Устройство для измерения частоты гармонического сигнала

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может использоваться для определения частоты гармонического сигнала за время, меньшее длительности его периода в условиях действия шумов Целью изобретения является повышение помехозащищенности измерения частоты Устройство для измерения частоты гармонического сигнала содержит аналого-цифровой преобразователь 1, регистры сдвига 2-4, сумматор 12, блок 13 деления, цифроаналоговый преобразователь 14 и функциональный блок 15. Введение регистров сдвига 5-8, дополнительного сумматора 9. блока 10 умножения и элемента 11 памяти позволило сохранить точность измерений в условиях действия шумов 1 ил

СОКХЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 R 23/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

В(К@Ю иц цц „щя щ у,с

БИБЛИО ГЕ (4, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

5(т) = А з!п(а t+ гр), (21) 4344899/21 (22) 21.10.87 (46) 30.10.91. Бюл, ¹ 40 (72) С,А.Доронин, Н.Н,Дубовик, Л.П.Котенко и Е.K,ÐOMàmåíêî (53) 621.317(088.8) (56) Алексеенко А.Г. и др. Микросхемотехника. M. Радио и связь, 1982, с.209, рис. 5.6,а.

Авторское свидетельство СССР № 1185260, кл. G 01 R 23/00, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ ГАРМОНИЧЕСКОГО СИГНАЛА (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может использоваться

Изобретение относится к электроизме-. рительной технике и может использоваться для определения частоты гармонического. сигнала за время, меньшее длительности его периода в условиях действия шумов.

Целью изобретения является повышение помехозащищенности измерения частоты, На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство для измерения частоты гармонического сигнала содержит последовательно включенные аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1, вход которого является входом устройства, регистры сдвига

2 — 8, последовательно включенные дополнительный сумматор 9 и блок 10 умножения, второй вход которого подключен к выходу элемента 11 памяти, последовательно включенные сумматор 12, блок 13 деления, циф„„5U „„1688182 А1 для определения частоты гармонического сигнала за время, меньшее длительности его периода в условиях действия шумов.

Целью изобретения является повышение помехозащищенности измерения частоты.

Устройство для измерения частоты гармонического сигнала содержит аналого-цифровой преобразователь 1, регистры сдвига

2 — 4, сумматор 12, блок 13 деления. цифроаналоговый преобразователь 14 и функциональный блок 15. Введение регистров сдвига 5 — 8, дополнительного сумматора 9, блока 10 умножения и элемента 11 памяти позволило сохранить точность измерений в, условиях действия шумов. 1 ил. роаналоговый преобразователь (ЦАП) 14 и функциональный блок 15, выход которого является выходом устройства, а также генератор 16 импульсов, выход которого обьеди- нен с управляющими входами АЦП 1 и регистров сдвига 2 — 8. Выходы регистров сдвига 2, 4, 6 и 8 соединены со входами сумматора 12, а выходы регистров сдвига 3 и 7 — со входами дополнительного сумматора 9, при этом выход блока 10 умножения подключен к второму входу блока 13 деле: ия, Сущность работы устройства заключается в следующем. Допустим, что на вход

АЦП 1 подается гармонический сигнал где А — амплитуда, со- круговая частота и p— начальная фаза сигнала. Полагаем, что

1688182

А= const и в= const, т.е. с течением времени не изменяются. АЦП 1 фиксирует значение сигнала в точках опроса, следующих через равные промежутки времени, равные периоду опроса То, Последовательность выборок. т.е. мгновенных значений амплитуды входного гармонического сигнала, можно записать в виде системы из семи уравнений

А1=А sin (м T1+р), А2 = А sin (в Т2 + у; ), (2) (3) 15 = А(2 Ып(в T4+ р) cos(3N Tp)+

А3 = А sin (N T3 + q: ), А4= A sin (NT4+ о), (4) (5) (6) 7) Учиты вая, что т1 =т4-зт, Т2 = Т4- 2ТО, (8) Тз = 14 — To, Т5 = Т4 + То,.

Т6 = T4 + 2То

A1 + A3 + A5 + A7

А2 + Аб

Т7 = 14+ Зто, систему уравнений (2)...(8) можно переписать в виде (9) А2 = А sin ((О (Т4 - 2 о) + p) (10)

АЗ=А з!п (N(Т4-Т>)+p), (11) (12) (13) или

Ав = А Sin (а (Т4 + 2 То) + p), (14)

А7 = А S in (01 (Т4 + 3 то) + ф), (15) Система уравнений (9)...(15) содержит четыре неизвестные величины: А — амплитуду, со — мгновенную - астоту, т4 — момент времени, в котором была взята четвертая выборка и p — начальную фазу, Для опреА5= А з!п (NТ5 +ср)

А6 = А s in (0 Тб + !> ), А7=А з1п (ИТ7 +(/>).

A1 = А sin (ао(Т4-Зто)+ о), А4 = А sin(N Т4+ у).

А5 = А з1п (N (Т4 + Ч o) + p) деления мгновенной частоты необходимо решить систему уравнений (9)...(15), исключив из нее неизвестные параметры сигнала.

