Схема обработки сигнала, измерительный прибор для контроля потребления электричества

Схема обработки сигнала, измерительный прибор для контроля потребления электричества

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в каскадах модуляции в схемах обработки сигналов. Техническим результатом является повышение точности. Схема обработки сигнала содержит каскады модуляции и демодуляции сигналов при определенном отношении частот. Сущность изобретения заключается в использовании схемы обработки сигналов. 3 с. и 11 з. п. ф-лы, 4 ил.

Данное изобретение относится к схеме обработки сигнала, содержащей по меньшей мере два каскада частотной модуляции и демодуляции сигналов, подаваемых на схему или генерируемых внутри нее.

Частотная модуляция является широко известным методом работы с источниками непрерывного шума в схеме. Например, схемы интеграторов могут страдать от проблем, связанных со смещением напряжения на входе усилителя. Частотная модуляция или "прерывание" входного сигнала является одним из методов устранения влияния этих напряжений смещения. В типичном случае полярность входного сигнала на усилитель модулируется приложенной частотой или "прерыванием" с частотой модуляции, так что входной сигнал периодически меняется по полярности. Модулированный входной сигнал и любое напряжение смещения интегрируют, и выходной сигнал затем демодулируется, например, подачей на схему ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ или на инвертор, синхронизуемый сигналом с частотой модуляции. Этот демодулированный сигнал содержит постоянную составляющую, соответствующую интегрированному входному сигналу, на который наложен сигнал шумового смещения, имеющий частоту прерывания. Сигнал смещения затем может быть исключен фильтрацией смеси сигналов с помощью фильтра, имеющего точку частоты среза ниже частоты прерывающего сигнала.

Такая техника модуляции используется, в частности, в преобразователях аналог-цифра типа сигма-дельта, в которых опорное напряжение изменяющейся полярности суммируется со входным напряжением и интегрируется, и выход интегратора направляется на компаратор, а выход компаратора, как сигнал отрицательной обратной связи, используется для управления полярностью опорного напряжения, причем полярность выбирают так, чтобы свести к нулю выход интегратора. Такие преобразователи широко известны в этой отрасли техники и описаны в патентах США 4009475, 3659288 и многих других. Комбинированные схемы типа сигма-дельта также известны /см. патент Франции 2570854/, в которой первый сигнал подается на первый преобразователь сигма-дельта, импульсный выход этого преобразователя подают на управление полярностью второго сигнала, подаваемого на второй преобразователь типа сигма-дельта. Выход второго преобразователя сигма-дельта представляет произведение двух сигналов. Такие схемы находят конкретное применение в схемах дозирования, где сигналы, представляющие напряжение и ток, подаются на каждый преобразователь, а выходной сигнал представляет собой меру израсходованной энергии.

Работа преобразователей сигма-дельта и комбинированных схем сигма-дельта известна и не требует подробных разъяснений. Частотная модуляция, в которой полярность входного сигнала добавочно изменяется, также известна в приложении к этим схемам, и также обсуждена в патенте Франции 2570854, в котором входное напряжение измеряется посредством емкостной схемы с переключаемым конденсатором, и полярность входного напряжения модулируется в последовательности переключения конденсаторов, а демодулируется с помощью логической схемы "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ".

Могут возникнуть проблемы при использовании двух или более каскадов с частотной модуляцией. Например, в комбинированной схеме сигма-дельта первая частотная модуляция и демодуляция может быть применена к первому входному сигналу и выходу первого преобразователя сигма-дельта, и вторая модуляция и демодуляция - ко второму входному сигналу и выходу второго преобразователя для компенсации шумового смещения в каждом преобразователе. Каждая частотная модуляция вносит дополнительный шумовой сигнал, имеющий основную частоту и гармоники ее, соответствующие частоте модуляции. В некоторой степени такой частотный шум неизбежен. Однако там, где частотная модуляция применяется в двух каскадах имеется риск, что шумовые сигналы усилят друг друга. Даже, если выбирать различные частоты модуляции, все же остается опасность усиления шумов на частоте, соответствующей одной или более из гармоник частоты модуляции. Такие усиленные шумовые сигналы могут иметь довольно большую амплитуду и их трудно отфильтровать, если их частота связана с интересующей частотой для этой схемы.

