УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛА

Полезная модель относится к области радиоизмерительной техники и может быть использована для измерения параметров слабых сигналов в телеметрических системах, измерительные датчики которых расположены на значительном расстоянии от регистрирующей аппаратуры. В связи с этим на регистрируемый сигнал оказывают влияние внешние (природные) факторы, которые могут значительно искажать зафиксированные значения слабых сигналов.
Измерительные датчики могут быть размещены на обширной территории для целей мониторинга технических объектов и соединяются с регистрирующей аппаратурой с помощью длинных проводных линий. Длины этих линий различны и могут достигать тысяч метров.
Измеренные параметры слабых сигналов, их спектральный состав и максимальные значения отражают технические особенности и динамику развития наблюдаемого объекта. Анализ сигналов дает информацию о состоянии объекта и об аномалиях его развития, что позволяет принимать правильные и своевременные решения по его эксплуатации.
Чем сложнее объект и чем больше его значимость, тем большие требования предъявляются к точности измерений и анализу параметров сигнала с целью выявления предпосылок к снижению надежности работы этого объекта. Важнейшим условием для обеспечения высокой точности измерений при мониторинге является стабильность параметров всех звеньев измерительной системы, учитывая долговременный характер мониторинговых работ. В этом случае важным является контроль параметров линий связи и устранение влияния данного фактора на сигналы измерительных датчиков.
При изменении температуры окружающей среды электрические характеристики линий связи варьируются в больших пределах. Поэтому в измерительных системах мониторинга используют устройства и методы компенсации изменения электрических параметров линий, позволяющие повысить точность измерения сигналов при передачи их по линиям большой длинны.
Известно устройство для измерения параметров сигнала [1], содержащее измерительный преобразователь и источник образцового сигнала, подключенные к входам коммутатора, линию передачи сигнала, второй коммутатор, управляемое сопротивление, измерительный прибор, блок управления, элемент сравнения и источник номинального напряжения. Выход первого коммутатора связан с последовательно соединенной линией передачи сигнала, управляемым сопротивлением и вторым коммутатором. Управляющие выводы коммутаторов соединены с первым выходом блока управления. Один выход второго коммутатора подключен к входу измерительного прибора, а другой - к одному из входов элемента сравнения. Ко второму входу элемента сравнения подключен источник номинального напряжения. Выход элемента сравнения соединен с входом блока управления, ко второму выходу которого подсоединен управляющий вывод управляемого сопротивления. В этом устройстве происходит суммарная коррекция сопротивления линии по результату сравнения номинального напряжения и напряжения источника сигнала, измеренного после второго коммутатора.
Недостатком этого устройства для измерения параметров сигнала является то, что при телеметрии затруднительно использовать удаленный источник образцового сигнала, а так же возникает необходимость в наличии средств контроля удаленного источника. Это необходимо для обеспечения точности и надежности измерений, что предъявляет очень жесткие требования к применению данного устройства и в случае использования пассивных датчиков в системе мониторинга эти требования трудновыполнимы. Кроме того, для уменьшения влияния температуры окружающей среды на результаты регистрации слабых сигналов необходимо использовать схему температурного контроля питания для источника образцового сигнала и для источника номинального напряжения, что обусловлено значительными изменениями температуры окружающей среды при мониторинге. Наличие двух независимых источников образцового и номинального
напряжений приводит к погрешности измерений, связанной с возможной взаимной нестабильностью источников.
Известно устройство для измерения параметров сигнала [2], которое берется за прототип, содержащее измерительный преобразователь, первый коммутатор, линию для передачи сигнала, последовательно соединенные управляемое сопротивление и второй коммутатор, блок управления, измерительный прибор, источник номинального напряжения, датчик тока и эталонное сопротивление. Измерительный преобразователь, подключен к одному из входов первого коммутатора, при этом выход этого коммутатора соединен с одним из входов управляемого сопротивления через линию для передачи сигнала, другой вход управляемого сопротивления подключен к входу второго коммутатора, один выход которого подключен ко входу измерительного прибора, причем управляющие выводы коммутаторов соединены с первым выходом блока управления, а второй выход блока управления подсоединен к управляющему выводу управляемого сопротивления, источник номинального напряжения подключен к другому входу второго коммутатора через эталонное сопротивление, при этом эталонное сопротивление также подключено к входам датчика тока, выход которого подключен к входу блока управления, а второй вход первого коммутатора соединен с общим проводом линии и измерительного преобразователя. Это устройство позволяет скомпенсировать изменение сопротивления линии и устранить соответствующие погрешности при измерении параметров сигнала.
