 multipliers, the first 4 and second 5 quadrators and the third 6 multipliers, integrators 13 and 14, the information inputs of which are connected respectively to the outputs of the sine and cosine components of the reference signal reference voltage nerator 1, a computing unit 15, the information inputs of which are the outputs of integrators 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, and 14, its information output is one of the indicator 16's inputs, and the control outputs are the “a” buses and "b", connected to the control inputs of the control unit 17, the outputs of which are buses "g" and "d", connected to the corresponding control inputs of the integrators 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 and 14, in addition, the bus "g" is also connected to the control input of the reference voltage generator 1, and the bus "d" is connected to the control input of the indicator 16.

Блок управления 17 содержит формирователь 18 импульсов пуска, времязадающий элемент 19 и формирователь 20 импульсов, последовательно соединенные между собой. Выходом блока 17 управления являются шины "г" и "д", причем шина "г" является выходом времязадающего элемента 19, а шина "д" - формирователя 20 импульсов. Шина "г" подключена к управляющему входу генератора 1 опорного напряжения и одному из управляющих входов каждого из интеграторов 7-14, а шина "д" - к другому управляющему входу каждого из интеграторов 7-14 и к управляющему входу индикатора 16. Входом блока 17 управления являются шины "а" и "б", причем шина "а" подключена к управляющему входу формирователя 18 импульсов пуска, а шина "б" - к управляющему входу времязадающего элемента 19.The control unit 17 contains a driver 18 of the start pulses, the timing element 19 and the driver 20 of the pulses, connected in series with each other. The output of the control unit 17 is the bus "g" and "d", and the bus "g" is the output of the timing element 19, and the bus "d" is the pulse shaper 20. Bus "g" is connected to the control input of the reference voltage generator 1 and one of the control inputs of each of the integrators 7-14, and bus "d" is connected to the other control input of each of the integrators 7-14 and to the control input of the indicator 16. Block 17 input the control buses are “a” and “b”, and the bus “a” is connected to the control input of the driver 18 of the start pulses, and the bus “b” is connected to the control input of the timing element 19.

Генератор 1 опорного напряжения содержит тактовый генератор 21, вход которого подключен к шине "г" блока 17 управления, два запоминающих устройства 22 и 23, входы которых подключены к выходу тактового генератора 21, и два цифроаналоговых преобразователя 24 и 25, входы которых подключены к соответствующим выходам запоминающих устройств 22 и 23, а выходы их являются выходами соответственно синусной sinω₀t и косинусной cosω₀t составляющих опорного сигнала генератора 1 опорного напряжения.The reference voltage generator 1 comprises a clock 21, the input of which is connected to the bus "g" of the control unit 17, two storage devices 22 and 23, the inputs of which are connected to the output of the clock 21, and two digital-to-analog converters 24 and 25, the inputs of which are connected to the corresponding the outputs of the storage devices 22 and 23, and their outputs are outputs respectively of the sinus sinω ₀ t and cosine cosω ₀ t components of the reference signal of the generator 1 of the reference voltage.

Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.

