Электротехника \ Измерительные приборы в электрических измерениях

Входные преобразователи. Обработка сигнала, страница 36


3.3 Обработка сигнала   

ной связью, как показано на рис. 3.42, на низких частотах можно получить заданное значение коэффициента усиления с высокой точностью.

В измерительном усилителе (см. рис. 3.43), как правило, имеется возможность регулировать и точно задавать коэффициент усиления, и часто также можно изменять ширину полосы. Измерительный усилитель имеет встроенный источник питания, который бывает сконструирован так, чтобы помехи сети и помехи, вводимые петлями заземления, были подавлены. Входной каскад соединен с остальной частью усилителя через трансформатор. Благодаря этому «плавающий» входной каскад может выдерживать очень большие напряжения синфазного сигнала (до 1 кВ) без насыщения усилителя. Часто входной каскад не является, в действительности, дифференциальным усилителем. Входы такого квази-дифференциального усилителя обозначаются символами «Hi» и «Lo», где клемма «Lo» соединена с «землей» плавающего входного усилителя. Плавающий входной каскад заключен в защитный экран, на который подается напряжение синфазного сигнала с целью избежать мешающего влияния паразитной емкости между плавающим входным каскадом и землей. Подробнее это было объяснено в разделе 2.3.3.3 (см. рис. 2.51).

Приведем в качестве примера параметры двух измерительных усилителей.

Измерительный усилитель постоянного тока

- коэффициент усиления регулируется от 102 до 105 с точностью 10-4;

- температурный коэффициент усиления 10-5 К-1;

- статическая нелинейность во всем диапазоне < 5 х 10-6;

- входное сопротивление 50 МОм, выходное сопротивление 1 Ом;

- ширина полосы регулируется от 0,01 Гц до 10 Гц;

- коэффициент ослабления синфазного сигнала 107 (f < 50 Гц);

- эквивалентный входной шум (в полосе 0,1 Гц) 2 нВ;

/777


Рис.3.43. Полная схема измерительного усилителя.


208   Измерительные приборы в электрических измерениях____________

- температурный дрейф нуля 1нВ/К.

Широкополосный измерительный усилитель

- коэффициент усиления регулируется от 1 до 1000 с точностью 10-4;

- температурный коэффициент усиления 3 х 10-5 К-1;

- статическая нелинейность во всем диапазоне < 5 х 10-5;

- искажения на частоте 1 кГц < 10-4;

- входной импеданс 108 Ом//100 пФ, выходное сопротивление 0,1 Ом;

- ширина полосы 100 кГц;

- время установления (с точностью 0,1% от установившегося значения) 80 мкс;

- коэффициент ослабления синфазного сигнала

106  на частотах ниже 50 Гц,

104 на частотах ниже 1 кГц;

- температурная чувствительность напряжения сдвига 1мкВ/К;

- температурная чувствительность входного тока смещения 0,5 нА/К.

Нет смысла неограниченно увеличивать коэффициент усиления измерительной системы. Из-за шумов и (аддитивных) помех быстро будет достигнут порог чувствительности системы. С помощью фильтрации этот порог можно несколько сместить вниз. Если частотные спектры шума и помех лежат, в основном, выше спектра измеряемого сигнала, то применяется фильтр нижних частот. Если частоты помех, в основном, ниже интересующего нас диапазона частот (например, фон силовой сети), то для повышения порога чувствительности системы можно применить фильтр верхних частот. Оба типа фильтрации можно объединить в полосовом фильтре. Наконец, если сигналы помех занимают малую полосу в пределах спектра сигнала, то можно применить заграждающий фильтр, который подавит малую долю спектра сигнала.

Фильтрация сигнала может вызвать нежелательные эффекты, что иллюстрируется осциллограммами, показанными на рис. 3.44. Исходный сигнал (а), полученный в результате измерения, содержит шум. Основная часть спектра шума лежит выше частотного диапазона сигнала и поэтому сигнал пропускается через фильтр нижних частот с частотой среза 100 кГц по уровню ?3 дБ. Осциллограммы, приведенные на рис. 3.44(b), (с) и (d) показывают эффективность фильтрации; сигналы почти не содержат шума. Однако ясно, что фильтрация повлияла на верность или качество воспроизведения формы сигнала. В большинстве случаев вид отфильтрованного сигнала отличается от того, который показан на рис.(а), несмотря на то, что все они получены путем пропускания через фильтры нижних частот с одной и той же частотой среза. Различия вызваны типом применяемого фильтра. Другой эффект, заслуживающий внимания, — это задержка, вносимая фильтром. Задержка также зависит от типа используемого фильтра. К сожалению, подробное рассмотрение фильтров и их применений выходит за рамки данного введения в теорию и технику измерений.

Скачать файл