הפרעות יכולות לשפר את דיוק המדידה, האם זה נכון?

הקדמה

מים יכולים להדליק נרות, האם זה נכון?זה נכון!

האם זה נכון שנחשים מפחדים מריאלגר?זה שגוי!

מה שאנחנו הולכים לדון היום הוא:

הפרעות יכולות לשפר את דיוק המדידה, האם זה נכון?

בנסיבות רגילות, הפרעה היא האויב הטבעי של המדידה.הפרעה תפחית את דיוק המדידה.במקרים חמורים, המדידה לא תתבצע כרגיל.מנקודת מבט זו, הפרעות יכולות לשפר את דיוק המדידה, וזה שקר!

עם זאת, האם זה תמיד כך?האם יש מצב שבו הפרעות לא מפחיתות את דיוק המדידה, אלא משפרות אותה?

התשובה היא כן!

2. הסכם התערבות

בשילוב עם המצב בפועל, אנו עושים את ההסכמה הבאה לגבי ההפרעה:

  • הפרעה אינה מכילה רכיבי DC.במדידה בפועל, ההפרעה היא בעיקר הפרעות AC, והנחה זו סבירה.
  • בהשוואה למתח DC הנמדד, משרעת ההפרעות קטנה יחסית.זה תואם את המצב בפועל.
  • הפרעה היא אות תקופתי, או שהערך הממוצע הוא אפס בתוך פרק זמן קבוע.נקודה זו אינה נכונה בהכרח במדידה בפועל.עם זאת, מכיוון שההפרעה היא בדרך כלל אות AC בתדירות גבוהה יותר, עבור רוב ההפרעות, הקונבנציה של אפס ממוצע היא סבירה לפרק זמן ארוך יותר.

3. דיוק מדידה בהפרעות

רוב מכשירי המדידה והמונים החשמליים משתמשים כיום בממירי AD, ודיוק המדידה שלהם קשור קשר הדוק לרזולוציה של ממיר AD.באופן כללי, לממירי AD עם רזולוציה גבוהה יותר יש דיוק מדידה גבוה יותר.

עם זאת, הרזולוציה של AD תמיד מוגבלת.בהנחה שהרזולוציה של AD היא 3 סיביות ומתח המדידה הגבוה ביותר הוא 8V, ממיר AD שווה ערך לסולם המחולק ל-8 חלוקות, כל חלוקה היא 1V.הוא 1V.תוצאת המדידה של AD זה היא תמיד מספר שלם, והחלק העשרוני תמיד נישא או מושלך, אשר מניחים שהוא נישא במאמר זה.נשיאה או השלכה יגרום לשגיאות מדידה.לדוגמה, 6.3V גדול מ-6V ופחות מ-7V.תוצאת מדידת AD היא 7V, ויש שגיאה של 0.7V.אנו קוראים לשגיאה הזו AD quantization error.

לנוחיות הניתוח, אנו מניחים שלסקאלה (ממיר AD) אין שגיאות מדידה אחרות מלבד שגיאת הקוונטיזציה של AD.

כעת, אנו משתמשים בשני סולמות זהים כאלה כדי למדוד את שני מתחי ה-DC המוצגים באיור 1 ללא הפרעות (מצב אידיאלי) ועם הפרעות.

כפי שמוצג באיור 1, מתח DC הנמדד בפועל הוא 6.3V, ולמתח DC באיור השמאלי אין הפרעות, והוא ערך קבוע.האיור מימין מציג את הזרם הישר המופרע בזרם החילופין, וישנה תנודה מסוימת בערך.מתח DC בתרשים הימני שווה למתח DC בתרשים השמאלי לאחר ביטול אות ההפרעה.הריבוע האדום באיור מייצג את תוצאת ההמרה של ממיר AD.

