Устройство для измерения частоты и амплитуды гармонического сигнала

 

Изобретение может быть использовано в приборах для измерения частоты и амплитуды гармонических сигналов. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия измерений, а также расширение нижнего предела по частоте. Для этого в устройство введены аналоговый ключ 2, выпрямитель 3, преобразователь 4 напряжение-частота , элементы И 5,6, блок 7 деления , блок 9 управления, который содержит нуль-орган 10, элементы И 11, 12, триггеры 13-16 элемент ИЛИ 17, счетчик 18 импульсов , кнопку Пуск 19, формирователь 20 импульса, элементы 21, 22 задержки. Устройство также содержит блок 1 дифференцирования и блок 8 индикации. Сущность изобретения заключается в том. что в устройстве входное напряжение И(т) один раз после дифференцирования, а другой раз непосредственно преобразуется по модулю в пропорциональную частоту следования импульсов , которые в обои случаях подсчитываются за время, кратное периоду сигнала U(t). Отношение этих двух чисел является кодом частоты, а первый пакет импульсов пропорционален амплитуде или среднеквадратическому значению напряжения. Это достигается путем обработки входного сигнала U(t) в блоке дифференцирования, выпрямителе, преобразователе напряжение-частота . В блоке деления получаются результирующие коды, которые поступают в блок индикации. Работа устройства управляется блоком управления. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s 6 01 R 23/00, 19/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4677337/21 (22) 11.04.89 (46) 07.05.91. Бюл. йг 17 (72) В,Н.Чинков, Ю.А,Немшилов и А,Л.Савицкий (53) 681.3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1302205, кл. 6 01 R 23/00, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ И АМПЛИТУДЫ ГАРМОНИЧЕСКОГО

СИГНАЛА (57) Изобретение может быть использовано в приборах для измерения частоты и амплитуды гармонических сигналов. Цель изобретения — повышение точности и быстродействия измерений, а также расширеwe нижнего предела по частоте. Для этого в устройство введены аналоговый ключ 2, выпрямитель 3, преобразователь 4 напряжение-частота, элементы И 5, 6, блок 7 деления, блок 9 управления, который содержит нуль-орган 10. элементы И 11, 12, триггеры

Изобретение относится к электроиэмерительной технике и может быть использовано в приборах для измерения частоты и амплитуды гармонических сигналов.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия измерений, а также расширения нижнего предела по частоте.

На чертеже приведена структурная схе- ма предлагаемого устройства.

Устройство для измерения частоты и амплитуды гармонического сигнала содержит блок 1 дифференцирования, аналоговый

„„Я3 „„1647444 А1

13 — 16 элемент ИЛИ 17, счетчик 18 импульсов, кнопку "Пуск" 19, формирователь 20 импульса, элементы 21, 22 задержки. Устройство также содержит блок 1 дифференцирования и блок 8 индикации. Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве входное напряжение Vl(t) один раз после дифференцирования, а другой раз непосредственно преобразуется по модулю в пропорциональную частоту следования импульсов, которые в обоих случаях подсчитываются за время, кратное периоду сигнала

U() Отношение этих двух чисел является кодЬм частоты, а первый пакет импульсов пропорционален амплитуде или среднеквадратическому значению напряжения.

Это достигается путем обработки входного сигнала 13(т) в блоке дифференцирования, выпрямителе, преобразователе напряжение-частота. В блоке деления получаются результирующие коды, которые поступают в блок индикации. Работа устройства управляется блоком управления. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. ключ 2, выпрямитель 3, преобразователь 4 напряжение-частота, элементы И 5,6, блок 7 деления, блок 8 индикации, блок 9 управления.

В устройстве для измерения частоты и амплитуды гармонического сигнала выход блока 1 дифференцирования соединен с первым входом аналогового ключа 2, а вход является входом устройства и подключен к второму входу аналогового ключа 2, выход которого подключен к входу выпрямителя 3 и входу блока 9 управления, первый выход которого соединен с уп ра вля ющим входом аналогового ключа 2, выход выпрямителя 3

1647444 соединен с входом преобразователя 4 напряжение-частота, выход которого соединен с первыми входами элементов И 5, 6, вторые входы которых соединены с вторым и третьим выходами блока 9 управления соответственно, причем выходы элементов И

5,6 соединены соответственно с первым и вторым входами блока 7 деления, первый вход которого соединен с первым входом блока 8 индикации, второй вход которого подключен к выходу блока 7 деления.

Блок 9 управления содержит нуль-орган

10, элементы И 11, 12, триггеры 13-16, элемент ИЛИ 17, счетчик 18 импульсов, кнопку

"Пуск 19", формирователь 20 импульса, элементы 21, 22 задержки.