Дополнительные проблемы усиления шумовых сигналов могут возникнуть, когда один или более входной сигнал на схему имеет характерную для него частоту, так как всякий шум на этой частоте или ее гармониках может быть также усилен частотной модуляцией первого и/или второго каскадов. Эта проблема может, например, возникнуть, когда схема используется для измерения тока и/или напряжения переменного напряжения питания.

Данное изобретение отличается тем, что модулирующий и демодулирующий сигнал для каждого каскада является эффективным прямоугольным сигналом, и отношение частот модулирующих сигналов для первого и второго каскадов соответствуют, по существу, отношению четного целого числа к нечетному, или наоборот, так что, по существу, нет общих частот или гармоник между первым и вторым модулирующим сигналом.

Напряжения прямоугольной формы имеют необычный спектр, заключающийся в том, что в нем имеются только нечетные гармоники, т.е. для прямоугольной формы сигнала с частотой F гармоники будут только на частотах 3F, 5F, 7F, 9F и т.д. Четных гармоник не возникает, и весь связанный с модуляцией шум будет в районе главной частоты и ее нечетных гармоник.

Первую и вторую частоты модуляции выбирают так, чтобы их отношение соответствовало отношению четного к нечетному целому числу /или наоборот/, таким образом обеспечивая то, что между ними не будет общих усиливающих частот.

Например, рассмотрим случай, когда первая частота модуляции равна 25 Гц. Она будет иметь связанные с ней гармоники 75 Гц, 125 Гц, 175 Гц и т.д. Если выберем вторую частоту модуляции, равную половине первой частоты, т.е. так, чтобы отношение их было 2F:1F, поднимется шум на частотах 12,5 Гц, 37,5 Гц, 62,5 Гц, 112,5 Гц и т.д. Таким образом, частоты первого ряда и второго ряда нигде не совпадают. Другие отношения частот в четном к нечетному /или наоборот/ имеют те же свойства, например, 1F:2F, 4F:1F, 6F:1F, 8F:1F, 4F:3F, 6F: 5F, 3F:4F и т.д. В таком случае нечетные гармоники одного сигнала - это нечетные гармоники F, тогда как нечетные гармоники другого сигнала будут превышать F в четное число раз и значит никогда не совпадут с частотами первого ряда.

Предпочтительно отношение между частотами модулирующих сигналов должно соответствовать отношению четного целого числа к единице, т.е. 2:1, 4:1, 6: 1, 8:1 и т.д. В особенности отношение между частотами модулирующих сигналов 2: 1 обеспечивает наилучшее разделение между частотами гармоник обоих сигналов. Более сложные соотношения частот сопряжены с риском, что определенные гармоники высокого порядка окажутся близкими друг к другу, и может получиться усиление шумов. С другой стороны, шум, связанный с каждым сигналом, обычно прилегает к главной частоте и быстро снижается к высоким частотам, так что близость между двумя высокочастотными гармониками не столь опасна в смысле усиления шумов, при таких более сложных соотношениях частот.

Данное изобретение особенно применимо к схеме обработки сигнала, содержащей один или несколько преобразователей типа сигма-дельта, например для комбинированной схемы, используемой для перемножения двух входных сигналов, в которой первый каскад частотной модуляции используется в первом преобразователе сигма-дельта, а второй каскад частотной модуляции находится во втором преобразователе сигма-дельта. В таких умножителях типа сигма-дельта выход первого преобразователя сигма-дельта служит для управления полярностью второго входного сигнала, подаваемого на второй преобразователь сигма-дельта, т.е. определяет, пропускать этот сигнал через инвертор или нет. Вторая модуляция может быть приложена ко второму входному сигналу прежде этой обработки или после нее, а демодуляция должна осуществляться после прохождения сигнала через второй преобразователь сигма-дельта. Изобретение применимо и к другим комбинациям схем типа сигма-дельта, например к последовательности преобразователей сигма-дельта для итеративной обработки одного сигнала.

