Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



Методы калибровки сигналов по КНИ

По отношению напряжений независимых не калиброванных сигналов

Дигармонические

Абсолютный

Относительный

Спектрально - нулевой

По временному представлению

Комбинированный

По отношению амплитуд полуволн

По отношению Uq к UmiUcp,tJg

Полигармонические

По отношению двух калиброванных по КНИ сигналов

Рис. 12.10. Методы калибровки сигналов по КНИ

где О - угол отсечки сигнала типа «усеченный синус»;

О при ОфО;

51Пф при Офп -0;

f<> О при п-е$ф$п-1-е;

51Пф при я-(-вф2я -0; 0 при 2я-е$ф$2я,

где О - угол отсечки сигнала типа «в нуле усеченный синус»;

Asmff при 0:ф:п;

В sin ф при я ф 2п,

/(Ф) =

где а ТА В - амплитуды полуволн сигнала типа «разновеликий синус».

В принципе все три типа сигнала пригодны для получения калиброванных значений КНИ в диапазоне от О до 100% в значениях Kf2, однако техническая реализация этих сигналов существенно различна.

В третью группу входят сигналы синусоидального типа («искаженный синус» и исходного белого шума - шумовой). Первый пригоден для поверки ИНИ общего применения, второй - для поверки измерителей нелинейности, работающих по методу шумовой загрузки.

Последнюю группу составляют сигналы, синтезируемые из монохроматических сигналов или смеси монохроматического и калиброванного полигармонического, например сумма усеченного синусоидального с О = 90° и монохроматического синфазного или противофазного сигналов.

Известные методы калибровки по КНИ рассмотренных выше сигналов условно можно разделить на три группы; абсолют-

ный, относительный и комбинированный (рис. 12.10).

Абсолютный метод основан на использовании свойств спектра сигнала типа «усеченный синус». При его калибровке не применяется измерение каких-либо физических величин самого сигнала. Обращение в нуль спектральных составляющих этого сигнала при строго определенных значениях угла отсечки позволяет установить однозначную связь между углом отсечки и КНИ сигнала, т. е. обращением в нуль составляющих спектра калибровать сигнал по КНИ. Этот метод позволяет получить высокую точность воспроизведения размера единицы КНИ в диапазоне 1 - 100%. К числу недостатков метода следует отнести большую трудоемкость и существенную дискретность калиброванных значений КНИ. Предельно достижимая погрешность метода ограничивается в основном чувствительностью спектрального индикатора, фиксирующего моменты обращения в нуль составляющих спектра, и технической реализацией устройства отсечки. Случайная относительная погрешность метода оценивается значением 0,01%.

Относительные методы калибровки применяются для группы дигармонических и полигармонических сигналов и основаны на измерении отношения двух или более исходных напряжений калибруемого сигнала или параметров временного представления сигналов.

Простейшим относительным методом является метод, заключающийся в измфении напряжения первой гармоники Uj и высшей [/„ (второй, третьей или более высокого порядка), уравнивании и суммировании этих исхохщых сигналов, делении [/„ до получения заданного отношения;



12.5. Метрологическое обеспечение СИ искажений формы сигналов

Kfi = A„U„/V„

где А„ - коэффициент деления.

Погрешность калибровки зависит от погрешности уравнивания l/j = 1/„, погрешности деления и КНИ исходных (в основном и,) сигналов. Погрешность метода в области низких частот лежит в пределах от 0,1 до 0,03%. При использовании когерентных ис-. точников сигнала l/j и U„ можно получить калиброванный сигнал, пригодный для поверки не только аналоговых, но и цифровых ИНИ. Этот метод применяется в приборах ГИС-2Б и Г6-1.

Вариантом этого метода является метод, основанный на суммировании первой гармоники с составляющими высших гармоник. Калибровка в этом случае выполняется уравниванием эффективных напряжений первой и суммы высших гармоник с последующий делением высших. Такой метод использован в аппаратуре Государственного первичного эталона при КНИ, меньших 5%, и образцовых средствах измерений первого разряда.

Калибровка с относительной погрешностью примерно 0,1% в диапазоне частот до 100 кГц производится методом, использующим временное представление сигналов типа «меандр» и пилообразного. Калибровка осуществляется путем измерения при необходимости и коррекции временных параметров сигналов, таких как длительность полупериодов, фронтов, линейность плоской части импульса, линейность закона нарастания и спада.

С помощью комбинированных методов можно калибровать такие сигналы, как «равновеликий синус», «усеченный синус» и др. Сущность комбинированного метода состоит в том, что один из параметров (в основном угол отсечки) устанавливается абсолютным методом, а далее калибровка осуществляется относительными методами - через отношение амплитуд полуволн, отношение постоянной составляющей к амплитуде одной из полуволн, через коэффициент деления напряжения и т. п.

Комбинированный метод позволяет реализовать ряд преимуществ, которыми не обладают два рассмотренных выше метода. К ним относятся возможность автоматизации калибровки; малое время, затрачиваемое на калибровку, что особенно существенно для диапазона инфранизких частот; возможность получения практически любых калиброванных значений КНИ.

