Въведение
Водата може да запали свещи, вярно ли е?Вярно е!
Вярно ли е, че змиите се страхуват от реалгар?Невярно е!
Това, което ще обсъдим днес е:
Смущенията могат да подобрят точността на измерването, вярно ли е?
При нормални обстоятелства смущенията са естественият враг на измерването.Смущението ще намали точността на измерване.В тежки случаи измерването няма да се извърши нормално.От тази гледна точка намесата може да подобри точността на измерване, което е невярно!
Дали обаче това винаги е така?Има ли ситуация, при която смущенията не намаляват точността на измерване, а вместо това я подобряват?
Отговорът е да!
2. Споразумение за намеса
В комбинация с действителната ситуация, ние сключваме следното споразумение относно намесата:
- Интерференцията не съдържа постояннотокови компоненти.При действителното измерване смущението е основно AC смущение и това предположение е разумно.
- В сравнение с измереното постоянно напрежение, амплитудата на смущението е относително малка.Това е в съответствие с действителното положение.
- Смущението е периодичен сигнал или средната стойност е нула в рамките на фиксиран период от време.Тази точка не е непременно вярна при реално измерване.Въпреки това, тъй като смущението обикновено е по-високочестотен AC сигнал, за повечето смущения, конвенцията за нулева средна стойност е разумна за по-дълъг период от време.
3. Точност на измерване при смущения
Повечето електрически измервателни уреди и измервателни уреди сега използват AD преобразуватели и тяхната точност на измерване е тясно свързана с разделителната способност на AD преобразувателя.Най-общо казано, AD преобразувателите с по-висока резолюция имат по-висока точност на измерване.
Разделителната способност на AD обаче винаги е ограничена.Ако приемем, че разделителната способност на AD е 3 бита и най-високото измервано напрежение е 8 V, AD преобразувателят е еквивалентен на скала, разделена на 8 деления, всяко деление е 1 V.е 1V.Резултатът от измерването на този AD винаги е цяло число и десетичната част винаги се пренася или изхвърля, което се предполага, че се пренася в този документ.Носенето или изхвърлянето ще доведе до грешки в измерването.Например 6,3 V е по-голямо от 6 V и по-малко от 7 V.Резултатът от измерването на AD е 7V и има грешка от 0,7V.Ние наричаме тази грешка AD грешка на квантоването.
За удобство на анализа приемаме, че скалата (AD преобразувател) няма други грешки при измерване, освен грешката на AD квантуване.
Сега използваме такива две идентични скали, за да измерим двете постоянни напрежения, показани на фигура 1, без смущения (идеална ситуация) и със смущения.
Както е показано на фигура 1, действително измереното постоянно напрежение е 6,3 V, а постояннотоковото напрежение на лявата фигура няма никакви смущения и е постоянна стойност.Фигурата вдясно показва постоянния ток, нарушен от променливия ток, и има известно колебание в стойността.DC напрежението в дясната диаграма е равно на DC напрежението в лявата диаграма след елиминиране на сигнала за смущение.Червеният квадрат на фигурата представлява резултата от преобразуването на AD конвертора.
Идеално постоянно напрежение без смущения
Приложете смущаващо постоянно напрежение със средна стойност нула
Направете 10 измервания на постоянния ток в двата случая на горната фигура и след това осреднете 10-те измервания.
Първата скала вляво се измерва 10 пъти и показанията са еднакви всеки път.Поради влиянието на грешката на квантуване на AD, всяко отчитане е 7V.След осредняване на 10 измервания резултатът все още е 7V.Грешката на квантоване на AD е 0,7 V, а грешката на измерване е 0,7 V.
Втората скала вдясно се промени драматично:
Поради разликата в положителното и отрицателното напрежение на смущението и амплитудата, грешката на квантуването на AD е различна в различните точки на измерване.При промяната на грешката на квантуване на AD, резултатът от измерването на AD се променя между 6V и 7V.Седем от измерванията бяха 7V, само три бяха 6V, а средната стойност от 10 измервания беше 6,3V!Грешката е 0V!
Всъщност няма невъзможна грешка, защото в обективния свят няма строго 6.3V!Въпреки това наистина има:
В случай на липса на смущения, тъй като всеки резултат от измерването е един и същ, след осредняване на 10 измервания грешката остава непроменена!
Когато има подходящо количество смущения, след осредняване на 10 измервания, грешката на квантуването на AD се намалява с порядък!Разделителната способност е подобрена с порядък!Точността на измерване също е подобрена с порядък!
Ключовите въпроси са:
Същото ли е, когато измереното напрежение е с други стойности?
Читателите може да пожелаят да следват споразумението относно смущенията във втория раздел, да изразят смущенията с поредица от цифрови стойности, да наслагват смущенията върху измереното напрежение и след това да изчислят резултатите от измерването на всяка точка според принципа на пренасяне на AD преобразувателя и след това изчислете средната стойност за проверка, стига амплитудата на интерференцията да може да доведе до промяна на показанията след AD квантуване и честотата на вземане на проби е достатъчно висока (промените в амплитудата на интерференцията имат процес на преход, а не две стойности на положителна и отрицателна ), и точността трябва да се подобри!
Може да се докаже, че докато измереното напрежение не е точно цяло число (не съществува в обективния свят), ще има грешка при квантоване на AD, без значение колко голяма е грешката при квантоване на AD, стига амплитудата на смущението е по-голямо от грешката на квантуване на AD или по-голямо от минималната разделителна способност на AD, това ще доведе до промяна на резултата от измерването между две съседни стойности.Тъй като интерференцията е положителна и отрицателна симетрична, големината и вероятността за намаляване и увеличаване са равни.Следователно, когато действителната стойност е по-близо до коя стойност, вероятността коя стойност ще се появи е по-голяма и тя ще бъде близо до коя стойност след осредняване.
Тоест: средната стойност на множество измервания (средната стойност на смущенията е нула) трябва да бъде по-близо до резултата от измерването без смущения, тоест използването на AC сигнал за смущения със средна стойност нула и осредняването на множество измервания може да намали еквивалентния AD Quantize грешки, подобряване на разделителната способност на AD измерване и подобряване на точността на измерване!
Време на публикуване: 13 юли 2023 г
