Метод автоматического контроля параметров радиоэлектронной аппаратуры в процессе производства

периодических сигналов может быть успешно использован подход, основанный на их определении по отдельным мгновенным значениям сигналов, не связанным с их периодом, с последующей оценкой погрешности, обусловленной отклонением реального сигнала от гармонической модели [3]. Это позволяет значительно сократить время измерения.

При определении параметров гармонических сигналов (ПГС) дальнейшее сокращение времени измерения достигается за счет формирования дополнительных сигналов, сдвинутых по фазе относительно входных, и определении ПГС по мгновенным значениям как входных, так и дополнительных сигналов [4]. Однако при реализации такого подхода к определению ПГС возникает дополнительная погрешность по напряжению, обусловленная отличием амплитуд входного и дополнительного сигналов (погрешность по модулю) фазосдвигающих блоков (ФБ), формирующих дополнительные сигналы [5]. В [1] был предложен метод измерения ПГС, исключающий данный вид погрешности за счет коррекции мгновенных значений дополнительных сигналов, однако это приводит к увеличению времени измерения и усложняет алгоритм определения ПГС.

Цель работы: создание нового метода определения параметров периодических сигналов, реализация которого не требует введения дополнительной коррекции, поскольку предусматривает использование только мгновенных значений входных сигналов.

Метод измерения параметров сигналов, основанный на формировании дополнительных сигналов. Метод заключается в том, что на вход системы и на контролируемый усилительный тракт РЭА подают гармонический сигнал и формируют два дополнительных сигнала, первый из которых сдвинут относительно входного по фазе на угол A a, а второй - на 2 A a соответственно в сторону опережения. В момент перехода второго дополнительного сигнала напряжения через ноль измеряют первые мгновенные значения входного напряжения и напряжения, поступающего с выхода усилительного тракта. В момент перехода первого дополнительного сигнала через ноль измеряют вторые мгновенные значения данных напряжений. Через интервал времени A t одновременно измеряют мгновенные значения входного и выходного напряжений. Амплитудные значения входного и выходного напряжений усилительного тракта, а также угол сдвига фазы между ними и частоту сигнала определяют по измеренным значениям. Временные диаграммы, поясняющие метод, представлены на рис. 1.

Рис. 1. Временные диаграммы, поясняющие метод

Входной и дополнительные сигналы напряжения и напряжение на выходе РЭА, имеющие гармонические модели, соответствуют следующим выражениям:

u1 (t) = Um1 sin tot.

;

u2 (t )= U 2 sin (to t + Aa)

U,(t) = Umsin(tot + 2Aa)?u4 (t ) = Um4 sin (tot + ф)

где U m ₁ , U m ₂ , U_{m 3}, U m ₄ - амплитудные значения входного и дополнительных сигналов и выходного напряжения усилительного тракта; ю - угловая частота входного сигнала; ф - угол сдвига фаз между выходным и входным сигналами усилительного тракта.

В момент времени 1 1 , когда второй дополнительный сигнал напряжения переходит через ноль, мгновенные значения сигналов на входе и выходе РЭА примут вид:

^U 11 = ^Um1 ^{Sin (- 2 Aa)} _;

U41 = Um 4 sin(^ - 2Aa)

В момент времени t ₂ , когда первый дополнительный сигнал напряжения переходит через ноль, мгновенные значения сигналов будут равны:

^U 12 = ^Um 1^{Sin (-Aa)}.

;

^U 42 = U m 4 ^{sin (} V ^-Aa) .

Через образцовый интервал времени A t (в момент времени 1 ₃ ) мгновенные значения сигналов будут соответствовать:

U з = Um] sin(toAt - Aa).

U43 = Um3 sin(v + toAt - Aa) .

Используя мгновенные значения сигналов после преобразований можно получить выражения для определения информативных параметров в случае, если Aa<900:

- амплитудные значения сигналов на входе и выходе усилительного тракта РЭА

, =

V 4 U 122 - U 121 .

;

^Um 4

= 2

U 12

4 U 122 - U 2

Х (U 12U42 + U12U41  U11U41U42 )]

- частота сигнала

, 1 J 1

f =      arccos!

