RU2142141C1 - Method determining transfer function of measurement system - Google Patents
Method determining transfer function of measurement system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2142141C1 RU2142141C1 RU97118790A RU97118790A RU2142141C1 RU 2142141 C1 RU2142141 C1 RU 2142141C1 RU 97118790 A RU97118790 A RU 97118790A RU 97118790 A RU97118790 A RU 97118790A RU 2142141 C1 RU2142141 C1 RU 2142141C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- signal
- transfer function
- measurement
- measured
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000012546 transfer Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title abstract description 14
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 12
- 238000001914 filtration Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и метрологии и может быть использовано для градуировки и калибровки различных измерительных систем в динамическом режиме, в частности, для определения передаточных функций гидрофизических и гидроакустических преобразователей. The invention relates to measuring technique and metrology and can be used for calibration and calibration of various measuring systems in dynamic mode, in particular, to determine the transfer functions of hydrophysical and hydroacoustic transducers.
Известен способ определения характеристик передаточной функции измерительных систем [1-5], заключающийся в том, что на вход измерительной системы последовательно подают гармонические сигналы различных частот, измеряют выходные сигналы измерительной системы на каждой из частот и определяют передаточную функцию системы, например, путем цифровой обработки дискретных отсчетов выходного сигнала. A known method for determining the characteristics of the transfer function of the measuring systems [1-5], which consists in the fact that the input of the measuring system sequentially serves harmonic signals of different frequencies, measure the output signals of the measuring system at each frequency and determine the transfer function of the system, for example, by digital processing discrete samples of the output signal.
Данный способ может быть реализован в различных областях измерительной техники: в расходометрии [1], тензометрии [2], анемометрии [3], термоанемометрии [4] , в области гидроакустики [5], при определении характеристик четырехполюсников в технике связи и радиотехнике, виброметрии и других. This method can be implemented in various fields of measurement technology: in flow metering [1], strain gauge [2], anemometry [3], hot-wire anemometry [4], in the field of hydroacoustics [5], when determining the characteristics of four-terminal devices in communication and radio engineering, vibrometry and others.
За прототип принят способ [5], реализуемый в гидротрубе для определения характеристик передаточной функции измерительной гидроакустической антенны в лабораторных условиях. The method [5], implemented in a hydraulic pipe to determine the transfer function of a measuring sonar antenna in laboratory conditions, was adopted as a prototype.
В прототипе на вход измерительной системы последовательно подают гармонические сигналы различных частот, измеряют выходные сигналы исследуемой системы на каждой из частот и определяют передаточную функцию путем цифровой обработки дискретных отсчетов выходного сигнала. Цифровая обработка дискретных отсчетов входного сигнала измерительной системы (в данном случае гидроакустической антенны) осуществляется при помощи ЭВМ с аналого-цифровым преобразователем (АЦП), входными противомаскировочными аналоговыми фильтрами и узлами согласования сигналов со входом АЦП. In the prototype, harmonic signals of various frequencies are successively fed to the input of the measuring system, the output signals of the system under study are measured at each frequency, and the transfer function is determined by digitally processing the discrete samples of the output signal. Digital processing of discrete samples of the input signal of the measuring system (in this case, the hydroacoustic antenna) is carried out using a computer with an analog-to-digital converter (ADC), input anti-mask analog filters and signal matching nodes with an ADC input.
Недостатком прототипа, как следует из его описания, является работа при постоянной частоте дискретизации без учета частоты измеряемого сигнала. Кроме того, в тракт измерений входит фильтр нижних частот, который, в свою очередь, может являться источником дополнительных погрешностей как при измерении амплитуды, так и, в большей степени, фазы. The disadvantage of the prototype, as follows from its description, is the work at a constant sampling frequency without taking into account the frequency of the measured signal. In addition, a low-pass filter is included in the measurement path, which, in turn, can be a source of additional errors when measuring the amplitude and, to a greater extent, the phase.