Данное изобретение далее особо применимо для схемы обработки, имеющей один или более преобразователь сигма-дельта, в которых модуляция входных сигналов приложена ко входу каждого преобразователя сигма-дельта, посредством устройства с коммутируемым конденсатором Такие устройства с коммутируемым конденсатором известны в применении к преобразователям сигма-дельта, например из патента Франции 2570854, и обычно содержат центральный конденсатор, который служит для переноса заряда, соответствующего величине входного напряжения, к усилителю преобразователя сигма-дельта, вместе со связанными с ним ключами. Полярность входного сигнала изменяется за счет выбора времени срабатывания этих ключей, которым можно логически управлять в зависимости от выхода преобразователя сигма-дельта, выхода первого преобразователя сигма-дельта, если удобно, и состояния модулирующего сигнала.

Данное изобретение распространяется на измеритель потребляемой электроэнергии от источника питания, включающий схему обработки сигнала, как описано выше. В частности, такой измеритель может использовать комбинацию устройств сигма-дельта, причем вход первого и второго преобразователя сигма-дельта приспособлен для измерения тока и напряжения источника питания, например, с помощью шунта или делителя напряжения и т.д. Для измерителя электроэнергии из сети переменного тока прибор далее может содержать средства измерения фактической частоты сети и средства синхронизации частоты первого и/или второго сигнала модуляции с измеренной частотой сети.

Дополнительные проблемы взаимных помех между одним или обоими модулирующими сигналами и шумом, связанным с частотой сети, также могут возникнуть в описанных выше контекстах.

С точки зрения второго аспекта изобретение также распространяется на измеритель, содержащий один или более каскадов модуляции с использованием прямоугольных модулирующих сигналов, в которых отношение между частотой одного сигнала модуляции и фактической частотой сети переменного тока практически соответствует отношению нечетного к четному целому числу, соответственно, так что практически нет общих частот и гармоник между этим сигналом и частотой сети переменного тока.

Обычной формой напряжения сети переменного тока является синусоида. В противоположность меандру, такая форма напряжения будет иметь гармоники не только нечетного порядка, но и четные и нечетные, например 1F, 2F, 3F, 4F и т.д. Поэтому, чтобы обеспечить отсутствие каких-либо общих усиливающих частот между модулирующей частотой и сетью необходимо, чтобы отношение частот модуляции и сети переменного тока соответствовало отношению нечетных целых чисел к четным целым числам. Например, невозможно устранить общие частоты, используя обратное отношение, т.е. отношение модулирующей частоты к частоте сети как четное целое число к нечетному.

Рассмотрим, например, питающую сеть с частотой 50 Гц. Гармоники будут на частотах 100 Гц, 150 Гц, 200 Гц, 250 Гц и т.д. с постепенно снижающейся интенсивностью. Модулирующая частота 25 Гц /т.е., отношение 1:2/ даст гармоники 75 Гц, 125 Гц, 175 Гц, 225 Гц и т.д., т.е. общих частот с гармониками сети нет. Тот же результат дадут и другие отношения, например, 1F:4F, 1F:6F; 3F: 4F и т.д., но не отношения 2F:1F, 4F:3F и т.п. В одном предпочтительном воплощении отношение между модулирующей частотой и измеренной фактической частотой сети устанавливается как один к четному целому числу. В частности, отношение может быть 1:2. Опять, это дает хорошее разделение высших гармоник.

