DIGITAL METER OF THE EFFECTIVE VALUE OF THE SIGNAL
Authors: Литвиненко В.П. , Литвиненко Ю.В. , Шатилов Д.В. 
Published: November 2022

Рассматривается цифровой измеритель действующего значения сигналов произвольной формы. Вычислительный алгоритм реализует прямое определение искомой величины без необходимости пересчета показаний в зависимости от формы сигнала, не требует синхронизации с обрабатываемым сигналом и обеспечивает формирование итогового результата после поступления каждого очередного символа при минимуме простых арифметических операций и высокой точности измерений. Проведен анализ характеристик измерителя, рассмотрено влияние на точность асинхронности выборки отсчетов сигнала с его периодичностью. Сформулированы требования к разрядности аналого-цифрового преобразователя и объема выборки отсчетов измеряемого сигнала. Проведено статистическое имитационное моделирование цифрового измерителя, получены оценки погрешности результата. Реализованы макеты высокоточного источника переменного напряжения на основе цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) и измерителя действующего значения напряжения на базе программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС), проведена оценка необходимых аппаратных ресурсов. Получены результаты измерения постоянных и переменных (гармонического и пилообразного) напряжений, формируемых на основе прецизионных источников опорного напряжения. Измеритель может быть использован при проектировании цифровых вольтметров и амперметров переменного тока, показания которых не зависят от формы сигнала, допускает простую аппаратную реализацию и обеспечивает возможность измерения как низкочастотных, так и высокочастотных переменных сигналов
A digital meter of the effective value of arbitrary waveform signals is considered. The computational algorithm implements a direct determination of the desired value without the need to recalculate readings depending on the signal shape, does not require synchronization with the processed signal, and provides the formation of the final result after the arrival of each next symbol with a minimum of simple arithmetic operations and high measurement accuracy. The analysis of the characteristics of the meter is carried out, the influence on the accuracy of the asynchrony of the sample of signal samples with its periodicity is considered. The requirements for the bit capacity of the analog-to-digital converter and the sample size of the samples of the measured signal are formulated. Statistical simulation of a digital meter has been carried out, estimates of the error of the result have been obtained. Models of a high-precision AC voltage source based on a digital-to-analog converter (DAC) and an effective voltage value meter based on a field-programmable logic integrated circuit (FPGA) have been implemented, and an assessment of the necessary hardware resources has been carried out. The results of measurements of constant and variable (harmonic and sawtooth) voltages formed on the basis of precision reference voltage sources are obtained. The meter can be used in the design of digital AC voltmeters and ammeters, the readings of which do not depend on the waveform, allow for a simple hardware implementation and provide the ability to measure both low-frequency and high-frequency alternating signals