Известно, что аналоговые фильтры вносят фазовые искажения, что недопустимо при определении характеристик передаточной функции измерительной гидроакустической антенны в лабораторных условиях. Если обратить внимание на необходимость многоканальных измерений, то суммарная погрешность, возникающая из-за неидентичности амплитудно- и фазочастотных характеристик аналоговых узлов, может достигать значительных величин. В результате появляется дополнительная погрешность, в частности, при определении характеристики направленности измерительной гидроакустической антенны. It is known that analog filters introduce phase distortion, which is unacceptable when determining the transfer function of a measuring hydroacoustic antenna in laboratory conditions. If we pay attention to the need for multichannel measurements, the total error arising due to the non-identity of the amplitude and phase-frequency characteristics of the analog nodes can reach significant values. As a result, an additional error appears, in particular, when determining the directivity characteristics of a measuring hydroacoustic antenna.
Техническим результатом, получаемым в результате внедрения изобретения, является повышение точности измерений за счет исключения операции аналоговой фильтрации, которая, например, при недостаточной стабильности частоты анализируемого сигнала и/или стабильности параметров аналоговых цепей приводит к ухудшению точности измерений. The technical result obtained as a result of the implementation of the invention is to increase the accuracy of measurements by eliminating the operation of analog filtering, which, for example, with insufficient stability of the frequency of the analyzed signal and / or stability of the parameters of analog circuits leads to a deterioration in the accuracy of measurements.
Данный технический результат достигается за счет того, что в известном способе определения передаточной функции измерительной системы, заключающимся в том, что на вход измерительной системы последовательно подают гармонические сигналы различных частот, измеряют выходные сигналы на каждой из частот и определяют передаточную функцию измерительной системы путем цифровой обработки дискретных отсчетов выходного сигнала, дискретные отсчеты выходного сигнала выбирают с частотой, при которой отношение частоты дискретизации к частоте сигнала является дробным числом, одинаковым для всех частот. При этом длительность анализируемого сигнала задается равной целому числу периодов биений между частотой дискретизации и частотой измеряемого сигнала. Таким образом на целое число отсчетов приходится целое число периодов сигнала. This technical result is achieved due to the fact that in the known method for determining the transfer function of the measuring system, which consists in the fact that harmonic signals of different frequencies are successively fed to the input of the measuring system, the output signals are measured at each frequency and the transfer function of the measuring system is determined by digital processing discrete samples of the output signal, discrete samples of the output signal are selected with a frequency at which the ratio of the sampling frequency to the signal frequency ala is a fractional number that is the same for all frequencies. The duration of the analyzed signal is set equal to an integer number of beat periods between the sampling frequency and the frequency of the measured signal. Thus, an integer number of samples accounts for an integer number of signal periods.
В частном случае дискретные отсчеты измеряемого сигнала выбирают с частотой, при которой отношение частоты дискретизации к частоте сигнала является отношением двух чисел из ряда Фибоначчи. In the particular case, the discrete samples of the measured signal are selected with a frequency at which the ratio of the sampling frequency to the signal frequency is the ratio of two numbers from the Fibonacci series.
Существо способа заключается в следующем. Дискретизацию непрерывного сигнала, в идеализированном представлении, можно рассматривать как произведение гребневой функции, состоящей из последовательности δ- импульсов и синусоидального сигнала [6]:
где Ш(t) - периодическая функция с периодом T, k = ±1, ±2,...The essence of the method is as follows. The sampling of a continuous signal, in an idealized representation, can be considered as the product of the ridge function, consisting of a sequence of δ-pulses and a sinusoidal signal [6]:
where W (t) is a periodic function with period T, k = ± 1, ± 2, ...