В особо предпочтительном воплощении, использующем два каскада модуляции, отношение частот модулирующих сигналов друг к другу и к частоте сети может быть установлено так, что нет общих частот между любыми сигналами. Например, отношение первой модулирующей частоты к частоте сети может быть установлено 1: 2, и отношение второй модулирующей частоты к первой выбрано 1:2 так, для частоты сети 50 Гц гармоники будут при 100 Гц, 150 Гц, 200 Гц, 250 Гц и т.д. Первая модулирующая частота будет 25 Гц с гармониками 75 Гц, 125 Гц, 175 Гц, 225 Гц и т.д., тогда как вторая модулирующая частота будет 12,5 Гц с гармониками 37,5, 62,5 Гц, 87,5 Гц, 112,5 Гц.

Альтернативно, может оказаться важным усиление шумов между лишь одной частотой модуляции и частотой сети, так что другая модулирующая частота может быть установлена в отношении, при котором может получиться некоторое усиление щумов с частотой сети.

Схема обработки сигнала согласно одному изобретению содержит, по меньшей мере, первый и второй каскады частотной модуляции и демодуляции сигналов, подаваемых в упомянутую схему обработки сигнала или генерируемых внутри нее, что упомянутые сигналы представлены в виде эффективного прямоугольного напряжения, при этом отношение частот модулирующих сигналов для первого и второго каскадов соответствует отношению четного целого числа к нечетному целому числу или наоборот для обеспечения отсутствия общих частот или гармоник между первым и вторым модулирующими сигналами.

Отношение частот первого и второго модулирующих сигналов равно 2:1 или 1: 2, или соответствует отношению четного целого числа к единице или наоборот. Кроме того, схема обработки сигнала содержит, по меньшей мере, один преобразователь сигма-дельта, предназначенный для получения сигнала частотной модуляции.

Кроме того, схема обработки сигнала содержит два преобразователя сигма-дельта, образующих умножитель, предназначенный для перемножения двух входных сигналов, при этом первый каскад частотной модуляции сигнала подключен к первому преобразователю сигма-дельта, второй каскад частотной модуляции сигнала подключен ко второму преобразователю сигма-дельта, выход первого преобразователя сигма-дельта предназначен для управления полярностью второго входного сигнала, подаваемого на второй преобразователь сигма-дельта, при этом один преобразователь сигма-дельта снабжен устройством с коммутируемым конденсатором и предназначен для модуляции входных сигналов, поступающих на его вход, причем один преобразователь сигма-дельта предназначен для частотной демодуляции сигнала и снабжен выходом для подачи упомянутого сигнала на логическую схему ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

Измерительный прибор для контроля потребления электроэнергии от источника питания переменного тока содержит схему обработки сигнала, включающую в себя, по меньшей мере, два каскада частотной модуляции и демодуляции сигналов, подаваемых на упомянутую схему обработки сигналов или генерируемых внутри нее, отношение частоты одного модулирующего сигнала к частоте источника питания переменного тока соответствует отношению нечетного к четному целому числу для исключения, для обеспечения отсутствия общих частот или гармоник между упомянутым модулирующим сигналом и частотой источника питания переменного тока, причем отношение частоты одного модулирующего сигнала и измеренной частоты источника питания переменного тока соответствует отношению единицы к четному целому числу. Кроме того, отношение частоты первого модулирующего сигнала к измеренной частоте источника питания переменного тока равно 1:2 и отношение частоты второго модулирующего сигнала к частоте первого модулирующего сигнала равно 1:2.

Также измерительный прибор дополнительно содержит средство для измерения частоты источника питания переменного тока и средство для синхронизации частоты, по меньшей мере, сигналов одного из двух каскадов частотной модуляции с измеренной частотой источника питания переменного тока.