Для этого просуммируем уравнения (9), (11), 5 (13) и (15) A1 + A3 + A5 + A7 = А1 + А7 + A3 + A5 =

= А {sin(N(Т4- ЗТо) + rpj+

+ sin(N(T4+ ЗТ„)+ ф+ sin(N(T4 - т„)+

+ p)) + S in (N (T4 - То) + р )} =

+ 2 з1п(в T4 + у) соз(в Tp)j =

= 2А sin(N T4+ p) 2 cos(2N то) х

20 х соз(в То) (16) Просуммируем также уравнения (10) и (14) 25

А2 + А6 = А{$1п(м (Т4 - 2То) + (p)+

+ s in(N (Т4 + 2то) + p)} =

= 2А Stn(NТ4+ р) СОЗ(2Вто). (17) Р зделим выражение (16) на выражение (17) 2А В!П(mTa+ COS 2 иТо 2 COS BTo

2А sin (NТ4 +p) cos (2 й)То )

= 2 cos (в То ) . (18) Из уравнения (18) получаем решение системы уравнений (т.е, значение частоты) 1 A1+A3+A5+A7

2 (А2 + А6) 1 А1 + АЗ + А5 + A7

22гт агссоз 2 (А +А ), (20) где л = 3,1415926...

Сигнал в виде напряжения синусоидальной формы поступает на вход АЦП 1, который производит с периодом То преобразования мгновенных значений сигнала s цифровой код, Этот код поступает

1688182

2(02+ 06).

Этот код поступает на второй вход блока 13 30 деления, на выходе которого получается цифровой код, соответствующий выражению

0 + 0з+ 0+ 0

2(02+06) В соответствии с этим кодом цифроаналого- вый преобразователь 14 выдает постоянное напряжение, которое функциональный блок . 40

15 преобразует в мгновенное значение частоты гармонического сигнала в соответствии с выражением

1 01 + 0з + 05 + 07 45 и = агссоз

То

С поступлением очередного тактового импульса с выхода генератора 16 импульсов через период То, происходит сдвиг инфор- 50 мации в регистрах сдвига 2 — 8, причем в регистр 2 сдвига записывается код, соответствующий очередному мгновенному значению гармонического сигнала. на вход регистра 2 сдвига и далее с частотой

Fo= последовательно переписывается

1о в регистры сдвига 3-8, Таким образом, в установившемся режиме в регистре 2 5 сдвига находится код U<, в регистре 3 сдвига — код Uz, в регистре 4 сдвига — код

0з, в регистре 5 сдвига — код 04, в.регистре

6 сдвига — код Ug, в регистре 7 сдвига — код

0в, в регистре 8 сдвига — код 01, где 01, Ог, 10

03, 04, 05, UQ, U7 — мгновенные значения сигнала соответственно в моменты T>, Tz, Тз, Т4, Т, Тэ, Т, представленные в цифровом коде. Содержимое регистра 2 сдвига, регистра 4 сдвига, регистра 6 сдвига и реги- 15 стра 8 сдвига суммируется в сумматоре 12 и результат поступает на первый вход блока

13 деления. Содержимое регистра 3 сдвига и регистра 7 сдвига суммируются в дополнительном сумматоре 9 и результат посту- 20 пает на первый вход блока 10 умножения, на второй вход которого с элемента 11 памяти поступает постоянное число два; таким образом, на .выходе блока 10 умножения получается цифровой код, соот- 25 ветствующий выражению

При измерениичастоты гармонического сигнала с наложенными на него некоррелированными шумами мгновенные значения сигнала на выходе АЦП 01. 02, 0з, Un, 0, l3c, U», кроме действительного значения гармонического сигнала несут в себе и аддитивную составляющую, обусловленную воздействием шумов на входной гармонический сигнал. В результате сложения и последующих операций преобразования (в соответствии с алгоритмом работы устройства) мгновенных значений зашумленного гармонического сигнала с учетом сложной картины их взаимных корреляционных связей происходит уменьшение результирующей шумовой составляющей на входе цифроаналогового преобразователя 14 и вследствие этого уменьшается среднеквадратическая погрешность измерения частоты за счет повышения помехозащищенности измерений.

Формула изобретения

Устройство для измерения частоты гармонического сигнала, содержащее генератор импульсов, последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, вход которого является входом устройства, первый, второй и третий регистры сдвига, последовательно соединенные сумматор, блок деления, цифроаналоговый и реобразовэтель и функциональный блок, выход которого является выходом устройства, при этом выходы первого и третьего регистров сдвига подключены ко входам сумматора, а выход генератора импульсов объединен с управляющими входами аналого-цифрового преобразователя и третьего регистра сдвига, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехозащищенности, в него введены элемент памяти, последовательно соединенные четвертый, пятый, шестой и седьмой регистры сдвига. управляющие входы которых объединены с выходом генератора импульсов, последовательно соединенные дополнительный

; чмматор и блок умножения, выход которог подключен к второму входу блока памяти, при этом входы сумматора соединены с выходами пятого и седьмого регистров сдвига, а выходы второго и шестого регистров сдвига соединены с входами дополнительного сумматора.

1688182

Составитель Н.Федоров

Техред M.MIçðãåí Tàn Корректор M Øàðîøè

Редактор Т,Орловская

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

Заказ 3706 Тираж 399 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1,3035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5