Способ измерения частоты электрического сигнала Советский патент 1981 года по МПК G01R23/00 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО

СИГНАЛА

Изобретение относится к информационной-преобразовательной и изме рительной технике диапазона низких инфранизких частот. Известны способы измерения частоты, основанные на введении дополнительного фазового сдвига в исслед емый электрический сигнал to. Известным способам присущи недостаточная точность и быстродействие измерения электрического сигнала. Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является способ измерения частоты, ос нованный на сложении сдвинутых по фазе электрических сигналов с одина ковыми амплитудами Г2 3 Известный способ не обеспрчивает многократного измерения частоты электрического сигнала в течение периода. Целью настоящего изобретения является повьппение быстродействия и точности многократного измерения частоты электрического сигнала в течение периода. Поставленная цель достигается тем, что при измерении частоты электрического сигнала способом, основанным на введении в сигнал дополнительного фазового сдвига и сложении сдвинутых по фазе электрических сигналов с одинаковыми амплитудами, из исследуемого электрического сигнала вычитают сигнал сдвинутый по фазе, в моменты времени перехода через нуль суммарного и разностного сигналов измеряют амплитуды разностного и суммарного сигналов с учетом знака амплитуды,делят амплитуду разностного сигнала на амплитуду суммарного сигнала при нечетных измерениях, делят амплитуду суммарного сигнала на амплитуду разностного сигнала при четных измерениях, полученнные сигналы функционально преобразуют по закону арктангенса и делят на сигнал, пропорциональный интервалам времени, ограниченным снизу моментом перехода исследуемого сигнал через нуль в положительном направле нии, а сверху - моментами времени перехода через нуль суммарного и разностного сигналов. На фиг. I приведены эпюры напряжений, характеризующие предложенный способ; на фиг. 2 - структурная электрическая схема устройства, реализующего данный способ. Сущность способа заключается в следующем. В исследуемый электрической сигналU(t)V.Sin 5г , (1) (1) частота F Й/131 которого подлежит измерению, вносят дополнительный фа зовый сдвиг Чх (см. фиг. 1). В результате получают сигнал u,j,(t),iCat+Mx) (1) Сигналы (О и (2) суммируют и в читают между собой (см. фиг. 1) Uj(t)u,(tHU(t)(ai+ ) (Slt4i j.), IJ4W 4W-U/ili)(ftt4goV) Уда1п()г в моменты времени t (,2,3,4 перехода через нуль суммарного и ра ностного сигналов измеряют с учетом знака, соответственно, амплитуды разностного и суммарного сигналов. В результате измерения получают амплитуды .(фиг. 1): rV.,npM-t t|i г(.-(}-- ПРИ Ъ,Ц ,;, ,1 1 Ча - Н.Л-,- где: t - соответственно мо,менты перехода через нуль разностн го и суммарного сигналов. Затем согласно предложенному спо собу в нечетные моменты времени (i 1,3 ...) делят амплитуду разнос ного сигнала на амплитуду суммарного сигнала и получают сигнал U..(t.) S, О- . .-г. - :- (,Г, где: - крутизна преобразования отношения двух сигналов в третий сигнал. В четные моменты времени (,4...) делят амплитуду суммарного сигнала ifa амплитуду разностного сигнала ) Va, 6()siu,( )v, Далее полученные сигналы (З) и (4) ункционально преобразуют по закону рктангенса. В результате получают игнал (при I 1,3...) .)B,drct(5и сигнал (при i 2,4,...) Ue(i) S,(tqf где:52 - крутизна преобразования. Сигналы (5) и (б) делят на сигнал ,Kit,. 1 пропорциональный интервалам времени tg- t,. ограниченным снизу моментом перехода исследуемого сигнала через нуль в положительном направлении, а сверху - моментами времени t{. В результате .получают электрический сигнал (при i 1,3,..) .... . и сигнал (при i 2,4,....) , (t)() 1о()- гп/--5г- г , где: Sj- крутизна преобразования о.тнршения двух сигналов; пропорциональные измеряемой (в моме t) частоте ты времени t -CL (1). электрического сигнала На фиг. 2 приведена структурная схема устройства, реализующего описанный способ измерения частоты электрического сигнала. Устройство содержит фазовращател 1, сумматор 2, вычитатель 3, компар торы 4 и 5, одновибраторы 6 и 7, кл чи 8 и 9, преобразователь 10 временных интервалов в напряжения, пр цессор 11 и отсчетно-регистрируюпщй блок I2. Работа устройства заключается в .следующем. На вход фазовращателя 1 и на пер вые входы сумматора 2 и вычитателя 3 поступает электричес кий сигнал Ui(t). С выхода фазовращателя 1 сдэинутый по фазе сигнал U(t) поступает на вторые входы сумматора 2 и вычи- тателя 3. В сумматоре 2 сигналы U(t) и U2(t) суммируются, и на пер вый вход компаратора 4 поступает суммарный сигнал U(t). В вычитателе 3 из исследуамогг вычитается сдвинусигналатый по фазе сигнал U2.(t). В результате на первый вход компаратора 5 поступает разностный сигнал В Бычитателе 3 из исследуемого с нала U (t) вычитается сдвинутый по фазе сигнал Uj(t). В результате на первый вход компаратора 5 поступает разностный сигнал U4(t). На вторые входы компаратора 4 и 5 поступает нулевой потенциал.