Прибор согласно третьему изобретению, содержащий схему обработки сигнала, включающую в себя, по меньшей мере, один каскад частотной модуляции и демодуляции сигналов, модулирующим или демодулирующим сигналом для одного или каждого каскада является прямоугольное напряжение, отношение частоты модулирующего сигнала, по меньшей мере, одного каскада к частоте источника питания переменного тока соответствует отношению нечетному к четному целому числу для исключения общих частот или гармоник между модулирующим сигналом и источником питания переменного тока. При этом схема обработки сигнала содержит два преобразователя сигма-дельта, предназначенных для измерения тока и напряжения источника питания и премножения этих величин, причем первый каскад частотной модуляции сигнала предназначен для подачи сигнала на первый преобразователь сигма-дельта, второй каскад частотной модуляции сигнала предназначен для подачи сигнала на второй преобразователь сигма-дельта. Также схема обработки сигнала может содержать два каскада частотной модуляции и демодуляции сигналов, при этом отношение частот модулирующих сигналов для первого и второго каскадов соответствует отношению четного целого числа к нечетному целому числу или наоборот для исключения общих частот или гармоник между упомянутыми модулирующими сигналами.

Изобретение может далее распространиться на способы обработки сигнала или измерения, содержащие один или более этапов модуляции и демодуляции, такие способы могут далее отличаться любым или всеми предпочтительными признаками, обсужденными выше.

Теперь будет описано, только как пример, предпочтительное воплощение данного изобретения с помощью сопровождающих чертежей, на которых Фиг. 1 - Обобщенная схема с использованием частотной модуляции входного сигнала для преодоления смещающего напряжения.

Фиг. 2 - Известный преобразователь сигма-дельта, приспособленный для использования частотной модуляции входных сигналов и демодуляции выходных сигналов.

Фиг. 3 - Временная диаграмма коммутирующего устройства, связанного с преобразователем сигма-дельта по фиг. 2.

Фиг. 4 - Комбинированная схема сигма-дельта по воплощению изобретения с использованием двух схем сигма-дельта в сочетании с двумя каскадами модуляции.

На фиг. 1 показан обобщенный вид схемы со схемой сигма-дельта, использующей частотную модуляцию. Прямоугольный сигнал прерывания Tch добавляется ко входному сигналу VI в точке 1 и комбинированный сигнал пропускают через преобразователь дельта-сигма 2, который имеет связанное с ним постоянное напряжение смещения Voffset. Выходной сигнал демодулируется в точке 3 вычитанием того же сигнала прерывания. Демодулированный сигнал в этой точке содержит преобразованный входной сигнал, имеющий постоянную величину, и наложенный шумовой сигнал смещения, имеющий частоту сигнала прерывания. Этот сигнал пропускают затем через фильтр 4, имеющий частоту среза по частоте ниже частоты сигнала прерывания, отфильтровывая таким образом шум смещения и выдавая сигнал, соответствующий преобразованному входному сигналу без влияния смещения.

На фиг. 2 показана обычная схема преобразователя сигма-дельта со средством коммутируемого конденсатора для управления полярностью входного опорного напряжения и также частотной модуляции посредством управления полярностью напряжения входного сигнала. Конкретно, входной сигнал V_in и опорный сигнал V_ref подаются через коммутационное устройство из ключей in,ref,ma,ch, dec и коммутируемый конденсатор 10 и далее на операционный усилитель 11 и интегрирующий конденсатор 14. Полярность поступающего на вход усилителя сигнала зависит от порядка, в котором срабатывают ключи. Например, чтобы передать опорное напряжение V_ref с той же полярностью, что и на входе усилителя 11, сначала замыкаются ключи ref и ch, чтобы набрать на конденсаторе 10 заряд, соответствующий V_ref. Затем ref и ch размыкаются, и замыкаются dec и ma, так что ma соединен с землей, и заряд появляется на выходе усилителя 11 со знаком, совпадающим со знаком на входе. Чтобы передать V_ref с обратной полярностью ref и dec одновременно замыкаются, так что на противоположной обкладке конденсатора появляется противоположный потенциал, и также на выходе усилителя полярность меняется.

