Устройство для измерения частоты гармонического сигнала

Устройство для измерения частоты гармонического сигнала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для изменения частоты гармонического сигнала. Устройство для измерения частоты гармонического сигнала содержит: два аналого-цифровых преобразователя 1, 23, пять регистров сдвига 2, 3, 4, 5, 24, блок умножения 6,3 сумматора 7, 8, 11, цифровой компаратор 9, блок умножения 10, четыре ключа 12,13, 14, 15, два элемента ИЛИ 16, 17, блок деления 18, цифроаналоговый преобразователь 19, арифметический блок 20, генератор импульсов 21, амплитудный детектор 22, блок деления на два 25.

СОК13 01ВЕ Т(..КИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ1УЬ/1ИК

csi) s G 01 R 23/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

P =05А, и ри Чз > P — по формуле

1 V4+ Vz

2 Т агссо$2 Ч (3) (21) 4944765/21 (22) 14,06.91 (46) 15,04.93. Бюл. N 14 (72) А.В.Аношкин, Г.А.Викторов, Н.Н.Дубовик и В.А.Григорьев (56) Авторское свидетельство СССР

М 1524011, кл. G 01 R 23/00, 1987, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ ГАРМОНИЧЕСКОГО СИГНАЛА (57) Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для изменеИзобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения частоты гармонического сигнала за время, меньшее периода измеряемого сигнала,и является усовершенствованием известного устройства.

Цель изобретения — повышение точности и достоверности измерений.

На фиг. 2 представлены зпюры входного сигнала устройства и обозначен оптимальный порог, выбранный из условия где А — амплитуда входного сигнала, При

IЧз! Р вычисление частоты производится по формуле

1 Ч5 — Ч1 — arccos,(2)

2 л То

„„5UÄÄ 1809394 Аll ния частоты гармонического сигнала.

Устройство для измерения частоты гармонического сигнала содержит: два аналого-цифровых преобразователя 1, 23, пять регистров сдвига 2, 3, 4, 5, 24, блок умножения 6, 3 сумматора 7, 8, 11, цифровой компаратор 9, блок умножения 10, четыре ключа

12, 13, 14, 15, два элемента ИЛИ 16, 17, блок деления 18, цифроаналоговый преобразователь 19, арифметический блок 20, генератор импульсов 21, амплитудный детектор

22, блок деления на два 25.

Представим теперь, что амплитуда входного сигнала изменяется, например уменьшается. При неизменном пороге (см. фиг. 3) вычисления по формуле (2) будут производиться чаще. при этом погрешность этих вычислений увеличится за счет нарушения условия (1). Если амплитуда еще уменьшится, то любая выборка независимо от ее фазы всегда будет находиться в подпороговой области (см. фиг. 4),,всегда будет выполняться условие !×ç! <Р и вычисления будут производиться только по формуле (2), B этом случае при IЧз! - А в работе устройства будут поступать сбои. Для исключения этих сбоев (см. фиг. 4) и уменьшения погрешности измерения частоты при относительно небольших изменениях амплитуды входного сигнала (см. фиг. 3) предлагается при помощи введенной цепи всегда поддерживать соотношение между амплитудой и порогом в соответствии с выражением (1).

На фиг, 1 представлена электрическая структурная схема устройства для измерения частоты гармонического сигнала.

1809394

Устройство для измерения частоты гармонйческого сигнала содержит аналогоцифровой преобразователь 1, 23, регистры

2, 3, 4, 5, 24 сдвига, блок 6 умножения, сум маторы 7, 8, 11, цифровой компаратор 9, блок 10 умножения, ключи 12-15, элементы

ИЛИ 16, 17, блок 18 деления, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 19, арифметический блок 20, генератор 21 импульсов, амплитудный детектор 22, блок деления 25 на два.