1689237740647261

מתח DC אידיאלי ללא הפרעות

1689237771579012

הפעל מתח DC מפריע עם ערך ממוצע של אפס

בצע 10 מדידות של הזרם הישר בשני המקרים באיור לעיל, ולאחר מכן ממוצע של 10 המדידות.

הסולם הראשון משמאל נמדד 10 פעמים, והקריאות זהות בכל פעם.בשל ההשפעה של שגיאת קוונטיזציה של AD, כל קריאה היא 7V.לאחר ממוצע של 10 מדידות, התוצאה היא עדיין 7V.שגיאת קוונטיזציה של AD היא 0.7V, ושגיאת המדידה היא 0.7V.

הסולם השני מימין השתנה באופן דרמטי:

בשל ההבדל בין החיובי והשלילי של מתח ההפרעה ובמשרעת, שגיאת הכימות AD שונה בנקודות מדידה שונות.תחת השינוי של שגיאת קוונטיזציה של AD, תוצאת מדידת AD משתנה בין 6V ל-7V.שבע מהמדידות היו 7V, רק שלוש היו 6V, והממוצע של 10 המדידות היה 6.3V!השגיאה היא 0V!

למעשה, שום טעות אינה בלתי אפשרית, כי בעולם האובייקטיבי, אין 6.3V קפדנית!עם זאת, אכן יש:

במקרה של אין הפרעה, מכיוון שכל תוצאת מדידה זהה, לאחר ממוצע של 10 מדידות, השגיאה נשארת ללא שינוי!

כאשר יש כמות מתאימה של הפרעות, לאחר ממוצע של 10 מדידות, שגיאת הכימות AD מצטמצמת בסדר גודל!הרזולוציה משופרת בסדר גודל!גם דיוק המדידה משופר בסדר גודל!

השאלות המרכזיות הן:

האם זה אותו הדבר כאשר המתח הנמדד הוא ערכים אחרים?

הקוראים עשויים לרצות לעקוב אחר ההסכם על הפרעות בסעיף השני, לבטא את ההפרעה עם סדרה של ערכים מספריים, להרכיב את ההפרעה על המתח הנמדד, ולאחר מכן לחשב את תוצאות המדידה של כל נקודה לפי עקרון ה-carrier של ממיר AD. , ולאחר מכן חשב את הערך הממוצע לאימות, כל עוד משרעת ההפרעה יכולה לגרום לשינוי הקריאה לאחר קוונטיזציה של AD, ותדירות הדגימה גבוהה מספיק (לשינויי משרעת ההפרעות יש תהליך מעבר, ולא שני ערכים של חיובי ושלילי ), ויש לשפר את הדיוק!

ניתן להוכיח שכל עוד המתח הנמדד הוא לא בדיוק מספר שלם (הוא לא קיים בעולם האובייקטיבי), תהיה שגיאת קוונטיזציה AD, לא משנה כמה גדולה שגיאת הכימות AD, כל עוד המשרעת של ההפרעה גדולה משגיאת הקוונטיזציה של AD או גדולה מהרזולוציה המינימלית של AD, היא תגרום לתוצאת המדידה להשתנות בין שני ערכים סמוכים.מכיוון שההפרעה היא סימטרית חיובית ושלילי, הגודל וההסתברות לירידה ולעלייה שווים.לכן, כאשר הערך בפועל קרוב יותר לאיזה ערך, ההסתברות של איזה ערך יופיע גדולה יותר, והיא תהיה קרובה לאיזה ערך לאחר מיצוע.

כלומר: הערך הממוצע של מדידות מרובות (ערך ממוצע ההפרעות הוא אפס) חייב להיות קרוב יותר לתוצאת המדידה ללא הפרעות, כלומר, שימוש באות הפרעות AC עם ערך ממוצע של אפס וממוצע של מדידות מרובות יכול להפחית את המקבילה AD Quantize שגיאות, שפר את רזולוציית מדידת AD ושפר את דיוק המדידה!


זמן פרסום: 13 ביולי 2023