Основы метрологического обеспечения. Краткий исторический обзор развития метрологии. Нормативные документы, регламентирующие метрологическое обеспечение, страница 29

Преимущество вычисления модуля гармонической слагаемой с помощью предлагаемой формулы по сравнению с известной методикой нахождения тригонометрической интерполяции очевидно. Алгебраически складываются порознь четные и нечетные составляющие ступенек уi  и полученные результаты лишь возводятся порознь в квадраты. 

Фазовый сдвиг модулей гармонических составляющих определяется с помощью формулы

.

Получим искомое продолжение математической зависимости для нахождения сдвига фаз гармонических составляющих Фурье φп

.

Полученная математическая зависимость обеспечивает наиболее простой прием вычисления сдвига фаз гармонических составляющих Фурье.

Тема 5. Исследование формы и параметров сигнала

Лекция 12. Нелинейные искажения и случайные процессы

12.1. Измерения нелинейных искажений.

12.2. Измерение математического ожидания случайного процесса.

12.3.  Измерение дисперсии случайного процесса.

12.1 Измерения нелинейных искажений

Нелинейные искажения возникают в цепях с нелинейной амплитудной характеристикой. При прохождении по таким цепям с нелинейной амплитудной характеристикой колебаний  происходит искажение их гармонической формы и в спектре появляются высшие гармоники.

Возникающие при нелинейных искажениях гармоники можно исследовать и измерить с помощью анализаторов спектра.

Наиболее распространенным показателем нелинейных искажений является коэффициент нелинейных искажений (коэффициент гармоник), представляющий собой отношение действующего значения высших гармоник  U2, U3, … , Un напряжения (или тока) к действующему значению его первой гармоники U1:

.

Для измерения относительного значения напряжения гармоник можно использовать анализатор спектра, если его разрешающая способность позволяет наблюдать раздельно спектральные составляющие. Если детектор анализатора линейный, то в формулу вместо напряжений U1, U2, … , Un  можно подставить значения их амплитуд, измеренных на экране (рис. 11.3) анализатора в единицах длины.

Существуют специальные измерители нелинейных искажений, функциональная схема аналого-цифрового типа которых приведена на рис. 12.1.

Рис. 12.1 Функциональная схема аналого-цифрового измерителя нелинейных искажений

Принцип работы аналого-цифрового измерителя нелинейных искажений основан на подавлении с помощью заграждающего фильтра основной частоты.

Входное устройство служит для согласования измерительного прибора с источником исследуемого сигнала.

Перед измерением переключатель Кл ставят в положение Калибровка, с помощью усилителя уровень исследуемого напряжения повышают до такого фиксированного значения, при котором электронный цифровой вольтметр действующего значения будет проградуирован в величинах коэффициента нелинейных искажений. При этом измеряется действующее значение напряжения всего исследуемого сигнала (всех гармоник)

.

Затем переключатель Кл прибора ставят в положение Измерение. Настраивая заграждающий фильтр, подавляют напряжение основной частоты (первой гармоники U1 ). Цифровой вольтметр показывает минимальное значение, которое соответствует действующему (эффективному) значению суммы высших гармонических составляющих сигнала:

.

Сравнивая показания во втором и первом случае, определяют коэффициент искажений

.

Из этого выражения определяют искомый коэффициент нелинейных искажений

.                               

При небольших нелинейных искажениях результат вычисления коэффициента гармоник с помощью 2-х последних формул будет отличаться не более 1%.

Обычно измерители нелинейных искажений применяют для измерения коэффициента гармоник КГ в пределах 0,1 – 30 %, в диапазоне частот от 0,01 кГц до 10 МГц.

12.2. Измерение математического ожидания случайного процесса

К числовым характеристика случайного процесса относятся математическое ожидание и дисперсия.

Математическое ожидание (среднее) случайного процесса х в метрологии имеет значение истинной величины и вычисляется аналоговыми приборами по формуле

,     

где ТХ – интервал наблюдения случайного процесса х.