Способ определения периода переменного напряжения Советский патент 1992 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения периода (частоты) электрических сигналов при низких отношениях сигнал/шум.

Цель изобретения - повышение быстродействия и точности определения периода (частоты) переменного напряжения при низких отношениях сигнал/шум.

Поставленная цель достигается тем, что конец измеряемого временного интервала времени фиксируют по моменту достижения максимума сформированным напряжением текущего среднего значения переменного напряжения.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 - схема формирования текущего среднего значения сигнала; на фиг.З - временная диаграмма, поясняющая сущность предлагаемого способа.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит первый нуль-орган 1, ключ 2, блок 3 формирования текущего среднего значения сигнала, блок 4 определения экстремума текущего среднего значения сигнала, включающий последовательно соединенные блок 5 дифференцирования и вто- рой нуль-орган 6, таймер 7, блок 8 умножения, -блок 9 задания коэффициента умножения.

Вход устройства соединен с входом ключа 2 и входом первого нуль-органа 1, выход которого соединен с первым управляющим входом ключа 2 и первым управляющим входом таймера 7. Выход ключа 2 соединен с входом блока 3 формирования среднего значения сигнала, выход которого соединен с входом блока 4 определения экстремума среднего значения сигнала, выход которого соединен с вторым управляющим входом таймера 7 и вторым управляющим

с

00

го

ел

Сл)

входом ключа 2. Выход таймера 7 соединен с первым входом блока 8 умножения, второй вход которого соединен с выходом блока 9 задания коэффициента умножения, а выход таймера 8 соединен с выходом уст- ройства.

Блок 3 (см.фиг.2) содержит нуль-орган

10.интегратор 11, генератор 12 пилообразного напряжения (ГПН), блок 13 деления. Вход блока 3 соединен с входом интеграто- ра 11 и входом нуль-органа 10, выход которого соединен с входом ГПН 12, выход которого соединен с первым входом блока

13 деления и входом Сброс интегратора

11.Выход интегратора 11 соединен с вто- рым входом блока 13 деления, выход которого служит выходом блока 3.

Способ осуществляют следующим образом,

В исходном состоянии ключ 2 разо- мкнут. При подаче сигнала разрешения на управляющий вход первого нуль-органа 1 устройство готово к выполнению измерения. Переменное напряжение X(t)Um sin wt+ + Ј(t) с амплитудой Um и круговой часто- той п /Т, где Т - период, искаженной под действием помехи Ј (t), поступает на вход нуль-органа 1, который вырабатывает синхронизирующий сигнал в момент времени to перехода X(t) через нулевое значение (см.фиг.З). Под действием этого сигнала открывается ключ 2 и включается таймер 7 отсчета времени. Одновременно срабатывает нуль-орган 10, который запускает ГПН

12.Последний формирует напряжение U, пропорциональное текущему времени t:

U a-1, где а- постоянный коэффициент.

На выходе интегратора 11 формируется сигнал

у /x(t)dt. to

Блок 13 выполняет операцию деления текущего сигнала на текущее значение U

1; V

1 /x(t)dt.

a -t

to

5

10

15 2025 30

35

40

45

50

Время tk выбирают из условия tk -j,

где Т - максимально возможное значение периода сигнала x(t). ГПН 12 настраивают с учетом значения ti Блок 5 дифференцирует сигнал x(t), а результат дифференцирования, т.е. сигнал, пропорциональный величиdx(t) не -fit поступает на вход второго

нуль-органа б. В момент времени t , когда выполняется условие

dx (t),(2)

второй нуль-орган 2 вырабатывает сигнал окончания измерения. По этому сигналу размыкается ключ 2 и прекращает отсчет времени таймер 7. На временной диаграмме (фиг.З) показан интервал времени t -t0, отсчитанный таймером 7. Цифровой эквивалент этого интервала времени умножается в блоке 8 на постоянный коэффициент К, задаваемый блоком 9.

На выход устройства поступает результат измерения периода

Т К (t - to),(3)

„ 2л: где .

Для гармонического сигнала x(t) Umsln wt величина ,695489, При этом ,331 рад. Уравнению (3) отвечает условие экстремума сигнала X(t).

(р - wt 2 п ft j k) 2-331 рад.

Достигаемый выигрыш в быстродействии обусловлен тем, что t -t0 Т/2.

Повышение точности измерений при низких отношениях сигнал/шум обеспечивается за счет исключения действия помехи на формируемый блоком 3 сигнал x(t). Поскольку на практике интервал корреляции помехи меньше периода исследуемого сигнала, то сигнал x(t) не содержит сигнала помехи (см.фиг.З).

Повышение быстродействия и точности определения периода (частоты) переменного напряжения характеризуют следующие примеры. Повышение быстродействия, оцениваемое по отношению времени TI измерения в прототипе к времени Tz измерения в предлагаемом способе, определяется величиной

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения периода электрических сигналов при низких отношениях сигнал/шум. Цель изобретения - повышение быстродействия и точности определения периода переменного напряжения при низких отношениях сигнал/шум. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения периода переменного напряжения, заключающемся в измерении интервала времени от момента перехода переменного напряжения через нулевое значение и пропорционального периоду переменного напряжения с последующим определением периода, конец измеряемого временного интервала времени фиксируют по моменту достижения максимума сформированным напряжением текущего среднего значения переменного напряжения. 3 ил.

Нормирующий коэффициент а не влияет на временное положение экстремума сигнала x(t).

По истечении времени tk ГПН выключа- ется. Задним фронтом напряжения ГПН сбрасывается напряжение интегратора 11. Блок 3 готов к следующему циклу измерений.

Ti Т/2

Т/2

fJA „ ™ --

Т2 t to 0,7711 -Т/2

1,296.

Повышение точности, оцениваемое по уменьшению дисперсии помехи при измерении правого конца интервала времени - момента t , определяется величиной

- $ ft Ь) - OJ711 -T/2

1

Д1

Лг,

где о -дисперсия (мощность) помехи при определении нулей измерительного сигнала;

Дту- интервал корреляции помехи, Т/2 Ат.3.

Таким образом, использование предлагаемого способа обеспечивает повышение быстродействия и повышение точности измерений при низких отношениях сигнал/шум.

Кроме того, расширяется область применения, когда отношение сигнал/шум мало.

0

5

Формула изобретения Способ определения периода переменного напряжения, заключающийся в измерении интервала времени от момента перехода переменного напряжения через нулевое значение и пропорционального периоду переменного напряжения с последующим определением периода, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности определения периода переменного напряжения при низких отношениях сигнал/шум, конец измеряемого временного интервала времени фиксируют по моменту достижения максимума сформированным напряжением текущего среднего значения переменного напряжения.

ФМ.1

фиг,2

Фи.3

Я УГроЭ.