В блоке 9.управления вход нуль-органа

10 является входом блока 9 управления, а выход соединен с первыми входами элементов И 11, 12, вторые входы которых соединены соответственно с выходами триггеров

15, 16, причем выход триггера 15 является первым выходом блока 9 управления, второй выход последнего подключен к выходу триггера 13, к входу сброса триггера 15, вход установки которого соединен с выходом элемента 21 задержки, вход которого соединен с выходом формирователя 20 импульса, вход которого соединен с первым выводом кнопки "Пуск" 19, второй вывод которой подключен к запускающему потенциалу, причем выход триггера 13 соединен также с входсм элемента 22 задержки, выход которого подключен к входу установки триггера 16, вход сброса которого соединен с выходом триггера 14 и является третьим выходом блока 9 управления, причем входы сброса триггеров 13 и 14 соединены с выходом счетчика 18 импульсов, управляющий вход которого соединен с шиной предустановки, а вход счетчика 18 импульса соединен с выходом элемента ИЛИ 17, первый вход которого соединен с выходом элемента И 11 и с входом установки триггера 13, причем вход установки триггера 14 соединен с выходом элемента И 12 и подключен к второму входу элемента ИЛИ 17, Устройство для измерения частоты и амплитуды гармонического сигнала работает следующим образом, Процесс измерений начинается нажатием кнопки "Пуск 39, что вызывает появление на выходе формирователя 20 короткого импульса, устанавливающего в исходное состояние блоки 7,8, триггеры

13-16, также происходит предустановка счетчика 18, куда записывается дополнительный код числа (n-1), где n — число периодов измерений.

Аналоговый ключ 2 установлен в состояние, при котором его выход подключен по первому входу к выходу блока 1 дифференцирования. Элементы И 5,6, 11, 12 закрыты.

5 С задержкой, задаваемой элементом 21 задержки и необходимой для установки схемы в исходное состояние, импульс с формирователя 20 поступает на вход установки триггера 15, переключая его в единичное

10 состояние и открывая элемент И 11, Аналоговый ключ 2 при этом остается в исходном состоянии.

Пусть входной гармонический сигнал устройства

15 U(t)=Umsln м t. (1) где Um — амплитуда:

N — круговая частота, в=2 7f=2 K IТ;

f, Т вЂ” циклическая частота и период сигнала U(t).

20 Напряжение U(t) через блок 1 дифференцирования и аналоговый ключ 2 поступает в блок 9 управления на нуль-орган 10. а через выпрямитель 3 — на vðåoáðàçoâàòåëü

4 напряжение — частота.

25 На выходе блока 1 дифференцирования образуется напряжение

U(t) =в0е з!пас, на выходе выпрямителя 3- модуль этого напряжения

30 lU (t) (=в0, Islncutl.

Преобразователем 4 чапряжение-частота это напряжение преобразуется в пропорциональную частоту следования импульсовв

35 1(т)=Кпнч . IU (t)l =Кпнчв (О„з!пал I, (2) где Кпнч — коэффициент передачи (или преобразования) преобразователя 4 напряжение-частота.

40 Импульсы с выхода преобразователя 4 напряжение-частота поступают на первые входы элементов И 5, 6, которые закрыты по второму входу.

Первый же импульс, образовавшийся

45 на выходе нуль-органа 10 после переключения триггера 15 в единичное состояние, проходит через элемент И 11, переключает в единичное состояние триггер 13 и через элемент ИЛИ 17 поступает в счетчик 18 импуль50 сов. Триггер 13 открывает элемент И 5, Триггер 15 и элемент 22 задержки этот перепад потенциала на выходе триггера 13 не воспринимают.

Импульсы с преобразователя 4 напря55 жение-частота поступают через элемент И 5 на входы блока 7 деления и блока 8 индикации, где они подсчитываются (интегрируются) соответствующими счетчиками импульсов. Этот процесс продолжается. по1647444 счетчиком 18 импульсов, подсчитывающим импульсы с выхода нуль-органа 10. С поступлением (и+1) импульсов счетчик 18 импульсов вырабатывает импульс сброса

5 триггера 14, Сигналом выхода триггера 14 закрывается элемент И 6 и сбрасывается триггер 16, закрывая элемент И 12.

За время открытого состояния элемента

6 с выхода преобразователя 4 напряжение10 частота на вход блока 7 деления поступит число импульсов, которое получим из выражения (3) после подстановки в него соотношения (5) (15 т

Ng=n Кпнч U f I since)t I dt= о

/ sin(et 0(ит)=

2 и Кпнч Оп о

4п Кпнч U

М т и =и f f(t)dt. о (3) Поставляя в это выражение соотноше20 ние (2), находим (6) 25

N1

Nf = Kg — = Kg о) = К f, (7) 2 где Kg — коэффициент передачи блока 7 деления;

30 К вЂ” коэффициент пердачи устройства по частоте, Кг=Кц 2 л.

