Способ определения частоты синусоидального сигнала Советский патент 1989 года по МПК G01R23/00 

J ел

Изобретение относится к электрическим измерениям и предназначено для определения частоты синусоидального сигнала за время, меньшее длительности одного периода. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение точности определения частоты. Способ определения частоты синусоидального сигнала предполагает формирование из входного сигнала дополнительного, сдвинутого на угол φ/2 в сторону опережения, одновременное измерение мгновенных значений входного и дополнительного сигналов через эталонные интервалы времени и определение частоты по двум значениям каждого из сигналов, попарно соответствующим двум последовательным моментам времени измерения. В описании приведена формула для определения частоты сигнала. Устройство, реализующее способ, содержит преобразователь 1 уровня напряжения, фазосдвигающий блок 2, аналоговый запоминающий блок 3 и цифровой решающий блок 4. Расширение функциональных возможностей и повышение точности достигаются за счет сдвига входного сигнала на угол φ/2 и измерения его мгновенных значений, при этом знаменатель и числитель формулы для определения частоты сигнала не принимают нулевые значения. 2 ил.

fpuz.l

1 1

Изобретение относится к электриче- ким измерениям и предназначено для пределения частоты синусоидального сигнала за время, меньшее длительное- g и одного периода.

Цель изобретения - расширение ункциональных возможностей и повыение точности определения частоты.

На фиг.1 представлена структурная Q схема устройства для реализации способа; на фиг.2 - графики, поясняющие сущность способа.

Способ определения частоты синусоидального сигнала основан на формиро- 15 вании из входного сигнала дополнительного сигнала, сдвинутого по фазе на угол /2 в сторону опережения, и одновременном измерении мгновенных значений входного и дополни- 20 тельного сигналов, следугадих через эталонный интервал времени. Частоту сигнала определяют согласно математическому выражению

I25

1и,1 и ,1 + UnUiT.

f 2F.t

u, + II

21

30

()

где &t - значение эталонного интервала времени;

UH ,

U, - мгновенные значения входного

сигнала, следующие через эталонный интервал времени;

Uli,

мгновенные значение дополнительного сигнала, следую- - щие через эталонный интервал времени.

Сущность способа определения , частоты синусоидального сигнала состоит в следукщем.

35

Если в момент измерения t, (фиг.2) текущее значение фазы синусоидального сигнала 1, то ее связь с соответст- вугощими этому -моменту времени мгновенными значениями входного U i, и сдвинутого по фазе на угол в сторону опережения U сигналов выражается уравнениями

Ги, Un, -sinW. (2)

lUi, Um- cos;, где У„- амплитуда синусоидального

сигнала,

; Аналогичная связь для момента времени (t , + flt) представляется уравнениями

С

1471145

U,j (Lf + w at) Uti Ufti CosC Ч + t t) ,

(3)

5

0

5

45 50

где ы - угловая частота.

Выражения (2) и (3) образуют систему из четырех -уравнений, в которых неизвестными являются U, ij Ре шение этой системы выполняют методом подстановки в следующей последовательности.

Первое уравнение выражений (3) - разреша.ют относительно sin t и полученное значение подставляют во второе уравнение.

После преобразований получают уравнение

li f2 sin cf Ull cos4

cos CO Л t ,,

In

(4)

Разрешают уравнения (2) относительно Uf, sin gj, cos V и полученные значения подставляют в выражение (4),

После несложных преобразований,с учетом, что ui 2(f, получают выражение (1) для определения частоты синусоидального сигнала.

К непосредственно используемым параметрам при вычислении частоты по формуле (1) относятся мгновенные значения входного и сдвинутого на угол if/I в сторону опережения сигналов .

Предлагаемьш способ определения частоты синусоидального сигнала в сравнении с известным имеет более широкие функциональные возможности и повышенную точность, не зависящие от Момента измерения (фазы) мгновенных синусоидального сигнала, поскольку как знаменатель, так и числи- тель выражений (Г) не лринимают нулевые значения.

Устройство для определения частоты синусоидального сигнала содержит последовательно соединенные преобразователь 1 уровня напряжения, на вход которого подается синусоидальное напряжение U, фазосдвигакщий блок 2, аналоговый запоминающий блок 3, второй вход которого соединен с выходом преобразователя 1, и цифровой решающий блок 4, связанный по информационным и управляющим входам-выходам с соответствующими входами-выходами аналогового запоминающего блока 3.

. Устройство работает следующим

образом.

Синусоидальное напряжение U посту-- пает на вход преобразователя 1 уровня напряжений, который выполняет также функцию гальванического разделения цепей устройства и входного сигнала. Выходное напряжение преобразователя 1 подается на вход фазосдви- гающего блока 2, на выходе которого получается напряжение такой же ампли- туды, но сдвинутое по фазе на 1/2 в сторону опережения относительно входного напряжения. Выходное напряжение преобразователя 1 U поступает на один из входов аналогового запоминающего .блока 3, а на второй его вход подается выходное напряжение фазосдвигаюшего блока 2 U, По команде, поступающей от цифрового ре- щающего блока 4, аналоговый запоминающий блок 3 одновременно фиксирует и запоминает мгновенные значения напряжений U, и Г. После этого производится поочередное их считывание, преобразование и ввод в память цифрового решающего блока 4. Одновременно с фиксацией мгновенных значений напряжений U , и 1 с помощью таймера цифрового решающего блока 4 отсчитывается заданный эталонный .промежуток времени, по истечении которого повторяется процесс фиксации, считывания, преобразования и запоминания последующих мгновенных значений напряжений U, и U.

Определение частоты производится цифровым рещающим блоком 4 в соответствии с выражением (1) по двум значениям каждого из напряжений, попарно соответствующим двум последовательным моментам времени измерения .

Устройство может быть использовано для построения быстродействующих измерительных органов частоты устройств противоаварийной и других

видов автоматики энергосистем

и осуществлено с помощью известных цифровых решающих элементов, выполненных на базе микропроцессорной

техники.

Формула изобретения

Способ определения частоты сину- 5 соидального сигнала, основанный на измерении трех мгновенных значений входного сигнала, из которых первый и второй взяты через эталонный интерг вал времени, отличающийся 0 тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности, из входного сигнала формируют дополнительный сигнал, сдвинутый по фазе на угол li 12 ъ сторону опере- 25 жения, и измеряют третье и дополнительно четвертое мгновенные значения дополнительного сигнала в моменты времени, совпадающие соответственно с первым и вторым измерениями мгно- 30 венных значений входного сигнала, а частоту f определяют согласно математическому . выражению

1 UiiU п + UliUii

35,

где ut - значение эталонного интервала времени;

и-1, ,

п - мгновенные значения входного

40 2

сигнала;

11,71,

и,- - мгновенные значения дополнительного сигнала,

фа г. г