Реверсирование сигналов посредством коммутируемого конденсатора и связанных с ним ключей известно в этой отрасли техники, известна также и работа схемы сигма-дельта, показанной на фиг. 2 с реверсированием полярности опорного напряжения с использованием коммутирующего устройства и зависящего от синхронизованного выхода Q компаратора 12 и триггера с двумя устойчивыми состояниями 13. Модуляция входного сигнала V_in управляется в этой схеме изменением полярности входного сигнала за счет выбора времени срабатывания ключей подобным же образом. Демодуляция выходного сигнала Q достигается посредством логической схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15.

На временной диаграмме срабатывания ключей по фиг. 3 приведена регулярная последовательность фазовых импульсов 1,2,3 и 4, генерируемых, например, микропроцессором /не показан/. Ключи in, ma, ref, ch, dec управляются от микропроцессора относительно этих фаз /четырехфазного управляющего напряжения синхронизации/.

В логических выражениях ключами управляют следующим образом: ch = 1+3 dec = 2+4 Ключами in,ma управляют в зависимости от модуляции сигнала, определяемой chop, ma и ref, которые управляются в зависимости от выхода Q как при обычной работе преобразователя сигма-дельта.

Сигнал модуляции chop имеет прямоугольную форму, как показано на фиг. 3, и он также подается на логическую схему ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15 для демодулирования сигнала, выходящего с преобразователя сигма-дельта. Логические схемы, необходимые для реализации управления ключами in , ref и т.д. в зависимости от состояния коммутирующего сигнала или выхода Q, являются обычными и специалисты без труда могут осуществить это. Демодулирование выходного сигнала может производиться сразу после преобразователя сигма-дельта или дальше по ходу сигнала, в зависимости от положения логической схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Подобным же образом модуляция входного сигнала может производиться выше по ходу сигнала от преобразователя сигма-дельта, используя аналоговый эквивалент инвертора. Там, где модуляция производится перед преобразователем in и ma, могут получать логическое управление независимо от частоты модуляции опорного сигнала, чтобы всегда передавать входной сигнал с той же полярностью, как он приходит на вход преобразователя сигма-дельта.

Фиг. 4 представляет блок-схему устройства с двумя преобразователями сигма-дельта 20, 21, работающими по току I и напряжению V сигнала питающей сети для измерения энергии или мощности с помощью реверсивного счетчика с двумя каскадами частотной модуляции. Преобразователь сигма-дельта 20 в принципе соответствует показанному на фиг. 2, тогда как преобразователь 21 модифицирован так, что модуляция и демодуляция производятся вне преобразователя.

Выход схемы сигма-дельта 20 коммутирует вход токового сигнала на схему сигма-дельта 21 посредством ключа 22 и инвертора 23, так что изменяется полярность сигнала, подаваемого на схему сигма-дельта 21, в зависимости от полярности выходного импульса схемы сигма-дельта 20. Как обсуждалось ранее, в результате этого импульсный выход с преобразователя сигма-дельта 21 будет мерой произведения величин выходных сигналов на каждый преобразователь сигма-дельта, и реверсивный счетчик 24 считает разность между количествами положительных и отрицательных импульсов и дают выход, являющийся мерой этого произведения, на светодиодный индикатор или что-нибудь подобное.

Схема, таким образом, содержит два каскада модуляции. Первый каскад работает на прямоугольном напряжении, выдаваемом генератором 25 на преобразователь сигма-дельта 20. Преобразователь 20 в основном имеет ту же конструкцию, что и преобразователь по фиг. 2. Выход сигнала коммутации 26 генератора управляет ключевой схемой на входе преобразователя для модуляции входного сигнала, отражающего напряжение описанным выше образом.

Другой выход 27 идет на логическую схему ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15 на выходе преобразователя, чтобы демодулировать результирующий сигнал с преобразователя. Второй каскад модулируется прямоугольным напряжением с выхода генератора 28. Один его выход 29 управляет ключом 31 и инвертором 32, чтобы модулировать входной токовый сигнал, т.е. инвертировать его или пропускать прямо токовый сигнал в зависимости от состояния прямоугольного напряжения. Это управление полярностью входного сигнала осуществляется дополнительно модуляции выходом первой схемы сигма-дельта с помощью ключа 32 и инвертора 23. Второй выход 30 генератора 28 подают на логическую схему ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 33, чтобы затем демодулировать сигнал произведения со второго преобразователя сигма-дельта.

