Разрабатываемое средство измерения - модуль измерения отношения сигнал/шум (в дальнейшем модуль измерения ОСШ) является стационарным, рабочим средством измерения, предназначенное для замены морально устаревшего и не экономичного модуля измерения отношения сигнал/шум ИСШ-4, методическая база которого легла в основу данного проекта.
2. Назначение и область применения разрабатываемого модуля измерения отношения сигнал/шум.
Модуль измерения ОСШ предназначен для автоматического цифрового измерения отношения размаха видеосигнала к эффективному значению помехи на деталях статического телевизионного изображения, а также в интервале кадрового гасящего импульса во время передачи телевизионной программы. Величина отношения сигнал/шум (ОСШ) может быть измерена относительно размаха видеосигнала между уровнями: а)гашения и белого; б)черного и белого; в)гашения и белого в интервале кадрового гасящего импульса. Модуль измерения ОСШ может быть использован для измерения ОСШ в сигнале монохромного телевидения на выходе любого источника видеосигнала или любого участка тракта изображения аппаратно-студийного комплекса телевизионного центра или передвижной телевизионной станции; в первичных сигналах (R,G,B) цветного телевидения на соответствующих выходах камерного канала или декодирующего устройства; на выходе телекинопроекционной аппаратуры видеомагнитной записи; на выходах оконечных и промежуточных пунктов телевизионных линий связи в процессе передачи телевизионной программы и при передаче типовых испытательных сигналов. Кроме того модуль измерения ОСШ может быть использован в лабораториях и на заводах-изготовителях при разработке и проверке телевизионной передающей аппаратуры. Предназначение данной разработки состоит в модернизации находящегося в эксплуатации на теле-визионных центрах Украины модуля измерения ОСШ - ИСШ-4, перевод блоков прибора на современную элементную базу с другими схематическими решениями, изменении функциональных и принципиальных схем блоков существенно влияющих на погрешность измерения.
3. Анализ метода определения отношения сигнал/шум .
Отношение сигнал/шум в телевидении определяют как отношение размаха видеосигнала между уровнями белого и гашения (или черного) к эффективному значению шума .
Отношение сигнал/шум выражают в децибелах в соответствии с выражением (3.1):
=(дБ) (3.1)
где Uc -размах видеосигнала
Uэ.ш. -эффективная величина шума.
Под эффективной величиной шума подразумевается средне-квадратическое значение амплитуды шума.
Выражение (3.1) имеет в правой своей части две переменные величины, в следствии чего вычисления потребуют больших затрат, чем если бы в правой выражения (3.1) была бы одна переменная величина. Поэтому есть смысл пронормировать одну из величин и таким образом облегчить процесс обработки информации. Так как видеосигнал является более стационарным по сравнению с шумом, есть смысл нормировать именно его. Таким образом автоматическое поддержание постоянным размаха видеосигнала заменяет собой измерение размаха видеосигнала. При этом измерение отношения сигнал/шум сводится к измерению величины шума, и алгоритм (3.1) преобразуется в алгоритм :
= (3.2)
где Во -константа.
Обработка шума с целью определения эффективной величины шума в формуле (3.2) осуществляется с помощью стробоскопического метода [ 1 ] , суть которого состоит в выборке мгновенных некоррелированных значений шума с частотой повторения сигнала и в запоминании выбранных значений на время между выборками. Таким образом, период выборки должен быть равен периоду повторения кадров, длительность интервала выборки должна быть менее длительности изображения.
Возможность использования стробоскопического метода основана на том, что шум принимается эргодическим стационарным случайным процессом, а статистические характеристики (среднее значение и дисперсия) такого случайного процесса, полученные в результате усреднения его во времени на отрезке реализации, совпадают с полученными в результате усреднения по совокупности его выборочных мгновенных значений.
Таким образом дальнейшее измерение эффективной величины шума производится в соответствии с алгоритмом (3.3):
К | - ключ |
Схр | - емкость хранящего конденсатора |
R | - эквивалентное сопротивление зарядной цепи |
Rвх | - эквивалентное сопротивление нагрузки цепи |
ОУ | - операционный усилитель. |
9.4.1.Погрешность из-за недозаряда конденсатора .
