I. Увод
Вода може да запали свеће, да ли је то истина? Истина је!
Да ли је истина да се змије плаше реалгара? То је лаж!
О чему ћемо данас разговарати је:
Да ли је тачно да интерференција може побољшати тачност мерења?
У нормалним околностима, сметње су природни непријатељ мерења. Сметње ће смањити тачност мерења. У тешким случајевима, мерење се неће нормално извршити. Из ове перспективе, сметње могу побољшати тачност мерења, што је нетачно!
Међутим, да ли је то увек случај? Да ли постоји ситуација у којој сметње не смањују тачност мерења, већ је уместо тога побољшавају?
Одговор је да!
2. Споразум о мешању
У комбинацији са стварном ситуацијом, постижемо следећи договор о ометању:
- Сметње не садрже једносмерне компоненте. У стварном мерењу, сметње су углавном наизменичне сметње и ова претпоставка је разумна.
- У поређењу са измереним једносмерним напоном, амплитуда сметњи је релативно мала. Ово је у складу са стварном ситуацијом.
- Интерференција је периодични сигнал, или средња вредност је нула у фиксном временском периоду. Ова тачка не мора нужно бити тачна у стварном мерењу. Међутим, пошто је интерференција генерално наизменични сигнал више фреквенције, за већину интерференција, конвенција нулте средње вредности је разумна за дужи временски период.
3. Тачност мерења под утицајем сметњи
Већина електричних мерних инструмената и бројила сада користи АД конверторе, а њихова тачност мерења је уско повезана са резолуцијом АД конвертора. Генерално говорећи, АД конвертори са већом резолуцијом имају већу тачност мерења.
Међутим, резолуција АД претварача је увек ограничена. Под претпоставком да је резолуција АД претварача 3 бита и да је највиши напон мерења 8V, АД конвертор је еквивалентан скали подељеној на 8 подељака, при чему је сваки подељак 1V. Резултат мерења овог АД претварача је увек цео број, а децимални део се увек преноси или одбацује, што се претпоставља да се преноси и у овом раду. Преношење или одбацивање ће изазвати грешке мерења. На пример, 6,3V је веће од 6V и мање од 7V. Резултат мерења АД претварача је 7V, а грешка је 0,7V. Ову грешку називамо грешком квантизације АД претварача.
Ради лакше анализе, претпостављамо да скала (AD конвертор) нема других грешака мерења осим грешке AD квантизације.
Сада, користимо такве две идентичне скале да измеримо два једносмерна напона приказана на слици 1 без сметњи (идеална ситуација) и са сметњама.
Као што је приказано на слици 1, стварни измерени једносмерни напон је 6,3 V, а једносмерни напон на левој слици нема никакве сметње и константне је вредности. Слика десно приказује једносмерну струју коју поремети наизменична струја, и постоји извесно колебање вредности. Једносмерни напон на десном дијаграму једнак је једносмерном напону на левом дијаграму након елиминисања сигнала сметње. Црвени квадрат на слици представља резултат конверзије AD конвертора.
Идеалан једносмерни напон без сметњи
Примените ометајући једносмерни напон са средњом вредношћу нула
Извршите 10 мерења једносмерне струје у два случаја на горњој слици, а затим усредњајте 10 мерења.
Прва скала са леве стране је мерена 10 пута, а очитавања су сваки пут иста. Због утицаја грешке квантизације AD, свако очитавање је 7V. Након што се усредни 10 мерења, резултат је и даље 7V. Грешка квантизације AD је 0,7V, а грешка мерења је 0,7V.
Друга скала са десне стране се драматично променила:
Због разлике у позитивном и негативном напону интерференције и амплитуди, грешка квантизације АД је различита на различитим тачкама мерења. Под променом грешке квантизације АД, резултат мерења АД се мења између 6V и 7V. Седам мерења је било 7V, само три су била 6V, а просек 10 мерења је био 6,3V! Грешка је 0V!
У ствари, ниједна грешка није немогућа, јер у објективном свету не постоји стриктних 6,3V! Међутим, заиста постоје:
У случају да нема сметњи, пошто је сваки резултат мерења исти, након усредњавања 10 мерења, грешка остаје непромењена!
Када постоји одговарајућа количина интерференције, након усредњавања 10 мерења, грешка квантизације AD се смањује за ред величине! Резолуција се побољшава за ред величине! Тачност мерења се такође побољшава за ред величине!
Кључна питања су:
Да ли је исто када је измерени напон других вредности?
Читаоци могу желети да прате договор о интерференцији у другом одељку, изразе интерференцију низом нумеричких вредности, преклопе интерференцију на измерени напон, а затим израчунају резултате мерења сваке тачке према принципу преноса АД конвертора, а затим израчунају просечну вредност за верификацију, све док амплитуда интерференције може изазвати промену очитавања након АД квантизације, а фреквенција узорковања је довољно висока (промене амплитуде интерференције имају процес прелаза, уместо две вредности позитивне и негативне), а тачност се мора побољшати!
Може се доказати да ће, све док измерени напон није тачно цео број (не постоји у објективном свету), постојати грешка квантизације АД-а. Без обзира на то колико је грешка квантизације АД велика, све док је амплитуда интерференције већа од грешке квантизације АД-а или већа од минималне резолуције АД-а, то ће узроковати промену резултата мерења између две суседне вредности. Пошто је интерференција позитивно и негативно симетрична, величина и вероватноћа смањења и повећања су једнаке. Стога, када је стварна вредност ближа којој вредности, вероватноћа да ће се која вредност појавити је већа и биће близу које вредности након усредњавања.
То јест: средња вредност вишеструких мерења (средња вредност интерференције је нула) мора бити ближа резултату мерења без интерференције, односно коришћење АЦ сигнала интерференције са средњом вредношћу нула и усредњавање вишеструких мерења може смањити еквивалентне грешке квантизације АД, побољшати резолуцију АД мерења и побољшати тачност мерења!
Време објаве: 13. јул 2023.
