Устройство для измерения частоты синусоидального сигнала

 

Предполагаемое изобретение относится к измерению частоты синусоидального сигнала, преимущественно к измерению частоты тока сетевого напряжения. Техническим результатом предлагаемого изобретения является устранение указанного недостатка, то есть снижение усреднения (счета) при сохранении точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения частоты синусоидального сигнала, содержащего последовательно соединенные генератор импульсов, распределитель импульсов, регистр и цифровые индикаторы, а также входной формирователь импульсов, введены выпрямитель, на вход которого подается входной сигнал, n входных формирователей импульсов, первые входы которых объединены и соединены с выходом выпрямителя, (n+1) выходных формирователей импульсов, первые входы которых объединены и соединены с выходом генератора импульсов, вторые входы - с выходами соответствующих входных формирователей импульсов, источник (n+1) опорных напряжений, выходы которого соединены с соответствующими вторыми входами формирователей импульсов, (n+1)-входовая схема ИЛИ, входы которой соединены с выходами выходных формирователей импульсов, а выход схемы ИЛИ - со счетным входом счетчика, где n - количество ступеней квантования входного сигнала. 2 ил.

Предполагаемое изобретение относится к области измерения частоты входного синусоидального сигнала, преимущественно к измерению частоты тока сетевого напряжения.

Известно устройство для измерения частоты входного синусоидального сигнала, выполненное на базе измерительного прибора Э8036 ТУ25-7504.133-97. Указанный измерительный прибор является электромеханическим устройством со стрелочным индикатором, работающим в диапазоне 45-55 Гц и обеспечивающим точность измерения по классу 4 при соблюдении правил считывания отображаемой информации - аналог. Недостатками данного устройства являются, во-первых, узкий диапазон измеряемых частот, и, во-вторых, низкая точность измерения.

Известно устройство, позволяющее измерить частоту входного синусоидального сигнала - цифровой измеритель частоты, например, Ч3-54 ЕЯ2.721.039ТУ. Указанный измеритель частоты содержит в своем составе формирователь импульсов, генератор импульсов, распределитель импульсов, счетчик импульсов, регистр и цифровые индикаторы - прототип.

Принцип работы измерителя частоты заключается в подсчете счетчиком числа пересечений нуля входным напряжением за фиксированный интервал времени, задаваемый генератором импульсов и распределителем импульсов с последующей индикацией этого числа цифровыми индикаторами.

В первым приближении, без учета нестабильности генератора, точность измерения частоты δ в указанном устройстве, связанная с дискретным представлением информации и со случайным соотношением между временем усреднения (счета) t определяется как: δΔ/t, где Δ - единица измерения входного сигнала. Увеличение точности в указанном приборе достигается увеличением времени счета (усреднения). Недостатком данного устройства является значительное время усреднения (счета), необходимое для получения требуемой точности измерений.

Целью предполагаемого изобретения является устранение указанного недостатка, то есть снижение времени усреднения (счета) при сохранении точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения частоты входного синусоидального сигнала, содержащего последовательно соединенные генератор импульсов, распределитель импульсов, счетчик импульсов, регистр и цифровые индикаторы, а также входной формирователь импульсов, введены выпрямитель, на вход которого подается входной сигнал, n входных формирователей импульсов, первые входы которых объединены и соединены с выходом выпрямителя, (n+1) выходных формирователей импульсов, первые входы которых объединены и соединены с выходом генератора импульсов, вторые входы - с выходами соответствующих входных формирователей импульсов, источник (n+1) опорных напряжений, выходы которого соединены с соответствующими вторыми входами входных формирователей импульсов, (n+1) - входовая схема ИЛИ, входы которой соединены с выходами выходных формирователей импульсов, а выход схемы ИЛИ - со счетным входом счетчика, где n - количество ступеней квантования входного синусоидального сигнала.

Преимуществом предлагаемого устройства является меньшее время усреднения (счета) при одинаковой с прототипом точности измерения.

Заявителю не известны технические решения, содержащие признаки, сходные с признаками, отличающими заявленное решение от прототипа, что позволяет считать заявленное решение обладающим существенными отличиями.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства. На фиг. 2 приведены временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства для n = 2 (k = 10).

Устройство содержит генератор импульсов 1, распределитель импульсов 2, счетчик импульсов 3, регистр 4, цифровые индикаторы 5, входной формирователь импульсов 6, выпрямитель 7, n входных формирователей импульсов 8-1 - 8-n, (n+1) выходных формирователей импульсов 9 -1 - 9-(n+1), источник опорных напряжений 10, схему ИЛИ 11.

Примеры конкретного исполнения 1. Генератор 1. Схема генератора выполнена по схеме, приведенной в (5) стр.42.

2. Распределитель импульсов 2. Схема распределителя импульсов выполнена по схеме, приведенной в (3) стр.149, рис.4.52.

3. Счетчик импульсов 3. Схема счетчика импульсов выполнена по схеме, приведенной в (1) стр.63, рис.2.34.