Выход генератора 21 импульсов соеди-. нен с тактовыми входами АЦП 1, 23 и регистров 2, 3, 4, 5, 24 сдвига, выход АЦП 1 и. регистра 5.сдвига соединены соответственно с первым (инвертированным) входом и вторым входом сумматора 11., выход котороr0 через четвертый ключ 15 соединен с первым входом первого. элемента 16 ИЛИ, выход которого соединен с первым входом блока 18 деления, выход которого через

ЦАП 19 соединен со входом арифметического блока 20, выход которого является выходом устройства, выходы регистров ?, 4 соединены, соответственно, с первыми и-. вторыми входами сумматоров 7 и 8, причем выход сумматора 7 через первый ключ 12 йодключен ко второму входу первого элемента ИЛИ 16, выход, регистра сдвига 3 через последовательно соединенные блок 6 умейьшения и второй ключ 13 соединен с первьм входом второго. элемента ИЛИ 17, вйход которого соединен со вторым входом блока 18 вселения, выход сумматора 8 через последовательно соединенные блок 10 умножения и третий ключ 14 подключен к второму входу второго элемента ИЛИ, выход регистра 3 сдвйга соединен с первым входом цифрового койпаратора 9, первый выход которого соединен с управляющими вхОДвми. ключей 14 и 15, а второй выход — с уйрбвлаощими вхоДами ключей 12 и 13, вход АЦП 1 подключен через последовательно:сседйненные амплитудный детектор

22. вторцй АЦП 23, регистр 24 сдвига, блок . 25деленйя надва к второму входу цифрового хомпаратора 9, Арифметический блок 20 вычисляет функци@агссоэ от значения входного напря)кения умйожйет результат вычисления на

",Коэффициент 1/2 тгТО и выполнен так же, как и в бфйоВном устройстве, Устройство для.измерения частоты гармонич4скбго сигнала работает следующим образом. Сигнал в виде напряжения синусоидальной формы поступает на вход АЦП 1, который е периодом То производит преобразбваййе мгновенных значений сигнала в цифровой код, Этот код поступает на вход перьвого регистра 2 и далее с частотой fp = „последовательно переписыва1

1о ется во второй регистр 3, третий регистр 4 и четвертый регистр 5 сдвига. Таким образом, в установившемся режиме в первом регистре 2 сдвига находится код Ч2, во втором регистре 3 сдвига — Чз, в третьем регистре 4 сдвига — V4, в четвертом регистре 5 сдвига—

Чь, а на выходе АЦП-1-V>, где V>, Vg Чз, V4, 10 Чэ — мгновенные значения. сигнала в моменты ts, t4, сз, t2, t< представленные в цифровом коде.

Одновременно с этим входной сигнал . также поступает на амплитудный детектор

"5 22, который производит его детектирования. Медленно меняющееся напряжение с выхода амплитудного детектора 22 поступа.ет на вход АЦП 23, который с периодом То производит преобразования мгновенных

20 значений этого напряжения в цифровой код.

Этот цифровой код запоминается в пятом регистре 24 сдвига и затем поступает на вход блока 25 деления на два. Результат деления, равный P = А/2, где А — значения.

25 амплитуды"измеряемого сигнала, поступает на второй вход цифрового компаратора 9 и используется в качестве оптимального порога "Р". Цифровой. компаратор 9 сравнивает цифровой код Чз с порогом P. Если ..

30 значение Чз не превышает порог Р, то на. . втором выходе цифрового компаратора 9 устанавливается "низкйй" уровень — "0", а на первом — "высокий" уровень — "1", вследствие чего ключи 12 и 13 оказываются закрытыми, а ключи 14 и 15 — открытыми.

Цифровой код Чг поступает на первый (инвертирующий) вход сумматора 8, а на его второй вход поступает цифровой код Vp. Ha выходе сумматора 8 формируется цифровой

40 код (Va — Vz), который после умножения на

-два в блоке 10 умножения через открытый ключ 14 и элемент ИЛИ 17 поступает на второй вход блока 18 деления.

Одновременно цифровой код Vj посту45 пает на первый (инвертирующий) вход сум. матора 11, а цифровой код Чв- íà его второй вход, в результате чего на выходе сумматора . 11 формируется цифровой код, соответствующий (Vs — Ч1), который через открытый ключ

15 и элемент ИЛИ 16 поступает на первый вход блока 18 деления. На выходе блока 18 деления формируется цифровой код, соответствующий (Чь-V1)/2(V<-Vã}.

ЦАП 19 преобразует цифровой код в

55 значенйе напряжения, эквивалентное вход-. ному цифровому коду, Блок 20, вычисляя функцию arccos от значения входного напряжения, дополнительно умножает результат вычисления на коэффициент 1/(2 л То).

