185127. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és kapcsolási elrendezés tetszőleges lefolyású változó elektromos jel energiájának, teljesítményének, illetve átlagának tetszőleges időtartam alatti nagypontosságú mérésére
1 185 127 2 A találmány tárgya eljárás és kapcsolási elrendezés tetszőleges lefolyású változó elektromos jel energiájának, teljesítményének, illetve átlagának tetszőleges időtartam alatti nagypontosságú mérésére. Determinisztikus jelek átlagának, energiájának, illetve teljesítményének mérésére több módszer ismeretes. Ezek ugyanis olyan jelek, amelyeknek jól meghatározott időbeli lefolyásuk van, és általában periodikus jelek. Sztohasztikus jelek mérésére az egyszerűbb eszközök nem alkalmasak. Egy időben tetszőleges lefolyású y(t) jelnek az átlagát az l AT(t) = ^ J y(x) dx, t-T míg egy tetszőleges lefolyású x(t) jelnek egy T időtartam alatti energiáját EtÍO = J x2(t) dx, t-T míg teljesítményét a t WT(t) = ^ J x2(x) dr t-T összefüggés alapján lehet meghatározni. Ezen mennyiségek gyakorlati mérése során az x(t) jelet négyzetre kell emelni, majd az így kapott x2(t) jelet, illetve átlagolásnál az átlagolandó y(t) jelet adott időhatárok között integrálni kell, amit ablak-integrálásnak is szokás nevezni. Az ablak-integrálás mérésének eredménye az energia. A teljesítmény meghatározásához a vizsgált T időtartammal való osztást kell elvégezni. Az integrálást és az osztást, vagyis az -vei való szorzást együttesen elvégző egység az átlagoló. Átlagolóként általában RC-átlagolókat alkalmaznak, amelyek lényegében aluláteresztő RC négypólusok. Az RC átlagoló kondenzátora az idő és y(t) jel szintjének függvényében töltődik, és a kondenzátoron levő feszültség a mért pont teljesítményével illetve energiájával arányos. Működését a t z(0 = J y(T) e RC dt — oo összefüggés illusztrálja, ahol RC a teljes kör időállandója. Az. RC átlagolok egyik hátránya, hogy azok kondenzátora csak véges rövid ideig képes tárolni a feszültséget. Más szóval, az RC átlagolok felejtenek, a távoli múltat (x « t) kevesebb súllyal veszik figyelembe, mint a közelmúltat (x < t) vagy a „jelent” (t = t). Ezt a tényt a fenti összefüggésben e RC súlyfüggvény juttatja kifejezésre. E jelenségnek az a fizikai magyarázata, hogy még végtelen töllöellenállás esetén is a gyakorlatban a kondenzátor vesztesége, a kapcsolódó áramkörök csatlakozási ellenállása a tárolt töltéseket elvezetik, és a feltöltéssel szemben állandóan létrejön egy exponenciális kisülés is. Ez a kisülés meghamisítja a mérési eredményt. A pontatlanság annál nagyobb, minél hosszabb a mérés időtartama. Távközléstechnikai méréseknél, ahol a vonalak terhelését vagy zaját kell mérni, az átlapolási idő rendkívül hosszú lehet. Például a CC1TT G.222. sz. ajánlása többek között egy órás és egy perces átlagolású zajteljesílményre tartalmaz előírást. Szükség van azonban több napos átlagolási időkre is. Ilyen mérésekhez a hagyományos RC-átlagolók nem alkalmasak. Az RC-átlagoló analóg elem, amelynek a pontatlansága szélsőséges mérési körülmények között nçm teszi lehetővé alkalmazását. Az RC-átlagoló másik hátránya az, hogy nem pontosan definiált az az időtartam, amire az átlagolást végzi. Ez jól látszik a z(t)-rc adott fenti összefüggésből, aholis az integrálás alsó határa (— co), szemben az ablakintegrálásnál megkövetelt (t-T)-vel. Ebből kifolyólag az RC-átlagoló gyakorlatilag egy olyan t, időponttól átlagol t-ig, amely t,-nél korábbi x időpontokra az-írj: y(x) e Rt kifejezés gyakorlatilag elhanyagolható. Ez a t, időpont azonban egyrészt bizonytalan, hiszen függ a veszteségi és parazita elemektől, másrészt - és ez az elvileg fontosabb tényező — függ a mérendő y(x) jeltől is. A digitális technika mind a felejtés, mind az átlagolási idő nagysága és definiáltsága szempontjából jóval tágabb lehetőségeket kínál, alkalmazásának azonban szintén vannak gyakorlati korlátái. A távközléstechnikában gyakran van szükség sztohasztikus jelek teljesítményének mérésére. Egy tipikus példaképpeni esetben a mérendő legmagasabb frekvencia mintegy 500 kHz, amit a szokásos 60 csatorna nyalábolt jele határoz meg. A méréshez így minimálisan 1 MHz frekvenciájú mintavevő jelet kell alkalmazni. Mintegy 7-8 bites analóg-digitál konverziót feltételezve, a rendszer órajelének frekvenciájára hozzávetőlegesen 100 MHz adódik. A jelenleg forgalomban levő logikai áramkörök működési sebessége ezt nem éri el, így általában érvényes, hogy tisztán digitális áramkörök egyelőre nem teszik lehetővé átlagolás, valamint energia- és teljesítménymérés gazdaságos kialakítását. A találmány elé célul tűztük ki olyan eljárás kidolgozását tetszőleges lefolyású változó elektromos jel állagának, energiájának illetve teljesítményének mérésére, amely nagypontosságú mérést tesz lehetővé tetszőleges időtartam alatt. A találmány további célja egy olyan kapcsolási elrendezés 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
