Способ определения частоты переменного напряжения и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК G01R23/00 H01H47/20 

Изобре кчии с -тноси СИ к электроизмсри- те;1Ы1()Г| технике и .и) быть использовано Л,1Я измерения чаетоп,: |-армонического си;-- iia.ia.

Цель изобретения - раеширение диапазона измеряемых чаетот.

Согласно предлагаемому енособу предварительно фиксируют длительность полу- периода контролируемого напряжения, а длительность эталонных промежутков времени выбирают пропорциональной длительности полупериода контролируемого напряжения, затем производят измерение мгновенных значений контролируемого напряжения, фиксируют три из них U|, U2, U.i,

следующих через эталонные промежутки времени Л, а частоту f определяют по формуле

г

п . arccos тг 2яЛ2и.)

Сущность способа состоит в том, что изменение эталопного промежутка времени Л, осуществляегуюе в зависимости от длительности полупериода контролируемого напряжения, позволяет сохранить однозначную функциональную связь между частотой и мгновенными значениями контролируемого напряжения при любой частоте. Формулу для определения частоты можно переписать в виде

cos2nfA u,(2)

При постоянном Д для обеспечения однозначной связи между f и и необходимо соблюдать условия

2лА(«аксГмин): Д И

2:аД1мг,кс пл,(3)

где п 1,2,...

макс, Гмин - максимальная и минимальная частоты диапазона однозначного измерения f.

При изменении Л пропорционально полупериоду контролируемого напряжения условия (3) выполняются при любой частоте.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу в случае использования главного значения функции arccos на интервале от л до 2л.

Устройство содержит аналого-цифровой нреобразователь (АЦП) I, первый 2, второй 3 и третий 4 регистры памяти, генератор 5 импульсов, первый 6 и второй 7 блоки задержки, сумматор 8, делитель 9, цифроана- логовый преобразователь 10, функциональный преобразователь 1, формирователь 12 импульсов, генератор 13тактовых импульсов, элемент ИЛИ - НЕ 14, элемент И 15, регистр 16 сдвига, триггер 17, счетчик 18, четвертый регистр 19 памяти и третий блок 20 задержки.

0

Выход . ХЦП 1 соединен с информациои- пым входом регистра 2 памяти, информационный вход регистра 3 памяти подключен к выходу регистра 2 памяти, а выход -- к информационному входу регистра 4 памяти,

вы.ход генератора 5 импульсов подключен к управляющему входу .ЦП 1, к управляющему входу регистра 4 памяти, к входу регистра 16 сдвига и к входу блока 6 задержки, выход которого соединен с управляющим вхоg дом рег истра 3 памяти и с в.ходом блока 7 задержки. Выход блока 7 задержки соединен с управляющим входом регистра 2 памяти, входы сумматора 8 подключены к выходам регистров 2 и 4 памяти, а выход --- к первому входу делителя 9, второй вход ко5 торого подключен к выходу регистра 3 памяти. Выход делителя 9 соединеп с входом цифроапалогового преобразователя 10, вы-- ход которого подключен к входу фупкцио- нального преобразователя 11, первый и второй выходы регистра 16 сдвига соединены с входами элемента ИЛИ - НЕ 14, выход которого подключен к первому входу элемента И 15 и к входу сброса счетчика 18, третий выход регистра 16 сдвига соединен с информационным входом триггера 17 и с вхо5 дом запрета цифроапалогового преобразователя 10. Вход формирователя 12 импульсов подключен к входу АЦП 1, а выход - к второ.му входу элемента И 15 и к тактовому входу триггера 17, выход которого соединен с третьим входом элемента И 15. Выход эле0 мента И 15 подключен к входу разрешения счета счетчика 18 и к входу управления генератора 5 импульсов и через блок 20 задержки - к входу управления регистра 19 памяти. Выход счетчика 18 соединен с информационным входом регистра 19 памяти,

5 выход которого подк;почен к информационному входу генератора 5 импульсов, а генератор 13 тактовых импульсов подключен к тактовому входу счетчика 18, выход которого является вторым выходом устройства,

Q Устройство работает следующим образом. Началу цикла измерения соответствует присутствие «I на третьем выходе регистра 16 сдвига и нулевое состояние счетчика 18. Тогда па первом входе элемента И 15 имеется «1, а па втором и третьем

5 входах -- «О. Контролируемое напряжение подается на вход АЦП 1 и формирователя 12 импульсов. Последний вырабатывает прямоугольные импульсы при положитель- пых полуволнах входного напряжения. Фронтом импульса ифи (момент времени to) «1,

0 присутствующая на информационпом входе триггера 17, передается на его выход и на всех трех входах элемента И 15 имеется «1, а счетчику 18 разрешается счет импульсов, поступающих от генератора 13 тактовых импульсов. «1 с выхода элемента И 15 через