1809394

10

20

30

40

Таким образом, на выходе устройства воз никает напряжение, пропорциональное частоте входного сигнала, определяемое по формуле

1 (V< — v — arccos I-2 л То 2(Ч4 — Ч2)!

В том случае, если значение Чз превышает порог "P", то на втором входе цифрового компаратора 9 устанавливается "1". а на первом выходе — "0". Вследствие этого ключи 12 и 13 оказываются открытыми, а ключи 14 и 15 — закрытыми. Цифровые коды

Ч2 и V4 поступают на входы сумматора 7, вследствие чего на его выходе образуется цифровой.код,соответствующий (ч2 + v4), который через открытый ключ 12 и элемент

ИЛИ 16 поступает на первый вход блока 18 деления. Цифровой код Чз поступает в блок

6 умножения на два, с выхода которого через открытый ключ 13 и элемент ИЛИ 17 поступает на второй вход блока 18 деления, Таким образом, на выходе блока 18 деления формируется цифровой код, определяемый выражением (V2+ Ч4)2Чз, который после вышеописанного цифроаналогового преобразования в ЦАП 19 и арифметическом блоке

20 превращается в напряжение, пропорциональное частоте входного сигнала, определяемое по формуле

1 Ч2+ V4 г т

2 л То 2 Чз

Поскольку в установившемся режиме мгновенные значения напряжения входного сигнала V<, Ч2, Чз, V4, Чь присутствуют постоянно, то устройство обеспечивает выдачу значений частоты входного сигнала через тактовый интервал Т,.

При медленном увеличении (уменьшении) амплитуды входного сигнала напряжение на выходе амплитудного детектора

22 также пропорционально увеличится (уменьшится), Соответственно увеличатся (уменьшатся) выборки цифрового кода, получаемые на выходе второго АЦП 23. Эти цифровые выборки Ai (i — дискретные отсчеты времени) поступают через пятый регистр

24 сдвига и блок 25 деления на два на второй вход цифрового компаратора 9 и формируют оптимальный порог "P".

Таким образом, оптимальный порог цифрового компаратора корректируется при изменении амплитуды входного сигнала, Это уменьшает погрешность оценок частоты и повышает достоверность результатов измерений.

Формула изобретения

Устройство для измерения частоты гармонического сигнала, содержащее генератор импульсов, выход которого соединен с тактовыми входами последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя, первого, второго, третьего и четвертого регистров сдвига соответственно, вход аналого-цифрового преобразователя является входом устройства, а выходы аналого-цифрового преобразователя и четвертого регистра сдвига соединены соответственно с первым и вторым входами третьего сумматора, выход которого через четвертый ключ соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого через цифроаналоговый преобразователь соединен с входом арифметического блока, выход которого является выходом устройства, выходы первого и третьего регистров сдвига соединены соответственно с первыми и вторыми входами первого и второго сумматоров, причем выход первого сумматора через первый ключ подключен к второму входу первого элемента ИЛИ, выход второго регистра сдвига через последовательно соединенные первый блок умножения и второй ключ соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, вы-. ход которого соединен с вторым входом блока деления, выход второго сумматора через последовательно соединенные второй блок умножения и третий ключ подключен к второму входу второго элемента ИЛИ, выход второго регистра сдвига соединен с первым входом цифрового компаратора, первый выход. которого соединен с управляющими входами третьего и четвертого ключей, а второй выход — с управляющими входами первого и второго ключей, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и достоверности измерений, дополнительно введены последовательно соединенные амплитудный детектор,: второй аналого-цифровой преобразователь, пятый регистр сдвига, блок деления.на два, выход которого соединен с вторым входом цифрового компаратора, при этом вход амплитудного детектора соединен с входом устройства, а тактовые входы второго аналого-цифрового преобразователя и пятого регистра сдвига соединены с выходом генератора импульсов. оочж

-P

-А

Фиг. 2

ЬЬ) ь

-А

Фиг, 3

1809394

Составитель А. Аношкин

Редактор В. Трубченко Техред M.Ìîðãåíòàë . Корректор И. Шмакова

Заказ 1284 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101