Заряд емкости происходит по закону:
где tинт - время интегрирования;
t=R*Схр.
Емкость заряжается по этому закону до тех пор, пока выходное напряжение не станет равным входному, но с противоположным знаком. Это задано резисторами обратной связи, не показанными на эквивалентной схеме.
Погрешность из-за недозаряда конденсатора обусловлена конечным временем выборки tинт.
По характеру погрешность мультипликативная случайная.
9.4.2. Погрешность из-за разряда конденсатора.
Погрешность возникает из-за конечного времени обработки сигнала. Ключ разомкнут и Схр разряжается на эквивалентное сопротивление Rэкв:
Rэкв=
где Rsw -сопротивление закрытого ключа (порядка 50 Мом).
Rвх -входное сопротивление ОУ (для КР140УД22 Rвх>30Мом)
Rэкв=
Разряд Схр определяется формулой
где tр - постоянная времени разрядной цепи
Погрешность от разряда Схр за время tхр равна:
Погрешность мультипликативная систематическая.
Аналогичным методом расчитывается погрешность собственно самого УВХ с той лишь разностью, что время хранения составляет 40сек, сопротивление ключевого транзистора выше и нет другого пути разряда .
9.5.Погрешности АЦП.
9.5.1.Погрешность от дискретности преобразования.
Погрешность определяется как:
погрешность по характеру аддитивная, случайная (равномерный закон распределения).
9.5.2.Погрешность от нелинейности АЦП.
Определяется по справочной литературе { }. Не превы-шает 0,012%. По характеру мультипликативная, систематическая.
9.5.3.Погрешность источника опорного напряжения АЦП.
Погрешность определяется отклонением Uст от номиналь-ного зачения и температурной нестабильностью стабилитрона.
Разброс Uст может достигать 5%, но эта погрешность корректируется калибровкой.
Дополнительная температурная погрешность равна:
где TKU - температурный коэффициент стабистора (для стабистора КС113А TKU= 5*10-4%)
=5оС
где - минимальная, максимальная и нормальная рабочая температура окружающей среды соответственно.
Погрешность аддитивная, систематическая.
9.6.Суммирование погрешностей.
9.6.1.Суммирование мультипликативных погрешностей.
Для удобства суммирования сведем все мультипликативные погрешности в таблицу.
Наименование. | Значение,% | Примечание | |
Погр.от конечного усиления входного усилителя | 0,031 | сист. | |
Погр.от сопротивления открытого ключа. | 0,005 | сист. | |
Погр.от сопротивления закрытого ключа. | 0,005 | сист | |
Погр.от погрешности резисторов обратной связи | 0,2 | случ | |
Погр.от конечного петлевого усиления ОУ | 0,002 | сист | |
Погр от недозаряда конденсатора ГЛИН. | 0,024 | сист | |
Погр от разряда конденсатора ГЛИН. | 0,064 | сист | |
Погр от разряда конденсатора УВХ. | 0,1 | сист | |
Погр от нелинейности АЦП | 0,012 | сист | |
Погр от нестабильности ИОН | 0,01 | случ |
Для суммирования случайных составляющих мульти-пликативной погрешности определим их СКО с учетом закона распределения (предполагается нормальный закон распределения):
Значение суммарного значения СКО мультипликативной погрешности определяется по формуле:
Систематическая составляющая мультипликативной погрешности определяется как алгебраическая сумма всех систематических погрешностей. Погрешности ввиду их несущественности, не учитываются.
Оценку верхней границы суммарной мультипликативной погрешности дадим по формуле:
9.6.1.Суммирование аддитивных погрешностей.
Для удобства суммирования сведем все аддитивные погреш-ности в таблицу.
Наименование | Значение,% | Примечание | |
1 | Погр от напряжения смещения входного усилителя. | 0,42 | сист |
2 | Погр от температурного дрейфа напряжения смещения | 0,036 | сист |
3 | Погр от остаточного напряжения на ключах | 0,001 | случ. |
4 | Погр от напряжения смещения дифф. усилителей | 0,05 | сист |
5 | Погр от температурного дрейфа напряжения смещения дифф. усилителей. | 0,002 | сист |
6 | Погррешность устройства сравнения | 0,05 | сист |
7 | Погр от дискретизации АЦП | 0,05 | сист |
8 | Погрешность ИОН. | 0,025 | случ. |
9 | Погрешность дискретизации резуль-тата измерения индикатором. | 0,25 | случ. |
Систематическая суммарная погрешность равна:
Таким образом погрешность не превышает заданную в ТЗ.
