Способ определения частоты синусоидального сигнала Советский патент 1991 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к электро- радиоизмерениям и может использоваться для определения частоты за время, меньшее длительности полупериода.

Целью изобретения является повышение точности.

Сущность способа определения частоты синусоидального сигнала заключается в следующем.

Из входного синусоидального сигнала формируют дополнительный синусоидальный сигнал, являющийся ортогональным по отношению к входному синусоидальному сигналу, т.е. совместно они образуют систему взаимно- ортогональных синусоидальных сигналов. Последовательно во времени через фиксированный эталонный интервал времени производят измерения трех мгновенных значений входного синусоидального сигнала и трех мгновенных значений дополнительного синусоидального сигнала, причем измерение третьего мгновенного значения входного синусоидального сигнала изводят одновременно с измерением первого мгновенного значения дополнительного синусоидального сигнала.

1

4ь

Частоту сигнала определяют согласно математическому выражению

f 1 UdJ - IhUi ...

f vri arccos zopn W (1)

где А - значение эталонного интервала времени;

Ui.Ut.,

U3 и U, ,

Hi, Uj - мгновенные значения соответственно входного и дополнительного синусоидальных сигналов.

Справедливость математического вы- ражения (1) может быть доказана следующим образом.

Пусть V., V. амплитуды взаимно- ортогональных синусоидальных сигналов, тогда результаты измерений их мгновенных значений выражаются в виде

L, V cos (at - 2(ОЛ),

VAcosfa)t -(04),

U3 VA cosLO t,

Uj VRsin(Jt,

Ui VR sin (CDt +Ш),

VRsin(Wt + 2«A).

Рассмотоим выражение

-а-Ј- -а cos (at -Ш) sin()- VAVR

-cosLOt.sinQt 5 (sin2QU+sin2CQt) -- sin2(i3t - sin2U)A.

Используя дополнительные отсчеты U, и 1)3, удаленные от U} на 2ОД, можно получить

1 , л, -

sinACOA -

AVR двух последних выражений

з1п4(йД

8ln2cou -

откуда

cos2G3A

U,U3 - yvL l

2(U2UJ U,U,) и при f (0/21Г

1U4U3 - IHU

f arccos Х7Г-ГЦП ГT

A IIU 2(b2U - Ugtf )

Таким образом, результат определения частоты принципиально не зависит

5

0

0

40

5

30

35

45

50

55

от амплитуд взаимноортогональных синусоидальных сигналов, соотношение между которыми может быть произвольным, что является преимуществом способа перед известным

На чертеже представлена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1, генератор

2тактовых импульсов, цифровые фильтры 3 и 4 первого и второго видов, регистры 5-10 пакяти, блоки 11-13 умножения, блоки 14-15 вычитания, блок 16 деления, цифроаналоговый преобразователь 17 и функциональный преобразователь 18.

Выход генератора 2 соединен с управляющими входами цифровых фильтров

3и 4 и аналого-цифрового преобразователя I, выход которого объединен с входами цифровых фильтров 3 и 4. Выход цифрового фильтра 3 через последовательно соединенные регистры 5-7 памяти, и блок 13 умножения подключен к объединенным первым входам блоков 14 и 15 вычитания, а выход цифрового фильтра 4 через последовательно соединенные регистры 8-10 памяти и блок 11 умножения подключен к второму входу блока 14 вычитания. Выходы регистров 5 и 8 памяти подключены соответственно к вторым входам блоков 11 и 13 умножения. Выходы регистров 6 и 9 памяти.соединены с входами блока

12 умножения, выход которого подключен к второму входу блока 15 вычитания. Выходы блоков 14 и 15 вычитания соединены с входами блока 16 деления, выход которого через последовательно включенные цифроаналоговый преобразователь 17 и функциональный преобразователь 18 соединены с выходом устройства.

Устройство работает следующим образом

Контролируемое напряжение поступает на аналоговый вход аналого-цифрового преобразователя 1, который совместно с генератором 2 тактовых импульсов производит преобразование мгновенных значений контролируемого напряжения в цифровой код. Этот код поступает на объединенные входы цифровых фильтров 3 и 4, которые осуществляют совместно с генератором 2 цифровую фильтрацию, уменьшая влияние высших гармонических составляю

И

щих. При этом на выходах цифровых фильтров 3 и 4 имеют место последо- вателыюсти кодов в-.шимноортогональ- ных (косннусондалъных и сннусондаль- ных) сигналов в соотнетствии с при- веденными выражениями.