Недостатком этого устройства для измерения параметров сигнала является то, что управляющее сопротивление позволяет компенсировать изменение сопротивления линии и устранить соответствующие погрешности только в ограниченном диапазоне. При значительных изменениях сопротивления линии, превышающих пределы изменения сопротивления управления, возникает ошибка измерения. Такая ошибка в данном устройстве не контролируется, что может привести к серьезным нарушениям функционирования мониторинговых устройств. Также не существует контроля за обрывом провода, т.е. при обрыве измерение сигнала продолжается с ошибкой.
Таким образом, в рассмотренном устройстве отсутствие средств контроля предельных значений управляемого сопротивления не позволяет с достаточной точностью и надежностью измерять параметры слабых сигналов передаваемых через проводные линии.
Задача, на решение которой направлено заявляемое устройство, заключается в повышении точности и надежности измерения параметров сигнала, поступающего от измерительного датчика к регистрирующей аппаратуре, через проводную линию.
Сущность изобретения заключается в том, что в устройство для измерения параметров сигнала, содержащее измерительный преобразователь, подключенный к одному из входов первого коммутатора, при этом выход этого коммутатора соединен с одним из входов управляемого сопротивления через линию для передачи сигнала, другой вход управляемого сопротивления подключен к входу второго коммутатора, один выход которого подключен ко входу измерительного прибора, причем управляющие выводы коммутаторов соединены с первым выходом блока управления, а второй выход блока управления подсоединен к управляющему выводу управляемого сопротивления, эталонное сопротивление, через которое источник номинального напряжения подключен ко другому входу второго коммутатора, при этом эталонное сопротивление также подключено к входам датчика тока, выход которого подключен к входу блока управления, а второй вход первого коммутатора соединен с общим проводом линии и измерительного преобразователя дополнительно введен блок контроля ошибки, выход которого подключен к измерительному устройству, один вход блока контроля ошибки подключен к управляемому сопротивлению, а ко второму входу блока контроля ошибки подключен выход датчика тока.
На фиг.1. изображена схема устройства для измерения параметров сигнала. Устройство содержит измерительный преобразователь 1, первый коммутатор 2, линию для передачи сигнала 3, последовательно соединенные управляемое сопротивление 4 и второй коммутатор 5, блок управления 6, измерительный прибор 7, источник номинального напряжения 8, датчик тока 9, эталонное сопротивление Rэ и блок контроля ошибки 10.
Устройство работает следующим образом. Тестовый контроль сопротивления линии 3 осуществляется при таких положениях коммутаторов 2 и 5, в которых они находятся, как изображено на фиг.1 согласно управляющему воздействию с блока управления 6. Если сопротивление линии изменится, то изменится и значение тока, создаваемого источником номинального напряжения 8. В соответствии с этим на выходе датчика тока 9 появится сигнал, пропорциональный изменению сопротивления линии, который используется для корректировки значения управляемого сопротивления 4 сигналом с выхода устройства управления 6. Благодаря этому суммарное сопротивление линии, включающее сопротивление линии и управляемое сопротивление, остается неизменным. Это позволяет исключить влияние нестабильности характеристик линий связи на результаты измерения параметров сигнала. Блок контроля ошибки 10 анализирует сигналы с датчика тока 9 и управляемого сопротивления 4 и выдает сигнал ошибки измерительному прибору при обрыве линии 3 или при достижении предельных значений управляемого сопротивления. Блок контроля ошибки вырабатывает сигнал ошибки при наличии сигнала перестройки управляемого сопротивления от датчика тока 9 в сторону превышающему предел подстройки. В случае обрыва линии управляемое сопротивление быстро встанет в нижнее свое предельное значение, что немедленно зафиксирует блок контроля ошибки.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент РФ №2254580 С1, МПК G01R 17/02, Опубликован 20.06.2005 Бюл. №17.
2. Патент РФ №54206, МПК G01R 17/02, Опубликован 10.06.2006 Бюл. №16.