Фильтры /не показаны/ также добавлены в схему на выход первого преобразователя 20 и ИСКЛЮЧАЮЩЕГО ИЛИ 33, чтобы отфильтровывать зависящие от частоты шумовые составляющие.

Использование двух частот модуляции добавочно к частоте сети переменного тока могло бы привести к проблемам усиления между гармониками и/или основными частотами сигналов, дающих ошибочные шумовые сигналы, сконцентрированные на таких совпадающих частотах. Однако в воплощении, показанном на фиг. 4, частота F1 первого генератора прямоугольного напряжения 25 установлена вдвое выше частоты F2. Как говорилось выше, модуляция сигналами прямоугольной формы создает лишь нечетные гармоники. Таким образом, для первой частоты 25 Гц, гармоники будут 75 Гц, 125 Гц, 175 Гц, 225 Гц и т.д., тогда как для второй частоты 12,5 Гц появятся гармоники 37,5 Гц, 62,5 Гц, 87,5 Гц, 112,5 Гц, то-есть для отношения 2:1 частот первого и второго модулятора общих гармоник не появится, и шум, вносимый в сигнал за счет модуляции, будет сведен к минимуму.

Как обсуждалось во вступительной части описания, возможны также другие отношения частот для избежания усиления между первым и вторым прямоугольными напряжениями.

В особо предпочтительном воплощении изобретения частота генераторов прямоугольных сигналов 25, 28 может быть засинхронизована с частотой сети, например, путем использования детектора пиков или переходов через нуль для измерения частоты сигнала напряжения или тока, и регулировать частоты генераторов прямоугольного напряжения соответственно этому. С помощью такой синхронизации отношение частот между каждой из модулирующих частот и частотой сети может быть точно установлено таким, которое обеспечивает избежание усиления шума при работе на частоте сети. Например, отношение между частотой сети и первой частотой модуляции F1 может быть установлено 2:1, т.е. для частоты сети 50 Гц F1 можно установить 25 Гц, а F2 можно установить 12,5 Гц. Частота сети, при практически синусоидальной форме напряжения, содержит как нечетные, так и четные гармоники - частоты 100 Гц, 150 Гц, 200 Гц, 250 Гц и т. д. Однако ни одна из них не совпадает с гармониками первого и второго напряжения прямоугольной формы на 75 Гц, 125 Гц, 175 Гц, 225 Гц, и т.д. и 37,5 Гц, 62,5 Гц, 87,5 Гц, 112,5 Гц и т.д. соответственно.

Если частота сети постоянна во времени, можно от синхронизации отказаться, приняв ее постоянной, и установить F1 и F2 соответственно, не прибегая к синхронизации c измеренной частотой сети.

Формула изобретения

1. Схема обработки сигнала, содержащий, по меньшей мере, первый и второй каскады частотной модуляции и демодуляции сигналов, подаваемых в упомянутую схему обработки сигнала или генерируемых внутри нее, отличающаяся тем, что упомянутые сигналы представлены в виде эффективного прямоугольного напряжения, при этом отношение частот модулирующих сигналов для первого и второго каскадов соответствует отношению четного целого числа к нечетному целому числу или наоборот для обеспечения отсутствия общих частот или гармоник между первым и вторым модулирующими сигналами.

2. Схема обработки сигнала по п.1, отличающаяся тем, что отношение частот первого и второго модулирующих сигналов соответствует отношению четного целого числа к единице или наоборот.

3. Схема обработки сигнала по п.1, отличающаяся тем, что отношение частот первого и второго модулирующих сигналов равно 2:1 или 1:2.

4. Схема обработки сигнала по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что содержит, по меньшей мере, один преобразователь сигма-дельта, предназначенный для получения сигнала частотной модуляции.