В группе последовательно соединенных регистров памяти размета- ется информация о трех последователь ных мгновенных значениях косннусо- идальной составляющей входного сигна ла U, а во второй группе регистров памяти размещается информация о трех последовательных мгновенных значениях синусоидальной составляющей входного сигнала U . При этом значении косинусондалы ой составляющей Uj , Г, L j сдвину Ы во времени на 2Д по OTHoiiiennK) к синусоидальным составляющим U|, Г,,, lj соответственно.

Блок I1 умножении осуществляет умножение в цифровом юде сигналов первого мгновенного значении коси- нусоидальной составляющей Г ( и третьего мгновенного значения синусоидальном составляющей Uj контролируемого напряжения. В блоке 12 умножения производится операция перемножения вторых мгновенных значений косинусоидальной LL и синусоидальной LЈ составляющих контролируемого напряжении. В блоке 13 умножения производится операция перемноже- ния третьего мгновенного значения косинусоидальной составляющей U и первого мгновенного значения синусоидальной составляющей UJ контролируемого напряжения. Блоком 14 осу ществляется вычитание из результата на выходе блока 11 умножения резуль тата на выходе блока 13 умножения. Блоком 15 осуществляется вычитание из результата на выходе блока 12 ре- зультата на выходе блока 13. В блоке 16 деления осуществляется деление результата на выходе блока 14 вычи- тания на удвоенный результат на выходе блока 15 вычитания. Результат де ления с выхода блока 16 поступает на

46

чифро л налоговый реоПра чоц.тм л . 1 7,

КОТОРЫЙ ПрепГ рач Г Illhi j КОД и

аналоговый cnrnai. Пог-.кдпин обрабатывается функп -ючллI lii-iri Н1им1 )р,|чова - гелем 18 (nrcros).

Таким оПрл f, iniie ортогональных сигналов и их обработка и соответствии с матем rni icci и ч выражением (1) 1ШЧВОЛ(Т 1ЮЦ1 СП I ) ТОЧНОСТЬ

определения часто гы синусоидального сигнала ча время, MeiiLiiict /пи ге. ти его полупериода, форм у л а и ч о (1 р с т е н и я

Способ определения частоты синусоидально) о смгналл, основанный на последоватепьном во времени итмеро- нии двух МГНОРСПНЫХ значении входного синусоидального спгппца и двух мгновенных значении сформированного дополнительного синусоп.дального сигнала, взятых в обоих случаях через эталонный интервал времени, о т л и- ч а ю щ и и я тем, что, с целью новьш1ения точности, дополнительный синусоидальный сигнал формируют ор- тогональным по отношению к входному синусоидальному сигналу и дополнительно измеряю1 третьи мгновенные значения входного н дополнительного сицусоидальш.1х сигналов та,е через эталонный шпервал времени, причем.. момент измерения т 5етьего мгновенного значения входного синусоидального сигнала совпадает с измерением первого мгновенного значения дополнительного синусоидального сигнала, а частоту f определяют согласно математическому выражению

f arccos

uLu2 - и,у,

2()

значения эталонного интервала времени;

мгновенные значения соответственно входного н допол нительного синусоидальных сигналов.

Изобретение касается элекгро- радиоизмерений. Целью изобретения является повышение точности определения частоты. Сущность способа определения частоты синусоидального сигнала заключается в формировании из входного сигнала двух взаимно ортогональных, в измерении трех мгновенных значении каждого из этих сигналов через эталонные интервалы времени, причем момент измерения третьего MIновечного значения одного из гзаимно ортогональных сигналов совпадает с измерением первого мгно- венного значения другого. Приведена Формула для определения частоты сигнала, а также описано устройство для реализации способа. Формирование взаимно ортогональных сигналов и их последующая обработка позволили повысить точноеib определения частоты сигнала за время, меньшее длительности его полупериода. 1 ил. (Л

II