Способ измерения векторов гармонических сигналов с постоянной составляющей
METHOD OF MEASURING VECTORS OF HARMONIC SIGNALS WITH CONSTANT COMPONENT

Изобретение относится к области электроизмерительной техники. Способ может быть применен в средствах измерений пассивных и активных, в том числе комплексных, величин, например в мостах и компенсаторах переменного тока или в измерителях (анализаторах) параметров электрических цепей, а также в векторных вольтметрах.
Известен способ измерения постоянной составляющей множества совместно действующих гармонических сигналов [Агамалов Ю.Р. Измерение сигнала постоянного тока, инвариантное к некогерентным гармоническим помехам // Датчики и системы - 2014 - №12 - С. 2-6]. Между тем в ряде случаев, например при измерении параметров нелинейных многоэлементных комплексных электрических цепей (в частности, двухполюсников), возникает задача совместного инвариантного измерения как постоянной составляющей, так и самих гармонических сигналов. Данный способ не позволяет решить эту задачу, что является его недостатком.
m
0
0
m
Известен также принятый автором за прототип способ измерения вектора гармонического сигнала , действующего совместно с другими гармоническими сигналами , где , имеющими, как и сигнал G(t), известные, но не кратные друг другу значения периодов (T и T), согласно которому проекции p' и pʺ сигнала G(t) на два ортогональных совпадающих с измеряемым сигналом по частоте вектора опорных сигналов, связанные с А и ϕ, например, соотношениями  и , измеряют путем выборки и суммирования дискретных отсчетов, или дискрет, суммарного сигнала  с помощью мгновенных импульсов, действующих в моменты времени, образующие множества  и , а значения проекций p' и pʺ определяют по соотношениям  и , где  - нормирующий множитель, причем  формируют с помощью пошаговой процедуры, начинающейся с произвольного начального момента t, выступающего в качестве исходного множества, и получения на первом шаге дополнительного множества путем сдвига исходного на нечетное число полупериодов первого подавляемого сигнала или гармонической помехи, и далее получения на каждом последующем шаге дополнительного множества посредством сдвига полученного на предыдущем шаге множества на нечетное число n полупериодов m-го подавляемого сигнала до тех пор, пока число шагов не станет равным М-1 (RU №2377577 С1, 27.12.2009).
Недостатком данного способа является отсутствие возможности совместного инвариантного измерения нескольких участвующих в измерительном процессе гармонических сигналов и сопутствующей им постоянной составляющей (понижающей при всем этом точность измерения самих гармонических сигналов). Вместе с тем совместное инвариантное измерение данных сигналов необходимо в ряде случаев, например, при измерении параметров нелинейных комплексных объектов измерения, требующих их смещения по постоянному напряжению или току.
Техническим результатом изобретения является возможность совместного измерения в реальном масштабе времени множества некогерентных гармонических сигналов с сопутствующей им постоянной составляющей и повышение точности измерения благодаря исключению их взаимного влияния при инвариантности результата измерения к моменту начала измерения.
j
0
j
0j
j
1j
и
2j
j
j
m
n
j
j
j-1
0
Технический результат достигается тем, что в способе измерения векторов гармонических сигналов , где , имеют известные некратные друг к другу периоды T и действуют вместе с постоянной составляющей W, при котором амплитуды A и начальные фазовые сдвиги ϕ сигналов G(t) определяют по соотношениям  и , где P P - проекции векторов сигналов G(t) на пары ортогональных опорных сигналов, совпадающих с G(t) по частоте, а значения ,  получают путем неравномерной дискретизации суммарного сигнала  и суммирования его дискрет, выборку которых производят мгновенными импульсами, действующими в моменты времени, образующие для ,  множества  и , где , r=0,1,2, …, которые формируют пошагово согласно условиям: , где , , k=(2s+1), s=0,1,2, …, m - номер шага, благодаря чему сигналы G(t),  становятся подавленными, сигналы G(t) нумеруют согласно условию T>T, множества  и  формируют согласно условию , а сигналы W и ,  определяют по соотношениям:
и ,
где , а .
Сущность изобретения состоит в том, что путем особой частотозависимой дискретизации участвующих в измерительном процессе сигналов, построенной на учете их специфики и организованной так, чтобы в качестве первичной измерительной информации выступали получаемые в реальном времени суммы дискрет этих сигналов, формируют измерительную процедуру, инвариантную по отношению к множеству совместно действующих и при этом одновременно измеряемых гармонических сигналов и их постоянной составляющей, а также к моменту ее начала.
Достигают этого путем учета особенностей принятого метода измерений и измеряемых сигналов - множества некогерентных гармонических сигналов с взаимно не кратными частотами и сопутствующей им постоянной составляющей, а также специфики используемого метода измерений, заключающейся в том, что информацию об измеряемых сигналах здесь несут алгебраические суммы дискрет суммарного сигнала σ(t), выборку которых осуществляют на множествах моментов времени, сформированных с учетом условий упорядоченности этих множеств, означающих соответствие последовательностей номеров моментов времени и их значений согласно соотношению .
0
0
j
j-1
j
Сделаем теперь пояснения относительно приведенных выше соотношений, по которым определяют сигналы W и , . Отличие множества , на котором производится измерение W, от аналогичного множества в указанном выше аналоге [Агамалов Ю.Р. Измерение сигнала постоянного тока, инвариантное к некогерентным гармоническим помехам // Датчики и системы - 2014 - №12 - С. 2-6.] заключается в том, что в последнем данное множество не зависит от приведенных выше условий: T>T, где  и , где . Различие это существенно, поскольку в зависимости от соотношения значений T радикально влияет на продолжительность процедуры получения первичной измерительной информации, так что в аналоге она может быть меньше, чем в предлагаемом способе (предлагаемом изобретении).
0
0
Что касается измерения проекций , , то в данном случае сигнал W является источником (аддитивных) погрешностей, которые устраняют путем вычитания из суммы дискрет , обеспечивающей в данном случае лишь искаженное измерение , компенсирующей влияние сигнала W суммы дискрет .
Относительно погрешностей измерения в целом следует сказать, что они прямо пропорциональны погрешностям значений частот, участвующих в измерительном процессе некогерентных гармонических сигналов, а также погрешностям устройств выборки и хранения дискрет.
j
0j
j
Наконец, вместо приведенных в ограничительной части формулы изобретения соотношений, связанных с измерением амплитуд A и начальных фазовых углов ϕ некогерентных гармонических сигналов G(t), могут выступать соотношения, как получаемые путем тригонометрических преобразований из содержащихся в формуле изобретения, так и другие, фигурирующие в векторном исчислении.