Число импульсов N< поступает в блок 8 индикации по его второму входу.

Этим процесс измерений завершается, 35 В блоке 8 индикации будут записаны коды амплитуды N> и частоты Йг. (4) 40 1. Устройство для измерения частоты и амплитуды гармонического сигнала, содержащее блок дифференцирования, вход ко. торого является входом устройства, и блок индикации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с

45 целью повышения точности и быстродействия измерений, а также расширения нижнего предела по частоте, в него введены последовательно соединенные аналоговый ключ, выпрямитель и преобразователь на50 пряжение-частота, а также два элемента И, блок деления, блок управления, причем первый и второй входы аналогового ключа соединены соответственно с выходом и входом блока дифференцирования, а управляющий

55 вход соединен с первым выходом блока управления, вход которого соединен с выходом аналогового ключа, выход преобразователя напряжение-частота соединен с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых подключены соответка на счетчик 18 импульсов не поступит(п+1) импульсов с выхода нуль-органа 10, что соответствует и периодам Т входного сигнала

U(t). Импульсом переноса счетчика 18 импульсов сбрасывается триггер 13, а также восстанавливается исходное состояние счетчика 18 импульсов. Сигналом с выхода триггера 13 закрывается элемент И 5, устанавливается в исходное нулевое состояние триггер 15, и запускается элемент 22 задержки.

За время открытого состояния элемента

И 5 на блок 7 деления и блок 8 индикации поступит число импульсов, определяемое выражением

N1 п Кпнч вUm 3 I sinвт I dt = о

= 2 и Кпнч Um f sin cu t d (со т ) = о

=4n Кпнч Um.

Это число импульсов пропорционально амплитуде U сигнала и используется для ее отсчета в блоке 8 индикации. Сигналом триггера 15 .закрывается элемент И 11 и переключается аналоговый ключ 2 так, что на его выход проходит напряжение U(t), С задержкой, определяемой элементом

2 задержки и необходимой для завершения переходных процессов после коммутации аналогового ключа 2, выходным сигналом элемента 22 задержки триггер 16 устанавливается в единичное состояние и открывает элемент И 12. Первый же импульс, поступающий с выхода нуль-органа 10 через элемент И 12, переключает триггер 14 в единичное состояние и через элемент ИЛИ

17 поступает в счетчик 18 импульсов. Триггер 14 открывает элемент И 6, и через него импульсы с выхода преобразователя 4 напряжение-частота подаются на вход блока 7 деления.

Частота импульсов на выходе преобразователя 4 напряжение-частота в этом режиме

1(1)=Кпнч IU(t)I, откуда с учетом выражения (1) имеем

1(1)=Кпнч U Isinmtl. (5)

Аналогично предыдущему режиму элемент И 6 будет открыт B течение п периодов входного сигнала, которое задается тем же

На выходе блока 7 деления образуется количество импульсов

Формула изобретения

1647444

Составитель М,Кондратов

Редактор Т,Зубкова Техред M.Mîðråíòàë Корректор М.Демчик

Заказ 1648 Тираж 438 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 ственно к второму и тре ьему выходам блока управления, выходы первого и второго элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами блока деления, причем первые входы блока деления и блока индикации соединены, а второй вход блока индикации соединен с выходом блока деления.

2. Блок управления по п,1, содержащий нуль-орган, третий и четвертый элементы И, четыре триггера, элемент ИЛИ, счетчик импульсов, кнопку "Пуск", формирователь импульса, два элемента задержки, причем вход нуль-органа является входом блока управления, а выход соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго триггеров, причем выход первого триггера является первым выходом блока управления, вторОЙ выход последнего подключен к выходу третьего триггера, к входу сброса первого триггера, вход установки которого соединен с выходом первого элемента задержки, вход которого соединен с выходом формирователя импульса, вход которого соединен с первым выводом кнопки "Пуск", 5 второй вывод которой подключен к запускающему потенциалу, причем выход третьего триггера также соединен с входом второго элемента задержки, выход которого подключен к входу установки второго триггера, 10 вход сброса которого соьединен с выходом четвертого триггера и является третьим выходом блока управления, причем входы сброса третьего и четвертого триггеров соединены с выходом счетчика импульсов, уп15 равляющий вход которого соединен с шиной предустановки, а вход счетчика импульсов соединен с выходом элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом третьего элемента И и с входом установки

20 третьего триггера, причем вход установки четвертого триггера соединен с выходом .четвертого элемента И и подключен к второму входу элемента ИЛИ.