Частотомер Советский патент 1992 года по МПК G01R23/00 

со

с

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения инфранизкой частоты. Для этого в частотомер введены вычитающий блок 1, фазосдвигающий блок 2, множительные блоки 3, 7, корректирующий фильтр 6, и масштабирующие блоки 9-11. Частотомер содержит также сумматор 4, интеграторы 5,8, индикатор 12. С течением времени в данной системе происходит подстройка оценки частоты до величины измеряемой частоты с высокой степенью точности, свойственной компенсационным методам. 1 ил.

VJ

ю

ел

ох

ND

Изобретение относится к техническим средствам измерения частоты гармонических колебаний электрических сигналов в инфрзнизком диапазоне частот.

Целью изобретения является повышение точности измерения инфранизкой частоты.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого частотомера.

Частотомер содержит вычитающий блок 1, фазосдвигающий блок 2 на 90°,множительный блок 3, сумматор 4, интегратор 5, корректирующий фильтр 6, второй множительный блок 7, интегратор 8, масштабирующие блоки 9-11 и индикатор 12. При этом выход фазосдвигающего блока 2 подключен к входу корректирующего фильтра 6 и к первому входу множительного блока 3, выход которого соединен с первым входом сумматора 4. Выход вычитающего блока 1 через масштабирующий блок 10 подключен к второму входу сумматора и через масштабирующий блок 11 - к второму входу множи- тельного блока 7, выход которого через интегратор 8 соединен с индикатором 12 и с входом масштабирующего блока 9, выход которого подключен к второму входу множительного блока 3. .

Масштабирующие блоки 9 и 11 введены в схему для обеспечения работы множительных блоков 3 и 7 в необходимом диапазоне напряжений.

В предлагаемом частотомере использу- ется компенсационный метод измерения частоты, а именно метод идентификации с настраиваемой моделью.Частотомер работает следующим образом.

Настраиваемая модель, представляющая собой совокупность блоков 3-5 формирует сигнал оценки sin входного сигнала sin ci)i (здесь и далее для упрощения математических выкладок амплитуда входного сигнала А 1) в соответствии с уравнением

d лл

-- sin oj t a) QOS и) t+ а0 е, d t

О)

dt

повремени синусного сигнала

d dt

. / sinuJt;

где cos o)i- сигнал е выхода фазосдвигаю- щегодблока на 00°;

о)- оценка измеряемой частоты ;

н .д„

sir.и)t-сигнал оценки производной

ао постоянный коэффициент;

е - сигнал ошибки (невязка), представляющий собой разность между реальным сигналом sin fflt и сигналом оценки sin cwt,

0

5

0

5

0

получаемым интегрированием его скорости

d Л

--s nun. dt

Входной сигнал sin О) t, пройдя через фазосдвигающий блок 2 на 90°, преобразуется в сигнал cos со t, который умножается на сигнал оценки (и в множительном блоке 3. В результате этого перемножения на выходе блока 3 получаем сигнал ы cos ш t, являющийся первым слагаемым в правой части уравнения (1). К полученному сигналу в сумматоре 4 прибавляется сигнал ао Ј, чем завершается формирование правой части уравнения (1). На выходе интегратора 5 имеем сигнал оценки sin со t входного сигнала sin (i)i. Таким образом, указанная последовательность блоков 3-5 реализует решение дифференциального уравнения (1).

В вычитающем блоке 1 осуществляется сравнение реального сигнала sin (oi с полученной оценкой этого сигнала sOr , при этом на выходе блока формируется сигнал невязки Ј

Ј Sin 0)1

5

0

5

А

sin о) v,

de

d t

((а-со) cos со t - до Ј.(2)

Уравнение (2) позволяет выявить связь между ошибкой настройки частоты (о)- а)) и невязкой Ј. С выхода блок 1 сигнал невязки поступает через масштабирующий блок 10, осуществляющий умножение Ј на постоянный коэффициент а0, на сумматор4, образуя обратную связь по невязке. Кроме того, сигнал cos cot пропускается через корректирующий фильтр 6, представляющий собой апериодическое звено с передаточной фуна0 скциеи вида . для внесения необходиР т 3

мого сдвига фаз р в сигнал coswt из следующих соображений. При точной настройке со (о установившееся значение невязки Ј (t) 0. При (со - со) const Ф О установившееся значение невязки будет определяться решением дифференциального уравнения (2) при

F . Ш . -1 гпф) Т - у),

4о +

В2о

50

где у

arctg-5-.

do

5

В этом случае сигнал невязки несет информацию об ошибке (ft)-а)} и потому может быть использован в алгоритме подстройки со. Для этого достаточно организовать такой сигнал, в котором исключалась бы зависимость знака сигнала Е от знака косинусной составляющей cos( - р). Это можно обеспечить умножением е на величину, пропорциональную cos(u) t - р), которую можно

получить, скорректировав сигнал cos cot no фазе с помощью корректирующего фильтра

Я

с передаточной функцией вида ---.

р + а0

На множительном блоке 7 производится перемножение сигнала невязки ей сигнала cos(tut -(ft, что обеспечивает подстройку оценки частоты ш в соответствии с уравнением

-ecos(un-0, (3)

где/г - постоянный коэффициент.

На выходе интегратора 8 получаем сигнал оценки частоты ш, который по обратной связи через масштабирующий блок 9 поступает на множительный блок 3 и на индикатор 12 частоты.

С течением времени в описанной системе происходит подстройка оценки частоты

Л.

ш к величине измеряемой частоты а) с высокой степенью точности, свойственной ком- пенсационым методам. Требуемое качество процесса подстройки частоты ш с учетом помех обеспечивается подбором величины коэффициентов а0 и ju, влияющих на дина- мику подстройки.

Выполнена экспериментальная проверка работоспособности заявляемого частотомера путем аналогового моделирования.

Частотомер позволяет существенно увеличить точность измерения частоты по сравнению с прототипом, поскольку использует компенсационный метод, относя

0

5

0

5

0

щийся к точным методам измерения, а также благодаря замене операции деления на операцию умножения.

Кроме этого, наличие интегратора 8 в цепи обратной связи позволяет увеличить помехозащищенность частотомера в инфранизком диапазоне частот.

Формула изобретения Частотомер, содержащий последовательно соединенные сумматор и первый интегратор, второй интегратор, индикатор, о т- личающийся тем, что, с целью повышения точности измерения инфранизкой частоты, в него введены последовательно соединенные фззосдвигающий блок, корректирующий фильтр и первый множительный блок, вычитающий блок, три масштабирующих блока, второй множительный блок, вход которого соединен с выходом фазосдвигающего блока, а вход - с первым входом сумматора, выход интегратора соединен с первым входом вычитающего блока, второй вход которого соединен с входами фазосдвигающего блока и частотомера, выход вычитающего блока через, первый и второй масштабирующие блоки соединен соответственно с вторыми входами сумматора и первого множительного блока, выход которого через второй интегратор соединен с входами индикатора и третьего масштабирующего блока, выход которого соединен с вторым входом второго множительного блока.