В результате сравнения сигналов U-jCt) с нулевым потенциалом на выходе компаратора 4 формируются в моменты времени t, т.д. короткие импульсы, которые запускают одновибратор 6 на время tr о, достаточное для измерения амплитуды суммарного сигнала U(t), поступающего на сигнальный вход ключа 8.

При сравнении сигнала ) с нулевым потенциалом на выходе компаратора 5 формируются в моменты времени t,, t и т.д. короткие импульсы, которые запускают одновибратор 7 на времяТр, достаточное для измерения амп.литуды разностного сигнала U(t), поступаннцего на сигнальный вход . ча 9.

Способ измерения частоты электрического сигнала, основанный на введении в него дополнительного фазового сдвига и сложении сдвинутых по фазе электрических сигналов с одинаковыми амплитудами, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности многократного измерения частоты электрического сигнала в течение периода из исследуемого электрического сигнала вычитают сигнал, сдвинутый по фазе, в моменты времени перехода через нуль суммарного и разностного сигналов измеряют амплитуду разностного и суммарного сигнало С выходов ключей 9 и 8 на входы процессора I1 в течение периода поступают, соответственно, в моменты времени t, tjH tn, t. сигналы 4 и 3U,J. С выходов компараторов 4 и 5 короткие импульсы поступают также на первый и второй входы преобразователя 10 временных интервалов в напряжение. На третий вход преобразователя 10 поступает входной сигнал U,,(t), а на четвертый вход - нулевой потенциал. С помощью преобразователя 10 менных интервалов в напряжения осуществляются выделение временных интервалови пропорциональное преобразование их в напряжения путем, например, интегрирования. С выхода преобразователя 10 временных интервалов в напряжения на вход процессора 11 поступает напряжение V . С помощью процессора 11 осуществляется преобразование сигналов Uj(.), и(О и V, в соответствии с выражениями З), (4) (5), (6), (7), (8). В результате отсчетно-регистрирующий блок 12 в течение периода индицирует по истечении каждого момента времени t, t, Ци t, значения частоты исследуемого сигнала U(t). В отличие от известного данный способ обеспечивает четырехкратное измерение частоты электрического сигнала за период. формула изобретения : .78 с учетом знака амплитуды, делят ампли ТУДУ разностного сигнала на амплитуду суммарного сигнала при нечетных измерениях, делят амплитуду суммарного сигнала на амплитуду разностного сигнала при четных измерениях полученные сигналы функционально преобразуют по закону арктангенса и делят на сигнал, пропорциональный интервалам времени, ограниченным снизу моментом перехода исследуемого сигнанала через нуль в положительном направлении, а, сверху - моментами времени перехода через нуль суммарного и разностного сигналов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 316926, кл. G 01 R 23/00, 1971. 2. Сосновский А. А. Измерение частоты электрических колебаний, ЦИТЭИ, 1959, с. 9 (прототип).