Дорошев Василий Петрович : другие произведения.

Предельный динамический и частотный диапазон измерительных преобразователей

Самиздат: [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь|Техвопросы]
Ссылки:
 Ваша оценка:
  • Аннотация:
    Получена зависимость предельного динамического и частотного диапазонов измерительных преобразователей от определяющих факторов.
ДД

         Дорошев В.П.

Предельный динамический и частотный диапазон измерительных преобразователей

     Найдем в общем виде зависимость динамического (ДД) и частотного (ЧД) диапазонов измерительных преобразователей информации (усилителей, дискретизаторов, квантователей) от определяющих факторов.
    Под динамическим диапазоном преобразователя понимается отношение максимального и минимального входных сигналов, преобразуемых с погрешностью не большей заданной. Частотный диапазон - эта область частот, в пределах которой масштаб преобразования меняется в пределах не превышающих заданное значение.
    Воспользуемся соотношением [1,с.170], справедливым для преобразователей сигналов, независимо от принципа их построения и технической реализации
γ2 ptη = wш (1)
    Выражение (1) устанавливает связь относительной приведенной погрешности преобразования γ , мощности входного сигнала p, времени установления показаний t, энергетического КПД η с энергией шума входного сигнала wш.
     Энергетический КПД здесь определен, как отношение полезно использованной в преобразователе энергии wп ко всей поступившей от источника информации pt
η= wп/pt.
   Энергия шума не может быть меньше
wш = π e k T0 = 3. 5× 10-20 Дж,
где, k - постоянная Больцмана, T0 - абсолютная температура, принятая для лабораторных условий T0 = 293° К.
    Полный или инструментальный ДД [1,с.106] определим, как
D = 1/γ , (2)
причем γ может определяться квантованием (оцифровкой) измеряемой физической величины, отклонением амплитудной характеристики преобразования от линейной, избыточными шумами и помехами, а так же одновременно всеми перечисленными факторами.
    Частотные свойства большинства преобразователей достаточно точно моделируются инерционным звеном первого порядка, с постоянной времени τ
t = - τ lnγ = - lnγ/2πf, (3)
где, τ = 1/2πf; f - максимальная частота пропускания преобразователя, определенная при ослаблении выходного сигнала до уровня 1/√2 от максимального.
    Используя (1) ... (3), получим
D2/lnD = η p/2π f wш . (4)
    Для оценки предельного ДД при известной мощности входного сигнала p и полосе пропускания f следует использовать максимальный достигнутый на современном уровне развития измерительной техники энергетический КПД η . С этой целью определим η , например, для компараторов аналоговых сигналов, являющихся основным узлом преобразователей аналоговой информацию в цифровую. Из (1) получим
η = wш/γ2 ptвкл, (5)
где, γ - относительная погрешность компаратора, равная 0,5; p = UперIвх - мощность, поступающая на вход компаратора от источника сигнала; Uпер,Iвх- соответственно, напряжение перевозбуждения и средний входной ток компаратора; tвкл- время включения компаратора.
    Используя справочные данные, установим, что наилучшим компараторам соответствует η = 0,19%, и такой же КПД имеет цифровой вольтметр DY-2401 фирмы 'Паккард' США [1,c.202].
     С учетом полученного значения КПД, запишем
D2/lnD = 8,6×109 p [вт]/f [МГц]. (6)
    По выражению (6) построено семейство зависимостей предельного инструментального D и рабочего Dр ДД измерительного преобразователя от максимальной частоты пропускания при разных уровнях входной мощности (Рис.1). На рисунке рабочий динамический диапазон Dр показан для случая, когда допустимая среднеквадратичная погрешность преобразования синусоидального сигнала не превышает 1%.
[]
Рис.1. Зависимость предельного ДД и максимальной частоты преобразования от мощности входного сигнала
    Полученное семейство характеристик говорит о том, что самым существенным фактором расширения динамического диапазона преобразователя является максимальное повышение мощности входного сигнала. Но, если этот ресурс исчерпан, то:
    - устанавливать параллельно N измерительных каналов, при этом общий динамический диапазон расширяется в N раз. Соединения каналов по входу рационально осуществлять с помощью аттенюаторов или широкополосных трансформаторов;
    - из дополнительных преобразователей "строить"нелинейные шкалы, например, так, как это предлагается в [2].
    
    1.Новицкий П.В. Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. 2-е изд., перераб. и доп. Л. 1991. 303 с.
    2.Дорошев В.П. Ямный В.Е. Предельный динамический диапазон функциональных АЦП, Автометрия N2, Новосибирск, 1984.
     Август 2010
 Ваша оценка:
Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
О.Болдырева "Крадуш. Чужие души" М.Николаев "Вторжение на Землю"

Как попасть в этoт список
Сайт - "Художники" .. || .. Доска об'явлений "Книги"