На первый и второй перемножители 2 и 3 поступает измеряемый сигнал вида (1), а также синусная и косинусная составляющие опорного сигнала с выхода генератора 1 опорного напряжения. Также измеряемый сигнал вида (1) поступает на интегратор 7. Генератор 1 опорного напряжения может работать в автономном режиме либо синхронизироваться от блока управления 17. На выходе первого интегратора 7 формируется сигнал ρ, определяемый (20). На выходах второго 8 и третьего 9 интеграторов формируются соответственно сигналы α и β, определяемые соответственно (12) и (13). Кроме того, синусная и косинусная составляющие опорного сигнала с выхода генератора 1 опорного напряжения возводятся в квадрат при помощи первого 4 и второго 5 квадраторов, а также перемножаются между собой при помощи третьего перемножителя 6. На выходе четвертого интегратора 10 формируется сигнал α^*, определяемый (15), на выходе пятого интегратора 11 формируется сигнал β^*, определяемый (16), а на выходе шестого интегратора 12 - сигнал γ, определяемый (14). Кроме того, на выходах седьмого 13 и восьмого 14 интеграторов формируются соответственно сигналы γ^** и γ^*, определяемые соответственно (17) и (18).The first and second multipliers 2 and 3 receive a measured signal of the form (1), as well as the sine and cosine components of the reference signal from the output of the reference voltage generator 1. Also, a measured signal of the form (1) is supplied to the integrator 7. The reference voltage generator 1 can operate in standalone mode or synchronized from the control unit 17. At the output of the first integrator 7, a signal ρ is generated, determined by (20). At the outputs of the second 8 and third 9 integrators, the signals α and β are formed, respectively, determined by (12) and (13), respectively. In addition, the sine and cosine components of the reference signal from the output of the reference voltage generator 1 are squared using the first 4 and second 5 squares, and are also multiplied with each other using the third multiplier 6. At the output of the fourth integrator 10, the signal α ^* is determined, determined by ( 15), at the output of the fifth integrator 11, a signal β ^* is generated, determined by (16), and at the output of the sixth integrator 12, a signal γ, determined by (14). In addition, at the outputs of the seventh 13 and eighth 14 integrators, the signals γ ^** and γ ^{* are formed} , respectively, defined by (17) and (18), respectively.

Вычислительный блок 15, куда поступают сигналы со всех интеграторов 7-14: ρ, α, β, α^*, β^*, γ, γ^* и γ^**, осуществляет перевод их в цифровую форму и вычисление результата измерения. На индикаторе 16 формируется результат измерения амплитуды измеряемого сигнала по (8), что, как показано выше, соответствует результату измерения постоянной составляющей гармонического сигнала без систематической погрешности при любом времени измерения при наличии априорно неизвестных амплитуде и фазовом сдвиге и соответствует значению этой постоянной составляющей на момент начала измерительного интервала.Computing unit 15, which receives signals from all integrators 7-14: ρ, α, β, α ^* , β ^* , γ, γ ^* and γ ^** , translates them into digital form and calculates the measurement result. On the indicator 16, the result of measuring the amplitude of the measured signal according to (8) is formed, which, as shown above, corresponds to the result of measuring the constant component of the harmonic signal without systematic error at any measurement time in the presence of a priori unknown amplitude and phase shift and corresponds to the value of this constant component at the time start of measurement interval.

Синхронизацию работы интеграторов 7-14 и индикатора 16 осуществляет блок 17 управления.The synchronization of the work of integrators 7-14 and indicator 16 is carried out by the control unit 17.

Блок 17 управления (фиг.2) работает следующим образом.The control unit 17 (figure 2) works as follows.

Формирователь 18 импульсов пуска формирует одиночные импульсы (точка «в») либо в автономном режиме, либо по команде с вычислительного блока 15, которые запускают времязадающий элемент 19. Последний формирует импульс, равный по длительности требуемому времени измерения Т_И, определяемой с вычислительного блока 15. Этот импульс поступает на выход - шину "г" блока 17 управления и на вход формирователя 20 импульсов, на выходе которого формируется импульс, поступающий на выход "д" блока 17 управления. В течение длительности импульса на выходе "г" длительностью Т_И происходит интегрирование сигналов, поступающих на входы интеграторов 7-14. В течение действия импульса на выходе "д" происходит запоминание результатов интегрирования, вычисление результата измерения и подключение элемента памяти индикатора 16 к выходу вычислительного блока 15. Индикатор 16 запоминает результат измерения и отображает его до прихода следующего импульса по шине "д".Shaper 18 start pulses generates single pulses (point "in") either in stand-alone mode or by command from the computing unit 15, which start the time-consuming element 19. The latter generates a pulse equal in duration to the required measurement time T _AND , determined from the computing unit 15 This pulse is fed to the output - bus "g" of the control unit 17 and to the input of the pulse shaper 20, at the output of which a pulse is generated that is output to the output "d" of the control unit 17. During the duration of the pulse at the output of "g" of duration T _And there is an integration of the signals received at the inputs of integrators 7-14. During the action of the pulse at the output "d", the integration results are stored, the measurement result is calculated and the memory element of the indicator 16 is connected to the output of the computing unit 15. The indicator 16 stores the measurement result and displays it until the next pulse arrives via the "d" bus.