4. Регистр 4 и индикаторы 5. Схема регистра и индикатора выполнена по схеме, приведенной в (1) стр.263, рис. 10.9.

5. Входной формирователь импульсов 6. Схема входного формирователя импульсов выполнена по схеме, приведенной в (3) стр.82, рис.2.33.

6. Выпрямитель 7. Схема выпрямителя выполнена по схеме, приведенной в (2) стр.127, рис.6.3.

7. Входной формирователь импульсов 8. Схема входного формирователя импульсов выполнена по схеме, приведенной в (4) стр.138, рис. 11.5.

8. Выходной формирователь импульсов 9. Схема выходного формирователя импульсов выполнена по схеме, приведенной в (1) стр.254, рис.9.13.

9. Источник опорных напряжений 10. Схема источника опорных напряжений выполнена по схеме, приведенной в (4) стр.53, рис.2.1.

10. Схема ИЛИ 11. Схема ИЛИ выполнена по схеме, приведенной в (1) стр. 35, рис.2.1.

Устройство работает следующим образом. Входной синусоидальный сигнал, поступающий на первый вход входного формирователя импульсов 6, с учетом того, что на второй вход входного формирователя импульсов 6 поступает опорное напряжение U_n+1 с выхода источника опорных напряжений 10, равное нулю, преобразуется им в меандр, то есть в импульсный сигнал, частота которого равна входному синусоидальному сигналу, а скважность Q = 2. Параллельно входной синусоидальный сигнал выпрямляется выпрямителем 7 и поступает на первые входы входных формирователей импульсов 8-1 - 8-n. С учетом того, что на вторые входы входных формирователей импульсов 8-1 - 8-n поступают опорные напряжения с выхода источника опорных напряжений 10 U₁-U_n, определяемые как U_0ni = [U_maxsin(180^o/{2n+1})]i, где U_max - амплитудное значение входного синусоидального сигнала, n - количество ступеней квантования входного синусоидального сигнала по уровню, i - номер ступени квантования входного синусоидального сигнала по уровню, на выходах входных формирователей импульсов 8-1 - 8-n имеем импульсные сигналы, по частоте равные частоте входного синусоидального сигнала, но различающиеся по скважности, причем с разнесенными равномерно по шкале времени положительными и отрицательными фронтами. Относительно разнесенных по времени положительных и отрицательных фронтов импульсов, поступающих с выхода входных формирователей 8-1 - 8-n выходные формирователи импульсов 9-1 - 9-(n+1) формируют короткие импульсы, поступающие на (n+1) входы схемы ИЛИ и далее, для суммирования - на счетный вход счетчика 3. Время счета (время усреднения) определяют генератор 1 и распределитель импульсов 2. По окончании времени счета импульс с распределителя импульсов 2 производит запись числа, равного частоте входного сигнала, умноженного на k, определяемого как k = 2•(2n+1), в регистр 4, с выхода которого значение полученной частоты поступает на цифровые индикаторы 5. Таким образом, при времени усреднения (счета) предлагаемого устройства, равном времени усреднения прототипа, точность измерения частоты входного синусоидального сигнала увеличивается в k раз.

На предприятии изготовлен опытный образец указанного устройства, проведены его испытания и получены положительные результаты. Экономический эффект от внедрения может быть определен после принятия решения по объему выпуска устройства.

Источники информации: 1. А.Л. Ланцов, Л.Н. Зворыкин, И.Ф. Осипов "Цифровые устройства на комплементарных МДП интегральных микросхемах", М., Радио и связь, 1983 г.

2. В.М. Харченко "Основы электроники", М., Энергоиздат, 1982 г.

3. В. А. Батушев и др. "Микросхемы и их применение", М., Радио и связь, 1985 г.

4. Б.И. Горошков "Элементы радиоэлектронных устройств", М., Радио и связь, 1988 г.

5. Журнал "Радио" N 9 1992 г., стр.42.

Формула изобретения

Устройство для измерения частоты входного синусоидального сигнала, содержащее последовательно соединенные генератор импульсов, распределитель импульсов, счетчик импульсов, регистр и цифровые индикаторы, а также входной формирователь импульсов, отличающееся тем, что в него введены выпрямитель, на вход которого подается входной синусоидальный сигнал, n входных формирователей импульсов, первые входы которых объединены и соединены с выходом выпрямителя, (n + 1) выходных формирователей импульсов, первые входы которых объединены и соединены с выходом генератора импульсов, вторые входы выходных формирователей импульсов соединены с выходами соответствующих входных формирователей импульсов, источник (n + 1) опорных напряжений, выходы которого соединены с соответствующими вторыми входами входных формирователей импульсов, (n + 1)-входовая схема ИЛИ, входы которой соединены с выходами выходных формирователей импульсов, а выход схемы ИЛИ соединен со счетным входом счетчика, при этом опорные напряжения определяются по формуле U_oni = [U_maxsin(180^o/{ 2n + l})]i, где U_max - амплитудное значение входного синусоидального сигнала, n - количество ступеней квантования входного синусоидального сигнала по уровню, i - номер ступени квантования входного синусоидального сигнала по уровню.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2