В этом случае спектральная плотность дискретизированного сигнала имеет вид
S(ω) = A(nωc± mωg),
где ωc - частота сигнала, ωg - частота первой гармоники сигнала дискретизации, n, m = ±1, ±2,..., A - амплитуда измеряемого сигнала. Таким образом можно заметить, что если частота сигнала дискретизации совпадает с частотами гармоник измеряемого сигнала, то при переносе спектров происходит наложение паразитных сигналов на измеряемый сигнал. При этом возникают ошибки, известные как ошибки маскировки частот. С другой стороны, если время наблюдения анализируемого сигнала не совпадает с целым числом периодов, то возникает необходимость в использовании весовых функций, которые, в свою очередь, приводят к расширению полосы пропускания измерительной системы во время обработки отсчетов сигнала. Последнее обстоятельство может привести к ухудшению отношения сигнал/шум и снижению точности измерений при фиксированном времени анализа.In this case, the spectral density of the sampled signal has the form
S (ω) = A (nω c ± mω g ),
where ω c is the signal frequency, ω g is the frequency of the first harmonic of the sampling signal, n, m = ± 1, ± 2, ..., A is the amplitude of the measured signal. Thus, it can be noted that if the frequency of the sampling signal coincides with the harmonics frequencies of the measured signal, then when the spectra are transferred, spurious signals are superimposed on the measured signal. This causes errors known as frequency masking errors. On the other hand, if the observation time of the analyzed signal does not coincide with an integer number of periods, then there is a need to use weighting functions, which, in turn, lead to an increase in the bandwidth of the measuring system during processing of the signal samples. The latter circumstance can lead to a deterioration of the signal-to-noise ratio and to a decrease in the measurement accuracy at a fixed analysis time.
Если выбрать частоту дискретизации таким образом, чтобы сигналы комбинационных частот низких порядков с достаточно большими амплитудами не совпадали с измеряемым сигналом, можно исключить входные непрерывные аналоговые фильтры. Последнее обстоятельство способствует повышению точности измерений за счет исключения ошибок фильтра. Необходимую полосовую фильтрацию можно произвести на стадии обработки сигнала цифровым способом. Выбор частоты дискретизации определяется исходя из необходимой точности измерений параметров сигнала [6]. If you select the sampling frequency so that the signals of the combination frequencies of low orders with sufficiently large amplitudes do not coincide with the measured signal, you can exclude the input continuous analog filters. The latter circumstance helps to increase the accuracy of measurements by eliminating filter errors. The necessary band-pass filtering can be done at the stage of processing the signal digitally. The choice of sampling rate is determined based on the required accuracy of the measurement of signal parameters [6].
Необходимо иметь в виду, что число обрабатываемых отсчетов, как и число периодов измеряемого сигнала, может быть только целым. Т.о. полностью исключить наложение нельзя. Это связано с тем, что названное отношение не может быть иррациональным числом. С другой стороны, если взять число обрабатываемых отсчетов и число периодов измеряемого сигнала такими, что эти числа будут являться членами ряда Фибоначчи, определяемыми, в свою очередь, таким образом, что каждый последующий член есть сумма двух предыдущих, то возникает следующее свойство. Отношение двух чисел Фибоначчи есть приближение так называемой "золотой пропорции", которая иррациональна. Т.е. в результате возникающие при обработке наложения сигналов не скажутся до более высоких порядков комбинационных частот. Кроме этого, при обработке сигналов при помощи ЭВМ, особенно с ограниченными ресурсами, могут возникать проблемы, связанные с неполным использованием выделенной памяти для отсчетов сигнала. В названном случае ограничение, связанное с двоичной системой счисления ЭВМ, будет несущественным. Это достигается тем, что можно выбрать такие числа из ряда Фибоначчи, при которых общее число обрабатываемых отсчетов будет числом из ряда 2n [7].It must be borne in mind that the number of processed samples, as well as the number of periods of the measured signal, can only be an integer. T.O. the overlay cannot be completely excluded. This is due to the fact that the named relation cannot be an irrational number. On the other hand, if we take the number of processed samples and the number of periods of the measured signal such that these numbers are members of the Fibonacci series, determined, in turn, so that each subsequent term is the sum of the two previous ones, then the following property arises. The ratio of two Fibonacci numbers is an approximation of the so-called "golden ratio", which is irrational. Those. as a result, signal overlays that occur during processing will not affect up to higher orders of combination frequencies. In addition, when processing signals with a computer, especially with limited resources, problems may arise associated with the incomplete use of the allocated memory for signal samples. In the aforementioned case, the restriction associated with the binary computer number system will be insignificant. This is achieved by the fact that one can choose such numbers from the Fibonacci series at which the total number of processed samples will be a number from the series 2 n [7].
