Приложение С (справочное). Внешний шум, помехи и чувствительность

Приложение С
(справочное)

Внешний шум, помехи и чувствительность

С.1 Общие сведения

Шум и помехи могут быть определены как нежелательная составляющая анализируемого электрического сигнала. Особенности измерений ЧР требуют, чтобы шум был классифицирован как вызванный внешними помехами атрибут, присущий средствам измерений. Внешние помехи от постоянных волновых или пульсирующих источников существуют в виде кондуктивных и эфирных. Существует тесная связь между чувствительностью, шумом и помехами. Поэтому невозможно обсуждать по отдельности эти три параметра. Поскольку испытания с отключенными от сети двигателями или испытания на производстве обычно уже предполагают определенные средства измерений, в следующих разделах содержатся лишь основополагающие проблемы и способы их решения.

С.2 Чувствительность

Чувствительность устройства для определения ЧР может быть приближенно определена как отношение фактической энергии ЧР в месте его возникновения к энергии, достигшей датчика в месте его установки. В момент возникновения ЧР все измерительное оборудование, условно представленное на рисунке С.1, содержащее емкости, трансформатор (), проводники () соединительное устройство () и собственно испытуемый объект (), участвует в процессе ЧР. Очевидно, сумма всех составляющих токов, с учетом не показанных на рисунке паразитных, равна току в месте разряда: . Соответственно, отношение (), т.е. относительное смещение заряда на соединительном конденсаторе, отражает чувствительность измерения и, таким образом, чем больше емкость соединительного устройства, а при этом - и отношение соединительной емкости к емкости испытуемого объекта, тем выше чувствительность измерения.

Поэтому, выбирая конденсатор соединительного устройства, следует ожидать с ростом его емкости увеличения чувствительности. Данный конденсатор, по крайней мере, должен соответствовать полосе пропускания измерительного устройства и его импедансу

Рисунок С.1 - Составляющие тока разряда испытуемого объекта

С.3 Шум и отношение сигнал-шум

Суммарный шум в электронных системах определяется двумя различными составляющими: основной и добавочной. Основная составляющая шума возрастает из-за перемещения дискретных зарядов в электрических цепях и не может быть полностью устранена. Добавочную составляющую увеличивает некачественное измерительное оборудование и неидеальная работа элементов схемы; данная составляющая может быть уменьшена до незначительного уровня. Обе составляющие, в принципе, имеют амплитуду, не связанную с частотой. Поскольку добавочная составляющая шума зависит в основном от конструкции измерительных приборов, она лишь в малой степени зависит от действий персонала при проведении ЧР измерений, поэтому в дальнейшем не рассматривается.

Основная составляющая шума определяется главным образом температурным шумом (шум Джонсона) и вызвана термическим перемещением дискретных зарядов. Проходя через сопротивление, движущиеся заряды вызывают падение напряжения, которое воспринимается как шум на элементах схемы. Очевидно, уровень шума растет с повышением температуры (более быстрое термическое движение) и с повышением сопротивления (больше падение напряжения на нем).

Поскольку все ЧР измерительные системы, соответствующие IEC 60270, работают в принципе с квазиинтегральными фильтрами, полоса пропускания измерительных приборов определяет одинаковое прохождение сигнала и шума: чем больше полоса пропускания, тем большая энергия сигнала может быть зафиксирована. Поэтому выходной сигнал такого интегратора растет с увеличением полосы пропускания, что выражается в росте как сигнала измеряемого ЧР, так и шума. Однако, в отличие от амплитудно-частотного спектра измеряемого ЧР, который не меняется вплоть до весьма высоких частот, спектр термического шума уменьшается с увеличением частоты.

Поскольку выходной сигнал полосового фильтра пропорционален ширине полосы пропускания для ЧР импульса и пропорционален корню квадратному полосы пропускания термического шума, соотношение сигнал-шум SNR растет примерно пропорционально квадратному корню ширины полосы пропускания - чем больше ширина полосы пропускания, тем больше SNR.

Описанные в данном разделе соотношения пригодны для соединительного устройства с фиксированным значением сопротивления измерительного резистора. Такое устройство имеет фиксированную нижнюю частоту среза и поэтому подходит для одного конкретного применения. Чтобы снизить частоту среза, необходимо увеличить соединительную емкость. Большие соединительные звенья определяют большие токи через датчик и, следовательно, большие выходные сигналы. Поэтому устройства, работающие в нижних диапазонах частот с малой шириной полосы пропускания, могут иметь то же значение SNR, что и высокочастотные устройства с широкой полосой пропускания.

С.4 Помехи

В данном разделе проводится различие между помехами и шумом в контексте их природы. Помехи возникают спонтанно или периодически от внешних источников, например преобразователей, просадок напряжения, близко расположенных коронных разрядов. При установке оборудования для испытаний на ЧР отключенных от сети электрических машин должны быть приняты меры по устранению негативного влияния помех. В таких испытаниях некоторые внешние источники помех не столь критичны, как в испытаниях включенных в сеть электрических машин. Ряд общих правил по уменьшению влияния помех приведен в разделе 9.1.6.2.