ГОСТ 8.110 - 74 определяет значение размера единиц коэффициента нелинейных искажений в диапазоне частот от 20 до 1000000 Гц-процент (%). Эффективное значение воспроизводимого в данном диапазоне частот КНИ составляет от 0,01 до 100%. Среднеквадратическое отклонение результата измерения (5о) не превьпдает 1-10" при неисключенной систематической погрешности (бд), не превышающей 0,05-10" - 1 -10" в зависимости от частоты и значений КНИ.

Общесоюзная поверочная схема определяет порядок передачи размера единицы КНИ от эталона к рабочим федствам измерений. Она содержит эталон-копию и рабочий эталон с погрешностью 1 • 10" и образцовые федства измерений первого и второго разрядов.

В качестве образцовых федств измерений первого разряда применяются источники дигармонических или полигармонических сигналов, калиброванных по КНИ, которые представляют собой сумматоры квазисинусоидальных сигналов, компарируемых по вольтметру.

Образцовыми федствами измерений второго разряда служат ИНИ, выполненные по принципу измерения отношения среднеквадратического значения напряжения высших гармоник к напряжению первой или среднеквадратическому значению напряжения полного сигнала. В зависимости от частоты и значений КНИ погрешность измерения составляет от 0,01 до 0,05% для первого и от 0,03% до 0,05% для второго разрядов соответственно. Во всех звеньях поверочной схемы используется, как правило, метод прямых измерений.



РАЗДЕЛ ТРИНАДЦАТЫЙ ИЗМЕРЕНИЕ ШУМА

13.1. ШУМОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКОВ

Одним из основных требований, предъявляемых к приемным устройствам радиолокационных станций, аппаратуры связи, навигации и другим, является способность приема слабых сигналов. К факторам, которые ограничивают их чувствительность, относятся собственные шумы приемно-усилительных устройств. Для характеристики уровня собственных шумов приемных устройств и отдельных узлов и блоков применяются сле-дуюшие основные параметры: коэффициент шума и температура шума входа устройства.

Коэффициент шума приемного устройства или любого линейного четырехполюсника определяется соотношением

F - (с. вх/Рш. вх)/(с. вых/Р ш. вых).

(13.1)

где Рс.вх. ш.вх. с.вых, Рш. вых-номинальные мощности входного сигнала и шума, сигнала и шума на выходе четырехполюсника при нормальной температуре шума входной нагрузки Т = 293 К.

Как следует из (13.1), коэффициент шума показывает, во сколько раз отношение сигнала к шуму на выходе четьфехполюсника уменьшается по сравнению с аналогичным отношением на его входе.

Введя обозначение Рсвых/свх = G (коэффициент усиления по мощности), (13.1) мож- но записать как

• = ш.вь,х/Яш.вхС. (13.2)

Коэффициент усиления реальных четырехполюсников имеет частотную зависимость, потому и коэффициент шума в общем случае также зависит от частоты и полосы частот, в которой производятся измерения. Для характеристики шумовых свойств используется дифференциальный коэффициент шума

F{t) = (Рс. вх/Яш.вх) А (Яс. вых/Рш. вых) А/ =

Рш.вых (в полосе А/0)

СРш.вх (в полосе А/0)

где / -средняя частота бесконечно малой полосы частот А/.

Под дифференциальным коэффициентом шума понимается величина, показывающая, во сколько раз уменьшается отношение

мощностей сигнала и шума в бесконечно малой полосе частот при прохождении полезного сигнала через четырехполюсник.

Предполагаем, что источник сигнала, подключенный к входу четырехполюсника, вместе с сигналом выделяет также шумовую составляющую с интенсивностью шума, равной 5ш.вх(Л- Выходная мощность шума линейного четырехполюсника состоит из двух составляющих, обусловленных шумами источника сигнала и собственными шумами четьфехполюсника с интенсивностью S. ч(Л-Подставив в (13.3) значение мошности шумов составляющих, можно получить выражение для хщфференциального коэффициента шума:

Р(Л = И-5ш.м(/)/5ш.вх(Л- (13.4)

Из (13.4) видно, что значение F{t) четырехполюсника зависит от интенсивности входного шумового сигнала. Для однозначности определения коэффициента в качестве стандартного пргшят источник, интенсивность шумового сигнала которого постоянна и равна интенсивности шумов сопротивления, находящегося при температуре Тд = = 293 К.

С учетом этого дифференциальный коэффициент шума активного линейного четырехполюсника

F{n = l + S.{f)/kTo.

При измерениях обычно определяют интегральный (усредненный) в полосе частот коэффициент шума, который показывает, во сколько раз уменьшается отношение полной мощности сигнала к полной мощности шума при прохождении через четьфехполюсник полезного сигнала от стандартного источника:

F„ = Рш. вык/Рщ. BxG = Рш. sbtx/kToA/G,

где А Т(,Д/С - мощность шумов на выходе четырехполюсника при температуре стандартного источника; А/ - полоса пропускания.

Если учесть, что полный шумовой сигнал на выходе содержит составляющие за счет шумов источника и собственных шумов четырехполюсника, уравнение для интегрального коэффициента шума можно записать в следующем виде:

F„ = l+Pu,ToGAf.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 [129] 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168


0.0109