Способ измерения скорости изменения низкой частоты и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может использоваться в устройствах режимной и противоаварийной автоматики энергосистем.

Цель изобретения -уменьшение времени измерения и упрощение.

Сущность способа измерения изменения низкой частоты состоит в следующем.

Производят измерение длительности периода входного сигнала путем заполнения его импульсами образцовой частоты и подсчетом количества этих импульсов, находят разность длительностей периодов между, каждыми двумя следующими друг за другом измерениями периода, при этом линеаризацию проводят во время заполнения периода входного сигнала импульсами образцовой частоты путем изменения количества этих импульсов на величину, предварительно определенную по формуле

(f х|-1 fy). fcp TXI - Tx t- t

N

кор

где fx i - i , Tx i - 1 - частота (Гц) и период (с) предыдущего (И) измерения;

fxi. ТХ|- частота (Гц) и период (с) текущего измерения;

,fx i - 1 - fxi

fcp я-- среднее значение

частоты, Гц;

AU - дискретность измерения скорости измерения частоты, Гц/с;

ди -тн3

to , .у. - период образцовой

i +дитн

частоты, с,

Тн - период измеряемой номинальной частоты, с.

Действительно V изменения частоты можно выразить

Af- fxj-f -fxj U--яр-т

fx i -1 - fxj

Т

At

- ( fx j - 1 - fxi ) fcp

(1)

где At - интервал времени между измерениями, а Тер -т-. Тер

Скорость изменения частоты также можно выразить через период измеряемой частоты

I1

f X | - 1 - f Х|

vТс7

(ТХ|--Тх| - i ) Т х| Т х i - i ТСр

В описываемом способе скорость изменения частоты получается как разность результатов измерения длительностей периодов измеряемой частоты путем заполнения их импульсами образцовой частоты (линейная часть формула (2), при этом зави- симость V F(TX| - Тх | 1) примет вид

------ - с коррекцией в процессе заto- --

полнеиия (нелинейная часть to формулы (2), зависимость V F(y) обеспечивается корректирующими импульсами NKOP) и подсчетом количества этих импульсов.

Тогда формула (2), выраженная в количестве импульсов, примет вид

Nv Тх(Тх -ч ч-Мкор.(3)

to

Количество корректирующих импульсов Мкор для каждого участка рассчитывают предварительно с учетом заданной дискретности измерения скорости изменения частоты А V для обеспечения равенства требуемого количества импульсов согласно формуле (1) и реально полученного (3)

(f х i - 1 - f xi ) fcp т xi - т x t - i

--+NKOP,

w

to

(4)

отсюда

м ( - 1 -fx| ) fop Txi -Txl 1 NKOP-----

m/

to

(5)

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство измерения скорости изменения низкой частоты содержит последова- тельно соединенные генератор 1 образцовой частоты, элемент И2, цифровой линеаризатор 3 и блок 4 вычитания, выход которого является выходом устройства, а также последовательно соединенные входной формирователь 5 и блок б управления, второй вход которого подключен к выходу генератора 1 образцовой частоты, третий вход - к выходу цифрового л инеаризатора 3.

Первый выход блока 6 управления соединен с вторым входом блока 4 вычитания, третий выход - с вторым выходом элемента И 2, а четвертый выход - с входом установки в

исходное состояние цифрового линеариза- тора 3.

Блок б управления содержит счетчик 7 управления, вход установки в исходное состояние которого через элемент ИЛИ 8 сое0 динен с первым входом блока б управления, тактовый вход счетчика 7 управления через элемент И 9 соединен с вторым входом блока 6 управления, первый и второй выходы счетчика 7 управления через блок 10 усили5 гелей подключены, соответственно, к первому и второму выходам блока б управления. Третий выход счетчика 7 управления является четвертым выходом блока 6 управления, а четвертый выход соединен с

0 инверсным входом элемента И 9 и является третьим выходом блока управления. Третий вход блока 6 управления соединен с входом дешифратора 11, выход которого через од- новибратор 12 соединен с первым входом

5 элемента ИЛИ 8.