5 блока 20 задержки ставит в «О регистр 19 памяти. По окончании положительного полупериода контролируемого напряжения (момент времени ti на фиг. 2) на выходе элемента И 15 ноявляется «О и счет импульсов прекращается. Накопленное в счетчике 18 количество импульсов пропорционально длительности полупериода контролируемого напряжения. Логическим нулем с вы.хода элемента И 15 запускается генератор 5 импульсов. Частота импульсов, вырабатываемых генератором 5 импульсов, задается управляющим кодом, поступающим на его информационный вход. Поскольку на его информационном входе присутствует «О, то генератор 5 импульсов сразу вырабатывает первый импульс. Нулем, поступающим от элемента И 15 на управляющий вход регистра 19 памяти через блок 20 задержки (блок 20 задержки обеспечивает небольп ую задержку времени, достаточную для выработки первого импульса генератором 5 импульсов) содержимое счетчика 18 переписывается в регистр 19 памяти. Теперь эталонные промежутки времени А задаются содержимым регистра 19 памяти, т.е. они пропорциональны длительности полупериода контролируемого напряжения. Первый импульс генератора 5 импульсов перемещает «1 в регистре 16 сдвига с третьего выхода на первый его выход. На выходе элемента ИЛИ - НЕ 14 появляется «О, который сбрасывает в нуль счетчик 18 и удерживает в нулевом состоянии выход элемента И 15. Это его состояние сохраняется и после появления второго импульса от генератора 5 импульсов (момент времени {), когда «1 перемещается на второй выход регистра 16 сдвига. Фронтом импульса, вырабатываемого формирователем 12 импульсов (в промежутке времени ti-12), в триггер 17 заносится «О, присутствующий на информационном входе триггера 17 от третьего выхода регистра 16 сдвига. Третий импульс генератора 5 импульсов перемещает «1 на третий выход регистра 16 сдвига. С поступлением фронта следующего импульса от формирователя 12 импульсов описанный цикл повторяется. Триггер 17 исключает возможность неправильной оценки длительности полупериода контролируемого напряжения, если его положительная полуволна появляется раньше, чем третий импульс от генератора 5 импульсов. Тогда следующий цикл измерения начинается со следующего импульса, вырабатываемого формирователем . 12 и.мпульсов.

В момент появления каждого импульса на выходе генератора 5 импульсов производится аналого-цифровое преобразование контролируемого напряжения и последовательное перемещение информации при помощи блоков 6 и 7 задержки из регистра 3 памяти в регистр 4 памяти, из регистра 2 памяти в регистр 3 памяти и из АЦП 1 в регистр 2 памяти. Тогда значение и i хранится в регистре 4 памяти, Ua - в регистре 3 памяти и из - в регистре 2 памяти. Следовательно, на выходе сумматора 8 имеется

„

значение Ui-f- u.j, которое подается на один из в.ходов делителя 9. Последний производит преобразование входных сигналов в соответствии с выражением

UllNX

(4)

Результат деления цифроаналоговым и функциональным преобразователями преоб- 10 разуется согласно выражению

ипых. arccos

Ui+ u.j 2U2

(5)

В дальнейщем частоту можно опреде- лить по соотнощению (1), используя выходные сигналы функционального преобразователя 1 1 и счетчика 18.

Предлагаемое устройство, по сравнению с известным, которое имеет ограниченный частотный диапазон, поскольку функция arccos является периодической, автоматически выбирает значение Д, что позволяет производить измерения в щироком диапазоне частот, причем выбор ветви (диапазона) функции arccos определяет быстродействие и точность измерения, например, с увеличением Д (при фиксированной частоте) быстродействие уменьщается, а точность увеличивается.

30

Формула изобретения

1.Способ определения частоты переменного напряжения по авт. св. N° 1185260, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона частот, предварительно фиксируют длительность полупериода контролируемого напряжения, а длительность эталонных промежутков времени выбирают пропорциональной длительности полупериода контролируемого напряжения.

2.Устройство для определения частоты 0 переменного напряжения по авт. св.

№ 1185260, отличающееся тем, что с целью расщирения диапазона частот, в него введены формирователь импульсов генератор так- TOBbix импульсов, элемент ИЛИ-НЕ, элемент И, регистр сдвига, триггер, счетчик,

5 третий блок задержки, четвертый регистр памяти, при этом генератор импульсов дополнительно снабжен информационным входом и входом управления, а цифроанало- говый преобразователь снабжен входом запрета, причем выход генератора импу. ш- сов соединен с входом регистра сдвига, первый и второй выходы которого подключены к входам элемента ИЛИ-НЕ, а выход элемента ИЛИ-НЕ соединен с первым входом эле.мента И и с входом сброса счет5 чика, третий выход регистра сдвига подключен к информационному входу триггера и к входу запрета цифроаналогового преобразователя, вход формирователя импульсов

0

подключен к входу аналого-цифрвого пре- образовате пя, а выход - к второму входу элемента И и к тактовому триггера, выход которого подключен к третьему входу элемента И, выход элемента И соединен с входом разрешения счета счетчика, входом управления генератора импульсов и через третий блок задержки - с входом управления четвертого регистра памяти, выход счетчика тюдключен к информационному входу четвертого регистра памяти, выход которого подключен к информационному входу генератора импульсов, а генератор тактовых импульсов соединен с тактовым входом счетчика, выход которого является вторым выходом устройства.

Изобретение относится к электроиз- .мерительной технике, является дополнительным изобретением к авт. св. № 1185260 и может быть использовано для измерения частоты гармонического сигнала. Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых частот. Сущность предложенного способа состоит в том, что изменение эталонного промежутка времени осушест- вляется в зависимости от длительности полупериода контролируемого напряжения. Это позволяет сохранить однозначную функциональную связь между частотой и мгновенными значениями контролируемого напряжения при любой частоте. Устройство, реализующее способ, содержит аналого-цифровой преобразователь 1, регистры 2-4 памяти, генератор 5 импульсов, блоки 6 и 7 задержки, сумматор 8, делитель 9, цифроаналоговый преобразователь 10, функциональный преобразователь П. Для достижения поставленной цели в устройство дополнительно введены формирователь 12 импульсов, генератор 13 тактовых импульсов, элемент ИЛИ- НЕ 14, элемент И 15, регистр 16 сдвига, триггер 17, счетчик 18, регистр 19 памяти и блок 20 задержки. Устройство автоматически выбирает эталонные промежутки времени, что позволяет произвести измерение в широком диапазоне частот и повысить точность. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. ю сл со ьо со со ho

cpaaZ