^{2 nA} t      [ U 12 U 41 ^- U_n ^U 42

, ^U 13 ^{( 2 U} 12 ^U 41 ^{- U} 11 ^U 42 ) ^{- U} 11 ^U 12 ^U 43 1

'                   2U12

;

- угол сдвига фаз между выходным и входным сигналами ф = arcsin

^U11^U 42   ^U 12 ^U 41

_________ 4U 12   ^U 11 __________ ⁽ U 12 U 42 + U 12 U 41 - ^U 11 U 41 ^U 42 ).

Схема системы контроля и испытаний РЭА, реализующей данный метод, представлена на рис. 2. В состав системы входят: генератор синусоидального напряжения ГСН, первичные преобразователи напряжения ППН1 и ППН2, нуль-органы НО1 и НО2, фазосдвигающие блоки ФБ1 и ФБ2, аналого-цифровые преобразователи АЦП1 и АЦП2, контроллер КНТ, шины управления ШУ и данных ШД.

Рис. 2. Схема системы, реализующей метод

Рассматриваемый метод предназначен для определения параметров гармонических сигналов. Если усилительный тракт РЭА вносит нелинейные искажения, то при гармоническом входном сигнале неизбежно возникает погрешность, обусловленная наличием высших гармоник. При этом амплитудное значение и частота входного сигнала в соответствии с выражениями (1) и (3) определяются без методической погрешности.

Анализ погрешности метода из-за отклонения реального сигнала от гармонической модели. Проведем оценку погрешности, обусловленной отклонением реального сигнала от гармонической модели, используя методику оценки погрешности результата измерения параметра как функции, аргументы которой заданы приближенно с погрешностью, соответствующей отклонению реального сигнала от модели [3]. Если абсолютные погрешности аргументов соответствуют наибольшему отклонению модели от реального сигнала, то предельные значения абсолютных погрешностей определения амплитудного значения выходного напряжения угла сдвига фазы между сигналами на входе и выходе РЭА в соответствии с (2) и (4) примут вид:

Аф =

дф

(d U 41

+

дф dU42

A U max

У

да где AU„ax = Um4 Е hk  - предельная абсолютная

k = 2

погрешность аргумента, соответствующая наибольшему отклонению реального выходного сигнала РЭА от гармонической модели;

hk = TTm - коэффициент к -той гармоники вы-

U_{m 4}

ходного напряжения.

Используя предельные значения абсолютных погрешностей (5) и (6) и выражения (2) и (4), можно определить относительную погрешность определения амплитудного значения напряжения и приведенную погрешность измерения угла сдвига фаз:

A Um

U4

(d U 41

+

d U m 4

d U 42

A U max

У

Е huk [cos(Ф - Аа) + 2cos ф]

k = 2

^{0 U}                  I ----У----

2|sin Аа| 1 + Е hUk k=2            ;          (7)

ЕЕ и,»

У ф =      k =2------- , [cos Ф ^sin ( ф ^{- Аа) +}

2л| sin Аа cos ф

+ |sin 2Аа + cos(ф - 2Аа)]

Анализ выражений (7) и (8) показывает, что погрешности измерения данных параметров зависят от спектра сигнала, угла сдвига фаз φ и угла сдвига фазы ФБ Δα. На рис. 3 и 4 представлены графики зависимости относительной погрешности измерения амплитудного значения выходного напряжения и приведенной к 360° погрешности определения угла сдвига фаз от Δα и φ при наличии в сигнале напряжения 1-ой и 3-ей гармоники с коэффициентом h 3 =0,1%.

Рис. 3. Графики зависимости погрешности δ U от Δα и φ

Рис. 4. Графики зависимости погрешности γ φ от Δα и φ

Анализ рис. 3 и 4 показывает, что при увеличении угла сдвига ФБ Δα погрешности измерения амплитуды и угла сдвига фазы снижаются и достигают минимальных значений при Аа=90°, однако это приводит к возрастанию общего времени измерения. При дальнейшем увеличении угла сдвига Δα погрешности снова возрастают.

Выводы: разработанный метод измерения параметров гармонических сигналов использует формирование только дополнительных сигналов напряжения, сдвинутых на произвольные, в общем случае, углы Δα и 2Δα относительно входного. Это позволяет исключить частотную погрешность фазосдвигающих блоков. Кроме того, за счет использования мгновенных значений только входного сигнала исключается погрешность по напряжению (погрешность по модулю) ФБ. Проведенный анализ показывает, что наличие в сигналах высших гармоник приводит к существенному увеличению погрешности измерения ПГС. Полученные результаты позволяют подбирать оптимальные блоки системы, реализующей метод, исходя из требований по точности и времени измерения.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках базовой части государственного задания ФГБОУ ВПО «СамГТУ» (код проекта: 1392).