Для пояснения работы блока 17 управления на фиг.4 приведены эпюры напряжений в элементах блока 17 управления: в точке "в" (фиг.2) и на шинах "г" и "д".To explain the operation of the control unit 17, Fig. 4 shows stress plots in the elements of the control unit 17: at the point "c" (figure 2) and on the tires "g" and "d".

Используемые в устройстве, реализующем предлагаемый способ, узлы могут быть построены следующим образом.Used in the device that implements the proposed method, the nodes can be constructed as follows.

Перемножители и квадраторы могут быть построены по схемам логарифмических функциональных генераторов (У.Титце, К.Шенк. Полупроводниковая схемотехника. М., Мир, 1982, с.156). Интеграторы могут быть построены на основе операционных усилителей. Для обеспечения интегрирования в течение времени Т_И применяются интеграторы с синхронизацией и памятью. Схема такого интегратора приведена на стр.144 в кн. У.Титце, К.Шенк. Полупроводниковая схемотехника. М., Мир, 1982.Multipliers and quadrators can be built according to the schemes of logarithmic functional generators (W. Titze, K. Schenk. Semiconductor circuitry. M., Mir, 1982, p.156). Integrators can be built on the basis of operational amplifiers. To ensure integration over time T _And applied integrators with synchronization and memory. A diagram of such an integrator is given on page 144 in the book. W. Titze, C. Schenk. Semiconductor circuitry. M., World, 1982.

Индикатор может быть выполнен в виде последовательно включенных элемента выборки и хранения и стрелочного прибора. Элемент выборки и хранения можно реализовать на основе цифровых запоминающих устройств, а стрелочный прибор заменить на цифровой индикатор.The indicator can be made in the form of sequentially connected sampling and storage element and a pointer device. The sampling and storage element can be implemented on the basis of digital storage devices, and the pointer device can be replaced with a digital indicator.

Формирователь импульса пуска может быть реализован по схеме синхронизируемого мультивибратора, а времязадающий элемент и формирователь импульсов остановки могут быть реализованы по схемам одновибраторов.The start pulse generator can be implemented according to the synchronized multivibrator scheme, and the time setting element and the stop pulse generator can be implemented according to the single-oscillator circuits.

Вычислительный блок может быть реализован на основе микропроцессора Intel 80386 по типовой структуре с аналого-цифровыми преобразователями на входе.The computing unit can be implemented based on the Intel 80386 microprocessor in a typical structure with analog-to-digital converters at the input.

Таким образом, предлагаемый способ решает поставленную задачу - быстрое измерение постоянной составляющей гармонического сигнала при любом по длительности времени измерения, формирует результат на момент начала измерительного интервала, и физически реализуем в устройстве, приведенном в описании.Thus, the proposed method solves the problem - a quick measurement of the constant component of the harmonic signal for any measurement duration, forms the result at the time the measurement interval begins, and is physically implemented in the device described in the description.

Claims

A method for measuring the constant component of a harmonic signal based on the formation of an integration time interval of signals that is not related in duration to the period of the harmonic component of the measured signal, integrating the measured signal and generating the signal ρ, multiplying the measured signal with the cosine component of the reference signal, integrating and generating the signal β, erecting squared cosine component of the reference signal integration and signal β ^*, integrating cosine th component of the reference signal and the generation of the signal γ ^*, characterized in that the measured signal is further multiplied with the sine component of the reference signal are integrated and form α signal squared sine component of the reference signal are integrated and form a signal α ^*, integrated sine component of the reference signal and generate the signal γ ^** , multiply the sine and cosine components of the reference signal, integrate and form the signal γ, then using the eight signals obtained from the integration results of α, α ^* , β, β ^* , γ, γ ^* , γ ^** , ρ, the constant component of the harmonic signal is calculated by the formula

where A = γ ² -α ^* β ^* ;

B = γγ ^** -α ^* γ ^* ;

C = γγ ^* -β ^* γ ^** .