4-5. ЦИФРОВОЙ ВАТТМЕТР, ОСНОВАННЫЙ НА МЕТОДЕ СТАТИСТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ

Такие приборы для измерения электрических величин, реализующие метод статистических испытаний, теоретические основы которого рассмотрены в § 1-6, в настоящее время распространены весьма мало. Это перспективное направление развития цифровых средств измерений, позволяющее создавать широкополосные приборы высокой точности почти целиком на основе интегральной технологии, долгое время сдерживалось отсутствием необходимой элементной базы.

Рис. 4-6

Схема цифрового ваттметра, основанного на методе Монте-Карло [46], представлена на рис. 4-6. Работа прибора синхронизируется генератором тактовых импульсов квантующим время измерения отрезками внутри каждого из которых производится сравнение мгновенных значений входных сигналов

с мгновенными значениями случайных напряжений Напряжения мгновенные значения которых равновероятно распределены в интервале от до задаваемом источником опорного напряжения формируются независимыми генераторами случайных напряжений и .

При поступлении очередного тактового импульса, соответствующего моменту времени в сравнивающие устройства и в каждом из них соответственно производится сравнение напряжений Поскольку и входные и случайные напряжения являются знакопеременными функциями времени, возможные результаты сравнений в каждом из сравнивающих устройств могут быть представлены табл. 4-1.

Таблица 4-1 (см. скан)

Если случайные события в каждом из каналов считаются осуществившимися (§ 1-6) при условии то результат измерения должен определяться только следующими результатами сравнений:

причем при совместном выполнении условий (4-24) и (4-26) или (4-25) и (4-27) мгновенная мощность положительна и, следовательно, текущее значение средней мощности, получаемое далее в интеграторе, должно получить положительное приращение, а при совместном выполнении условий (4-24) и (4-27) или (4-25) и (4-26) мгновенная мощность отрицательна и приращение сигнала в интеграторе должно быть

отрицательным. Практически это реализуется с помощью логического устройства анализирующего результаты сравнений в устройствах . Устройство формирует импульс на суммирующем входе реверсивного счетчика являющегося интегратором, если выполняются условия (4-24) и (4-26) или (4-25) и (4-27). Код в счетчике при этом увеличивается на единицу. Если выполняются условия (4-24) и (4-27) или (4-25) и (4-26), устройство формирует импульс на вычитающем входе счетчика и код уменьшается на единицу. При всех остальных сочетаниях результатов сравнений, указанных в табл. 4-1, импульс на выходе устройства отсутствует и код в счетчике не изменяется.

Если в течение времени было произведено сравнений ( тактовых импульсов) и в счетчике зафиксировано импульсов, то результат измерения в соответствии с выражениями (1-80) — (1-82) можно представить как

где выражение в квадратных скобках — математическое ожидание кода в счетчике равное среднему значению мощности при — методическая погрешность измерения, согласно выражению (1-83). При соответствующем выборе числа и значения число импульсов в счетчике с учетом инструментальной погрешности ваттметра пропорционально мощности:

Погрешность не превышает сотых долей процента при

Как показывает анализ инструментальных погрешностей прибора [46], на основе метода статистических испытаний могут быть созданы цифровые ваттметры звукового диапазона частот с основной погрешностью, не превышающей 0,05%.

Ваттметры, реализующие метод статистических испытаний, по-видимому, следует отнести к приборам сравнения, хотя процесс сравнения в данном случае явно не выражен. В отличие от принятого при других методах измерения сравнения измеряемой величины с величиной известного размера, воспроизводимой мерой, в данном случае измеряемые величины в ходе каждого элементарного процесса сравнения сравниваются с величинами неизвестного размера , поэтому элементарный процесс сравнения нельзя рассматривать даже как грубое измерение мгновенного значения величины. Однако интегральная оценка напряжений не является случайной величиной, поскольку заданы граничные значения и закон распределения внутри этих значений.

Эта интегральная оценка может рассматриваться как величина известного размера, воспроизводимая мерой, с которой сравнивается интегральное значение измеряемой величины.