ПОГРЕШНОСТЬ ЦИФРОВОГО ВОЛЬТМЕТРА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, ОБУСЛОВЛЕННАЯ КВАНТОВАНИЕМ ПО УРОВНЮ

Г.И. Волович; Е.В. Литвинова; С.Н. Мунтьянов; В.А. Яковлев

doi:10.14529/power190415

Авторы

Г.И. Волович ООО «Челэнергоприбор», г. Челябинск
Е.В. Литвинова Южно-Уральский государственный университет
С.Н. Мунтьянов ООО «Челэнергоприбор», г. Челябинск
В.А. Яковлев Южно-Уральский государственный университет

DOI:

https://doi.org/10.14529/power190415

Ключевые слова:

цифровой вольтметр, ошибка квантования, модель АЦП, дискретный сигнал, ошибки по уровню, измерение сигнала

Аннотация

При проектировании цифрового вольтметра переменного тока необходимо, исходя из поставленных в тоническом задании параметров прибора, определить оптимальную конфигурацию используемой электроники, позволяющей достичь требуемых характеристик. Одной из таких характеристик является точность. Помимо шумов и наводок извне аппаратная методическая погрешность является базой, которая определяет максимально доступную точность измерения. Задача, решаемая в статье, состоит в выборе минимально допустимой разрядности квантования по уровню, при учете того, что известен диапазон измерения и предполагаемый класс точности. В статье получена и апробирована модель методической погрешности квантования по уровню и получены результаты для учета квантования по времени цифрового вольтметра переменного тока. Найдена зависимость погрешности от отношения минимальной измеряемой амплитуды сигнала к шагу квантования АЦП. Получены аналитические модели погрешности квантования по уровню, приведенные к выходу цифрового вольтметра, для идеального фильтра низких частот. Найденные выражения позволяют определить минимально допустимый шаг квантования АЦП или ЦАП для известного допустимого уровня погрешности и минимальной амплитуды входного сигнала, без учета квантования по времени и шума в измеряемом сигнале, при условии использования метода измерения напряжения путём его дискретизации по времени и уровню посредством АЦП.

Скачивания

Данные скачивания пока недоступны.

Библиографические ссылки

Баранов, Л.А. Квантование по уровню и временная дискретизация в цифровых системах управления / Л.А. Баранов. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 304 с.

Гутников, В.С. Фильтрация измерительных сигналов / В.С. Гутников. – Л.: Энергоатомиздат, 1990. – 192 с.

Бесекерский, В.А. Цифровые автоматические системы / В.А. Бесекерский. –М.: Наука, 1976. – 576 с.

Проектирование систем цифровой и смешанной обработки сигналов / Под ред. У. Кестера. – М.: Техносфера, 2010. – 328 с.

Райс, В. Как работают аналогово-цифровые преобразователи и что можно узнать из спецификации на АЦП / В. Райс // Компоненты и технологии. – 2005. – № 3. – С. 116–123.

Волович, Г.И. Аналого-цифровое измерение переменного напряжения и теорема Котельникова / Г.И Волович // Компоненты и технологии. – 2010. –№ 108. – C. 144–149.

Волович, Г.И. Влияние внутренних шумов на погрешность электронного трансформатора тока / Г.И. Волович // Измерительная техника. – 2016. – № 2. – С. 42–45.

Bennett, W.R. Spectra of quantized signals / W.R. Bennett // Bell Systems Technical Journal. –1948. – Vol. 27. – P. 446–472. DOI:10.1002/j.1538-7305.1948.tb01340.x

Ратхор, Т.С. Цифровые измерения. Методы и схемотехника / Т.С. Ратхор. – М.: Техносфера, 2004. – 376 с.

Lloyd, S. Least squares quantization in PCM / S. Lloyd // IEEE transactions on information theory. – 1982. – Vol. 28, no. 2. – P. 129–137. DOI:10.1109/tit.1982.1056489

Sheppard, W.F. On the calculation of the most probable values of frequency constants for data arranged according to equidistant divisions of a scale / W.F. Sheppard // Proc. London Math. Soc. – 1898. – Vol. 29. – P. 353–380. DOI:10.1112/plms/s1-29.1.353

Titsworth, R.C. Optimal threshold and level selection for quantizing data / R.C. Titsworth // JPL Space Programs Summary. – P. 37–23.

Bruce, J.D. On the optimum quantization of stationary signals / J.D. Bruce // In 1964 IEEE Int. conv. – Rec. 1964. – Pt. 1. – P. 118–124.

Shaver, H.N. Topics in statistical Quantizations / H.N. Shaver. – Stanford Univ. Ca. Stanford Electronics Labs, 1965. – No. 7050-5.

Algazi, V. Useful approximations to optimum quantization / V. Algazi // IEEE Transactions on Communication Technology. – 1966. – Vol. 14, no. 3. – P. 297–301. DOI: 10.1109/tcom.1966.1089333

Elias, P. Bounds on performance of optimum quantizers / P. Elias // IEEE Transactions on Information Theory. – 1970. – Vol. 16, no. 2. – P. 172–184. DOI: 10.1109/tit.1970.1054415

Gray, R.M. Quantization / R.M. Gray, D.L. Neuhoff // IEEE transactions on information theory. – 1998. – Vol. 44, no. 6. – P. 2325–2383. DOI: 10.1109/18.720541

Гублер, Г.Б. Алгоритмы цифровой обработки сигналов многофункционального эталонного прибора для измерений электроэнергетических величин / Г.Б. Гублер, В.С. Гутников // Метрология электрических измерений измерений в энергетике:

информ. материалы 1-й науч.-практ. конф. – М.:НЦ ЭНАС, 2001. – С. 68–71.

Campbell, S.L. Modeling and Simulation in Scilab/Scicos with ScicosLab 4.4 / S.L. Campbell, J.P. Chanclier, R. Nikoukhah. – Second Edition. – New York: Springer, 2010. – 319 p. DOI: 10.1007/978-1-4419-5527-2_3

Бабичев, М.М. Оценки погрешности дискретности при измерении среднеквадратических значений периодических сигналов / М.М. Бабичев, Ю.А. Пасынков // Актуальные проблемы электронного приборостроения. Труды XII международной

конференции: АПЭП-2014. – Новосибирск: НГТУ, 2014. – С. 191–194. DOI: 10.1109/apeie.2014.7040898