Блок 4 вычитания содержит последовательно соединенные регистр 13 памяти предыдущего результата измерения, сумматор 14, регистр .15 памяти результата изме0 рения скорости изменения частоты. Вход регистра 13 памяти соединен с вторым входом сумматора 14 и является первым входом блока 4 вычитания, тактовый вход регистра 13 памяти является третьим вхо5 дом блока 4 вычитания, а тактовый вход регистра 15 памяти - вторым входом блока 4 вычитания.

Устройство измерения скорости изменения низкой частоты работает следующим

0 образом.

По концу измеряемого периода входной формирователь 5 выдает короткий импульс (фиг. 26), начиная новый цикл измерения периода. Этот импульс устанавливает счет5 чик 7 управления в исходное состояние (в нуль), при этом на его четвертом выходе устанавливается сигнал, разрешающий прохождение импульсов образцовой частоты с выхода генератора 1 (фиг. 2а) через элемент

0 И 9 на тактовый вход счетчика 7 управления и одновременно запрещающий их прохождение через элемент И 2 на вход цифрового линеаризатора 3 (фиг. 2в). Цифровой линеаризатор 3 останавливается, код результата

5 измерения периода с его выхода поступает на второй вход сумматора 14, а на первом входе сумматора 14 в это время присутствует код результата измерения предыдущего периода, записанный врегистре 13 памяти, при этом на выходе сумматора 14 образуется код разности измерений двух примыкающих периодов, соответствующий скорости изменения частоты, который запоминается в регистре 15 памяти по сигналу с первого выхода счетчика 7 управления (фиг. 2г). По сигналу с его второго выхода (фиг. 2д) происходит запоминание кода с выхода цифрового линеаризатора 3 в регистр 13 памяти, а, далее, по сигналу с третьего выхода Счетчика 7 управления (фиг. 2е) устанавливается в исходное состояние цифровой линеариза- тор 3, в исходном состоянии которого учитывается количество импульсов, прошедших на счетчик 7 управления с генератора 1 образцовой частоты для формирования управляющих сигналов. Сигнал с четвертого выхода счетчика 7 управления (фиг. 2в) запрещает прохождение импульсов с генератора 1 образцовой частоты на вход счетчика 7 управления, который останавливается в этом состоянии, и разрешает прохождение этих импульсов через элемент И 2 на вход цифрового линеаризатора 3, который считает импульсы скоректирован- ной последовательности до конца данного периода измеряемой частоты, являющегося началом измерения следующего периода.

При исчезновении измеряемой частоты цифровой линеаризатор 3 достигает состояния, определяемого дешифратором 11, по сигналу с которого одновибратор 12 формирует короткий импульс, устанавливающий счетчик 7 управления в исходное состояние. До появления сигнала измеряемой частоты устройство работает по сигналу с дешифратора 11, поэтому код на выходе цифрового линеаризатора 3 будет каждый раз достигать одной и той же величины. Так как управляющие сигналы с выхода счетчика 7 управления формируются в обычной последовательности, то в регистре 15 памяти с выхода сумматора 14 будут переписываться нули, т.е. при отсутствии измеряемой частоты устройство выдает код скорости изменения измеряемой частоты, равный нулю, в отличие от известного устройства, где выдается код скорости изменения частоты предыдущего сигнала, присутствующий до его пропадания.

В качестве примера может быть рассмотрено устройство для измерения скорости изменения частоты промышленной сети 50 Гц, с диапазоном изменения от 45 до 55 Гц, с Дискретностью измерения скорости 0,1 Гц/с. В результате расчета диапазон изменения частоты от 44.938 до 55.075 Гц разбит на 200 участков длительностью 0,2048 мс.

Для измеряемой номинальной частоты (Тн -0,02 с) определяем период образцовой частоты

to

8 ТО 7 с.

