189396. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és kapcsolási elrendezés sztohasztikus jelek közötti időkésést mérő berendezések mérőcsatornáinak aszimmetriájából adódó rendszeres hiba megszüntetésére
1 189.396 2 A találmány tárgya kapcsolási elrendezés sztohasztikus jelek közötti időkésést(ún.átfutási időt) mérő berendezések mérőcsatornáinak (elsősorban jelkondicionálő egységeinek) aszimmetriájából adódó rendszeres hiba megszüntetésére egy- és több-csatornás méréshez. Napjainkban a műszaki élet, illetve a tudományos kutatás területén számos korszerű mérési és diganosztizálási módszer a mérést sztohasztikusan változó jelek közötti időkésés mérésére vezeti vissza. Átfutád időmérésen alapul pl. a konelációs áramlásmérés, melynél az áramló közeg valamely fizikai, kémiai paramétereinek fluktuációját mérik két pontban az áramlás mentén, és a két jel közötti időkésés alapján számítják a közeg sebességét, illetve egyéb konstansok felhasználásával a tömegáramát stb. Jelek közötti időkésés mérésére van szükség vibráció-analízisnél is, a zajforrás helyének, a zaj terjedési tulajdonságainak meghatározására, vagy akusztikus emissziós méréseknél az emisszió helyének lokalizálásra. Ilyen vagy hasonló esetekben, a jelek közötti időkéses meghatározására adagolási folyamatot magában foglaló mérési eljárást célszerű alkalmazni (pl. a jelek keresztkorreláció függvényének meghatározása). Az időkésés meghatározására általánosságban univerzális korrelátorokat vagy speciális, egy-vagy többcsatornás célkészülékeket, ún. átfutási időmérőket alkalmaznak (ezek a berendezések többségükben szintén a jelek keresztkorreláció függvényéből) mérik az átfutási időt), üzen utóbbi berendezések már folyamatosan és közvetlenül az átfutási időt vagy más, számított fizikai paramétert (pl. áramlási sebességet) jelenítenek meg. Az átfutási időmérés hibáját — mint minden mérést - a rendszeres hiba és a statisztikus hiba okozza. A statisztikus hiba az átlagolást (mérési)idő növelésével, illetve a kiértékelési módszerek tökéletesítésével tetszőlegesen csökkenthető. A rendszeres hiba összetevőit vizsgálva megállapítható, hogy közülük a legelentősebb az érzékelők és a jelkondicionáló egységek okozta eltérő jelkésleltetésből (fázistolás) származik. Az érzékelési hibát a méréstechnikailag összetartozó két detektor eltérő időállandója (esetleg holt ideje) okozza. Ez a hiba a detektálni kívánt zaj spektrumához viszonyított kis időállandójú érzékelő-választással elhanyagolhatóvá tehető, illetve inerciamentes detektorok alkalmazásával nullává redukálható. A jel kondicionáló egységek okozta ún, fázistolási hiba megszüntetése vagy csökkentése már korántsem ilyen egyszerű. Ezt a hibát az összetartozó erősítők és szűrők frekvencia- és fázismenetének aszimmetriája okozza. A vázolt feladat jellegéből adódik, hogy méréseknél a jel/zaj-viszony rendkívül kedvezőtlen, a hasznos jel a mért paraméter abszolút értékének általában csak század-, ezredrésze. A jelet a hálózati 50 Hz-en kívül többféle zavaró jel is terheli. Ezek a körülmények igen szigorú követelményeket támasztanak a jelkondicionáló egységekkel szemben: kis zaj, nagy erősítés, keskeny, de változtatható sávszélesség, nagy vágási meredekség stb. Mint ismeretes, ilyen szűrő-erősítők fázismenete - különösen a törésponti frekvencia közelében - rendkívül meredeken változik. Ennek következtében a jelkondicionáló egységek legkisebb aszimmetriája is jelentős fázistolási hibát okoz. Nehezíti a helyzetet, hogy ez a hiba - annak következtében. hogy a mérés során a korreláció jel-spektrum is változik - nem állandó. Egyedi, laboratóriumi méréseknél a fázistolád hibát két méréssel, ún. középérték-számítáá módszerrel ejtik ki: az első méréshez a detektorokra a jelkondicionáló egységeket normál, a második mérésire/, pedig felcserélt sorrendben kapcsolják ! A két mért értékre felírható: VVH ; Tf=Tv-H, ahol T • normál sorrendben kapcsolt jelkondicionáló egysegekkel mért átfutási idő; Tp; fordított sorrendben kapcsolt jelkondicionáló egységekkel mért átfutás idő; Tv: valós átfutási idő; H: jelkondicionáló áramkörök aszimrfietriájából adódó fázistolási hiba. A valós átfutási idő a két mért érték számtani közepe; VTf Ezt a módszert sokcsatornás real-time méréseknél nehézkessége folytán nem alkalmazzák. A fázistolási hiba megszüntetésére a legelterjedtebben használt módszer a méréstechnikailag összetartozó jelkondicionáló egységek párba válogatása. Ez a módszer az áramkörök önköltségét nagymértékben növeli: az áramköröket nagy-stabilitású, előzőleg gondosan párba válogatott alkatrészekből kell szerelni, megnő a bemérési időszükséglet, stb. A módszer hátránya, hogy meghibásodás esetén az erősítő párt együtt kell cserélni, illetve javítás után a fázismenetek azonosságát ismételten ellenőrizni kell. További hátrány, hogy az áramköri elemek értéküket idővel (öregedés,'hőmérséklet-, páratartalom-változás miatt) változtatják, ezért időszakonként a fázismeneteiket ismételten ellenőrizni kell. Napjainkban a mérőkészülékekben alkalmazott intelligens eszközök lehetővé teszik, hogy e nehézkes, és hibamentes megoldást sohasem biztosító módszer helyett a fázistolási hibát közvetett úton korrigáljuk. Ezt a módszert alkalmaztuk korábban a KFKi-gyártmányú NHZ-205 tip. sokcsatornás átfutáá időmérő berendezésben is: a mért átfutási időt korrigáltuk a jelkondicionáló egységek okozta jelkésleltetés különbséggel. A korrekciós tényezőt az elsőként említett középérték-száinítási módszerrel határoztuk meg. A módszer feltételezi a korrekciós tényező pontos ismeretét és annak viszonylagos stabilitását. E két feltétel egyben a módszer korlátáit is jelenti. Többnyire nem lehet ugyanis egyetlen korrekció értéket megadn1, mivel az függ a korreláló jelek spektrumától, továbbá ez az érték a már említett okok miatt (öregedés, hőmérséklet-, páratartalom-változás stb.) változik. Ezért ezt a korrekciót rendszeresen (pl. évente) módosítani kell. A találmánnyal célunk a fentiekben vázolt valamennyi nehézség egyidejű kiküszöbölése és olyan megoldás létrehozása, amely: — érzéketlen a jelkondicionáló egységek frekvencia- és fázismenetének különbözőségére, szükségtelenné téve ezzel a költséges párba válogatást; — minden esetben biztosítja a fázistolási lúba automatikus korrekcióját; — biztosítja, hogy az alkatrészek öregedése, hőfok-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