Таким образом, заявленная совокупность признаков способа позволяет повысить точность определения передаточной функции измерительных систем, чем достигается поставленный результат. Thus, the claimed combination of features of the method allows to increase the accuracy of determining the transfer function of the measuring systems, thereby achieving the result.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1264007, G 01 F 25/00, 1986.Sources of information
1. USSR author's certificate N 1264007, G 01 F 25/00, 1986.
2. Авторское свидетельство СССР N 1413462, G 01 L 27/00, 1988. 2. Copyright certificate of the USSR N 1413462, G 01 L 27/00, 1988.
3. Авторское свидетельство СССР N 767540, G 01 M 10/00, 1978. 3. USSR author's certificate N 767540, G 01 M 10/00, 1978.
4. Авторское свидетельство СССР N 676928, G 01 P 5/12, 1977. 4. Copyright certificate of the USSR N 676928, G 01 P 5/12, 1977.
5. Патент США N 4468760, 367-13 (H 04 R 29/00), 1982. 5. US patent N 4468760, 367-13 (H 04 R 29/00), 1982.
6. Макс Ж. Методы и техника обработки сигнала при физических измерениях. Т. 1. - М.: Мир, 1983. 6. Max J. Methods and techniques for signal processing in physical measurements. T. 1. - M .: Mir, 1983.
7. Стахов А.П. Алгоритмическая теория измерений. - М.: Наука, 1979. 7. Stakhov A.P. Algorithmic theory of measurements. - M.: Science, 1979.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97118790A RU2142141C1 (en) | 1997-11-04 | 1997-11-04 | Method determining transfer function of measurement system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97118790A RU2142141C1 (en) | 1997-11-04 | 1997-11-04 | Method determining transfer function of measurement system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU97118790A RU97118790A (en) | 1999-08-20 |
| RU2142141C1 true RU2142141C1 (en) | 1999-11-27 |
Family
ID=20198931
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97118790A RU2142141C1 (en) | 1997-11-04 | 1997-11-04 | Method determining transfer function of measurement system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2142141C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2287850C1 (en) * | 2005-04-26 | 2006-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method of constructing transfer function of automobile driver |
| RU2466368C1 (en) * | 2011-04-04 | 2012-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" | Method of determining dynamic characteristics of tensometric pressure transducer (versions) |
| RU2645913C1 (en) * | 2016-11-08 | 2018-02-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЗФ СО РАН) | Measurement method of transmitting function of radio engineering linear stationary system |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3912880A (en) * | 1973-07-06 | 1975-10-14 | Edwin John Powter | Acoustic measurement |
| US4468760A (en) * | 1982-06-29 | 1984-08-28 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Directional line-hydrophone array calibrator |
| SU1264007A1 (en) * | 1984-09-24 | 1986-10-15 | Днепропетровский Институт Технической Механики Ан Усср | Device for dynamic calibration of flowmeters |
| SU1413462A1 (en) * | 1986-11-03 | 1988-07-30 | Киевский Институт Инженеров Гражданской Авиации Им.60-Летия Ссср | Apparatus for calibrating instruments measuring pressure pulsation,velocity,density and temperature of gas flow |
| SU1661679A1 (en) * | 1988-11-28 | 1991-07-07 | Предприятие П/Я А-7306 | Two-port frequency characteristics meter |
| SU1712898A1 (en) * | 1989-03-09 | 1992-02-15 | Предприятие П/Я В-8662 | Method of determination of frequency characteristics of measurement channels of information-and-measurement systems |
-
1997
- 1997-11-04 RU RU97118790A patent/RU2142141C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3912880A (en) * | 1973-07-06 | 1975-10-14 | Edwin John Powter | Acoustic measurement |