образцовая частота f0 МГц.

Ь

Количество корректирующих импульсов на участок рассчитывается по формуле (5).

Преимущества предложенного устрой- 10 ства по сравнению с известным заключаются в обеспечении более высокой скорости измерения изменения частоты благодаря отсутствию потери времени на математическую обработку разности кодов, а также в 5 более высокой достоверности результата при одновременном упрощении.

Формула изобретения

1. Способ измерения скорости изменения низкой частоты, заключающийся в изме- 0 рении периода входного сигнала путем заполнения импульсами образцовой частоты и подсчета их количества, нахождении разности периодов между двумя каждыми следующими друг за другом измерениями 5 периода и линеаризации, отличающий- с я тем, что, с целью уменьшения времени измерения и упрощения, линеаризацию проводят во время заполнения периода входного сигнала импульсами образцовой 0 частоты путем изменения количества этих импульсов на величину, предварительно определенную согласно математическому выражению.. (f х} - 1 - f xi ) fcp т xi - т х i - 1

5 NKOp -ДуЈ-

где fx i - i , Тх i -1 - частота (Гц) и период (с) предыдущего (1-1) измерения;

fxi ,Тх|-частота (Гц) и период (с) текущего измерения; иff

TX i - 1 xi

tcp -;-o -среднее значение

частоты, Гц;

Ди-дискретность измерения скорости 5 изменения частоты, Гц/с;

to -5- - период образцо1 +AU Тн

вой частоты, с;

Тн - период измеряемой номинальной частоты, с.

2. Устройство для измерения скорости изменения низкой частоты, содержащее генератор образцовой частоты, блок вычитания, выход которого является выходом 5 устройства, последовательно соединенные входной формирователь и блок управления, выход которого подключен к второму входу блока вычитания, отличающееся тем, что, с целью уменьшения времени измере0

ния и упрощения, в него введены последовательно соединенные элемент И и цифровой линеаризатор, выход которого объединен с первым входом блока вычитания и третьим входом блока управления, причем выход генератора образцовой частоты объединен с первым входом элемента И и вторым входом блока управления, второй выход которого подключен к третьемувходу блока вычитания, третий выход- к второму входу элемента И, а четвертый выход - к входу установки в исходное состояние цифрового линеаризатора.

3. Устройство по п. 2, отличающее- с я тем, что блок вычитания содержит последовательно соединенные первый регистр памяти, сумматор и второй регистр памяти, выход которого-является выходом блока вычитания, при этом первый вход блока вычитания соединен с входом первого регистра памяти и вторым входом сумматора, второй вход - с тактовым входом второго регистра

памяти, а третий вход - с тактовым входом первого регистра памяти.

4. Устройство по п. 2, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что, с целью повышения достоверности, блок управления содержит последовательно соединенные дешифратор, одновибратор, элемент ИЛИ, счетчик управления и блок усилителей, при этом тактовый вход счетчика управления соединен с выходом элемента И, первый вход блока управления соединен с вторым входом элемента ИЛИ, второй вход подключен к первому входу элемента И, третий вход - к входу дешифратора, первый и второй выходы блока

управления соединены через блок усилителей соответственно с первым и вторым выходами счетчика управления, третий выход блока управления объединен с инверсным входом элемента И и четвертым выходом

счетчика управления, а четвертый выход подключен к третьему выходу счетчика управления.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах режимной противоаварийной автоматики энергосистем. Целью изобретения является уменьшение времени измерения и упрощение устройства, реализуемого по данному способу. Преимуществом устройства по сравнению с известными является обеспечение более высокой скорости измерения изменения частоты благодаря отсутствию потери времени на математическую обработку разности кодов, а также обеспечение более высокой достоверности результата при одновременном упрощении аппаратурного состава устройства. 2 с и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

:„«.,.1

ФогЛ

«ллллл....ллллп...лг

s II ...

ь l

г П

j.;П

л...

Фиг. 2

....л

...Г

П

л..