5. Схема обработки сигнала по п.4, отличающаяся тем, что содержит два преобразователя сигма-дельта, образующих умножитель, предназначенный для перемножения двух входных сигналов, при этом первый каскад частотной модуляции сигнала подключен к первому преобразователю сигма-дельта, второй каскад частотной модуляции сигнала подключен ко второму преобразователю сигма-дельта, выход первого преобразователя сигма-дельта предназначен для управления полярностью второго входного сигнала, подаваемого на второй преобразователь сигма-дельта.

6. Схема обработки сигнала по п.4 или 5, отличающаяся тем, что один преобразователь сигма-дельта снабжен устройством с коммутируемым конденсатором и предназначен для модуляции входных сигналов, поступающих на его вход.

7. Схема обработки сигнала по п.4, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один преобразователь сигма-дельта предназначен для частотной демодуляции сигнала и снабжен входом для подачи упомянутого сигнала на логическую схему ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

8. Измерительный прибор для контроля потребления электроэнергии от источника питания переменного тока, содержащий схему обработки сигнала, включающую в себя, по меньшей мере, два каскада частотной модуляции и демодуляции сигналов, подаваемых на упомянутую схему обработки сигналов или генерируемых внутри нее, отличающийся тем, что отношение частоты одного модулирующего сигнала к частоте источника питания переменного тока соответствует отношению нечетного к четному целому числу для обеспечения отсутствия общих частот или гармоник между упомянутым модулирующим сигналом и частотой источника питания переменного тока.

9. Измерительный прибор по п.8, отличающийся тем, что отношение частоты одного модулирующего сигнала и измеренной частоты источника питания переменного тока соответствует отношению единицы к четному целому числу.

10. Измерительный прибор по п.9, отличающийся тем, что отношение частоты первого модулирующего сигнала к измеренной частоте источника питания переменного тока равна 1:2 и отношение частоты второго модулирующего сигнала к частоте первого модулирующего сигнала 1:2.

11. Измерительный прибор по любому из пп.8 - 10, отличающийся тем, что дополнительно содержит средство для измерения частоты источника питания переменного тока и средство для синхронизации частоты, по меньшей мере, сигналов одного из двух каскадов частотной модуляции с измеренной частотой источника питания переменного тока.

12. Измерительный прибор для контроля потребления электроэнергии от источника питания переменного тока, содержащий схему обработки сигнала, включающую в себя, по меньшей мере, один каскад частотной модуляции и демодуляции сигналов, отличающийся тем, что модулирующим и демодулирующим сигналом для одного или каждого каскада является прямоугольное напряжение, отношение частоты модулирующего сигнала, по меньшей мере, одного каскада к частоте источника питания переменного тока соответствует отношению нечетного к четному целому числу для обеспечения отсутствия общих частот или гармоник между модулирующим сигналом и источником питания переменного тока.

13. Измерительный прибор по п.12, отличающийся тем, что схема обработки сигнала содержит два каскада частотной модуляции и демодуляции сигналов, при этом отношение частот модулирующих сигналов для первого и второго каскадов соответствует отношению четного целого числа к нечетному целому числу или наоборот для обеспечения отсутствия общих частот или гармоник между упомянутыми модулирующими сигналами.

14. Измерительный прибор по п.13, отличающийся тем, что схема обработки содержит два преобразователя сигма-дельта, предназначенных для измерения тока и напряжения источника питания и перемножения этих величин, причем первый каскад частотной модуляции сигнала предназначен для подачи сигнала на первый преобразователь сигма-дельта, второй каскад частотной модуляции сигнала предназначен для подачи сигнала на второй преобразователь сигма-дельта.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

PD4A - Изменение наименования обладателя патента Российской Федерации на изобретение

(73) Новое наименование патентообладателя:ШЛЮМБЕРЖЕ СА (FR)

Извещение опубликовано: 27.05.2005        БИ: 15/2005

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 20.01.2010

Извещение опубликовано: 10.11.2010        БИ: 31/2010