| US4468760A (en) * | 1982-06-29 | 1984-08-28 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Directional line-hydrophone array calibrator |
| SU1264007A1 (en) * | 1984-09-24 | 1986-10-15 | Днепропетровский Институт Технической Механики Ан Усср | Device for dynamic calibration of flowmeters |
| SU1413462A1 (en) * | 1986-11-03 | 1988-07-30 | Киевский Институт Инженеров Гражданской Авиации Им.60-Летия Ссср | Apparatus for calibrating instruments measuring pressure pulsation,velocity,density and temperature of gas flow |
| SU1661679A1 (en) * | 1988-11-28 | 1991-07-07 | Предприятие П/Я А-7306 | Two-port frequency characteristics meter |
| SU1712898A1 (en) * | 1989-03-09 | 1992-02-15 | Предприятие П/Я В-8662 | Method of determination of frequency characteristics of measurement channels of information-and-measurement systems |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Кузнецов В.А. и др. Измерения в электронике. Справочник/Под ред. В.А.Кузнецова. - М.: Энергоатомиздат, 1987, с. 384 и 385; * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2287850C1 (en) * | 2005-04-26 | 2006-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method of constructing transfer function of automobile driver |
| RU2466368C1 (en) * | 2011-04-04 | 2012-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" | Method of determining dynamic characteristics of tensometric pressure transducer (versions) |
| RU2645913C1 (en) * | 2016-11-08 | 2018-02-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЗФ СО РАН) | Measurement method of transmitting function of radio engineering linear stationary system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5075619A (en) | Method and apparatus for measuring the frequency of a spectral line | |
| US8519719B2 (en) | System for complex impedance measurement | |
| EP1955054A1 (en) | Apparatus and method for system identification | |
| US6970738B1 (en) | Complex impedance spectrometer using parallel demodulation and digital conversion | |
| KR970060683A (en) | Adaptive digital filter for improved measurement accuracy in electronic instruments | |
| Luciani et al. | A miniaturized low-power vector impedance analyser for accurate multi-parameter measurement | |
| US3926056A (en) | Conductivity, temperature and pressure measuring system | |
| RU2142141C1 (en) | Method determining transfer function of measurement system | |
| EP0058050B1 (en) | Measuring method | |
| JP3122144B2 (en) | How to get the intermediate frequency response of an instrument | |
| US20060028197A1 (en) | Direct current offset cancellation and phase equalization for power metering devices | |
| CA2214241A1 (en) | Rms converter using digital filtering | |
| EP0972172B1 (en) | Circuit arrangement for deriving the measured variable from the signals of sensors of a flow meter | |
| US6606572B2 (en) | Circuit arrangement for deriving the measured variable from the signals of sensors of a flow meter | |
| US6469492B1 (en) | Precision RMS measurement | |
| JP2587970B2 (en) | Impedance measuring device | |
| RU2196998C2 (en) | Procedure measuring constant component of harmonic signal | |
| RU2117306C1 (en) | Method for detection of narrow-band signal frequency | |
| RU2225012C2 (en) | Phase-meter | |
| RU2133041C1 (en) | Method determining spectrum of electric signals | |
| WO2023199085A1 (en) | Filtering device and method to extract signal from noise | |
| FR2565695A1 (en) | Method and device for measuring the reactive component of a complex impedance | |
| CN116626568B (en) | Magnetic resonance signal frequency measurement method based on mixing iteration | |
| RU2104495C1 (en) | Process of measurement of physical quantities | |
| Duchiewicz et al. | Simultaneous coherent measurement of many HF signals |