10.Метрологическое обеспечение.
В модуле измерения ОСШ предусмотрена градуировка и оперативная колибровка. Градуировка проводится на заводе - изготовителе после настройки модуля, и целью ее является учет величины F в алгоритме (3.5). При градуировке на входе измерителя устанавливается градуировочная величина ОСШ и путем регулировки внутренних настроечных элементов добиваются показания, соответствующего поданному на вход значению ОСШ.
После окончания градуировки определяют калибровочное число К, необходимое для оперативной калибровки измерителя в процессе эксплуатации, для чего на вход измерителя подается эталонный сигнал, иммитирующий шум. Результат измерения уровня иммитируемого шума является калибровочным числом К для данного измерителя. Калибровочное число К заносится в паспорт прибора. В прцессе эксплуатации прибора возможно изменение величины F по сравнению со значением, учтенным при градуировке. Эти изменения происходят за счет изменения условий эксплуатации, старения элементной базы и других причин. Компенсация дрейфа величины F осуществляется оперативной калибровкой. Проводят измерение уровня иммитируемого шум . Причем, если результат измерения К не равен калибровочному значению, то изменяют коэффициент передачи измерительного тракта ( изменяют величину F ) до совпадения результатов.
При проведении поверки модуля измерения отношения сигнал/шум должны применятся контрольно-измерительная аппаратура, перечень которой приведен в приложении 2.
При проведении поверки должны соблюдаться следующие условия :
• напряжение питающей сети должно быть 220В5% ;
• температура окружающей Среды - от 15 до 35 оС ;
• относительная влажность воздуха - не более 90 % при температуре 30 оС;
• атмосферное давление - 750 30 мм. рт. ст.
10.1.Определение метрологических параметров.
Схема подключения аппаратуры для определения погрешности измерения приведена на рисунке 10.1.
Приборы установить в следующие режимы работы. Генератор импульсов Г5-26 установить в режим внешнего запуска и запускать его от строчных импульсов. Величина задержки момента запуска импульса 2 установить равной 20 мкс., а длительность - 15 мкс. Переключатель полярности в положение положительной полярности. Устанавливается амплитуда выходных импульсов генератора такой величины, чтобы вольтметр Щ1513 на входе измерителя показывал 0,7 В. Установить на выходе генератора Г2-37 амплитуду шума в 0,7В и контролировать эту величину на вольтметре В3-39. Изменяя параметры магазина сопротивлений не менее четырех измерений, затем изменить диапазон и повторить измерения. По результатам измерений произвести вывод о соответствии модуля измерения ОСШ метрологическим параметрам. В случае превышения разности показаний прибора и установленным на магазине затуханием, хотя бы в одном измерении, более чем на 0,2 дБ, принимается решение о несоответствии прибора метрологическим характеристикам.
10.2. Определение разброса результатов ряда измерений (вариация).
Произвести подряд десять измерений одной и той же величины ОСШ, установленной на входе прибора. При этом следить за постоянством уровня шума и постоянством уровня импульсов.
На основании полученных результатов определить величину разброса результатов ряда измерений, которая не должна превышать 1,5 дБ, по формуле :
= max - min ,
где max ; min - соответственно наибольший и наименьший из полученных результатов.
Радиоэлектроника, компьютеры и периферийныеустройства
- Внешние устройства ПК. Функциональныевозможности. Основные характеристики. Обменинформацией
- Вторично-ионная масса спектрометрия
- Качественные электроды для ручнойдуговой сварки и их производство
- Исследование эффекта автодинногодетектирования в многоконтурном генераторе надиоде Ганна
- Расчет многокаскадного усилителя
- Рачет апериодического каскадаусилительного устройства
- Лазеры на гетеропероходах\полупроводниковые лазеры\
- Выкуумные люминесцентные индикаторы
- Измеритель отношения сигнал/шум ТВканала
- Внешние устройства ПК. Функциональныевозможности. Основные характеристики. Обменинформации