SU1471145A1 - Способ определени частоты синусоидального сигнала - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электрическим измерени м и предназначено дл  определени  частоты синусоидального сигнала за врем , меньшее длительности одного периода. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей и повышение точности определени  частоты. Способ определени  частоты синусоидального сигнала предполагает формирование из входного сигнала дополнительного, сдвинутого на угол ϕ/2 в сторону опережени , одновременное измерение мгновенных значений входного и дополнительного сигналов через эталонные интервалы времени и определение частоты по двум значени м каждого из сигналов, попарно соответствующим двум последовательным моментам времени измерени . В описании приведена формула дл  определени  частоты сигнала. Устройство, реализующее способ, содержит преобразователь 1 уровн  напр жени , фазосдвигающий блок 2, аналоговый запоминающий блок 3 и цифровой решающий блок 4. Расширение функциональных возможностей и повышение точности достигаютс  за счет сдвига входного сигнала на угол ϕ/2 и измерени  его мгновенных значений, при этом знаменатель и числитель формулы дл  определени  частоты сигнала не принимают нулевые значени . 2 ил.

Description

J ел

fpuz.l

1 1

Изобретение относитс  к электриче- ким измерени м и предназначено дл  пределени  частоты синусоидального сигнала за врем , меньшее длительное- g и одного периода.

Цель изобретени  - расширение ункциональных возможностей и повыение точности определени  частоты.

На фиг.1 представлена структурна  Q схема устройства дл  реализации способа; на фиг.2 - графики, по сн ющие сущность способа.

Способ определени  частоты синусоидального сигнала основан на формиро- 15 вании из входного сигнала дополнительного сигнала, сдвинутого по фазе на угол /2 в сторону опережени , и одновременном измерении мгновенных значений входного и дополни- 20 тельного сигналов, следугадих через эталонный интервал времени. Частоту сигнала определ ют согласно математическому выражению

I25

1и,1 и ,1 + UnUiT.

f 2F.t

u, + II

21

30

()

где &t - значение эталонного интервала времени;

UH ,

U, - мгновенные значени  входного

сигнала, следующие через эталонный интервал времени;

Uli,

мгновенные значение дополнительного сигнала, следую- - щие через эталонный интервал времени.

Сущность способа определени  , частоты синусоидального сигнала состоит в следукщем.

35

Если в момент измерени  t, (фиг.2) текущее значение фазы синусоидального сигнала 1, то ее св зь с соответст- вугощими этому -моменту времени мгновенными значени ми входного U i, и сдвинутого по фазе на угол в сторону опережени  U сигналов выражаетс  уравнени ми

Ги, Un, -sinW. (2)

lUi, Um- cos;, где У„- амплитуда синусоидального

сигнала,

; Аналогична  св зь дл  момента времени (t , + flt) представл етс  уравнени ми

С

1471145

U,j (Lf + w at) Uti Ufti CosC Ч + t t) ,

(3)

5

0

5

45 50

где ы - углова  частота.

Выражени  (2) и (3) образуют систему из четырех -уравнений, в которых неизвестными  вл ютс  U, ij Ре шение этой системы выполн ют методом подстановки в следующей последовательности .

Первое уравнение выражений (3) - разреша.ют относительно sin t и полученное значение подставл ют во второе уравнение.

После преобразований получают уравнение

li f2 sin cf Ull cos4

cos CO Л t ,,

In

(4)

Разрешают уравнени  (2) относительно Uf, sin gj, cos V и полученные значени  подставл ют в выражение (4),

После несложных преобразований,с учетом, что ui 2(f, получают выражение (1) дл  определени  частоты синусоидального сигнала.

К непосредственно используемым параметрам при вычислении частоты по формуле (1) относ тс  мгновенные значени  входного и сдвинутого на угол if/I в сторону опережени  сигналов .

Предлагаемьш способ определени  частоты синусоидального сигнала в сравнении с известным имеет более широкие функциональные возможности и повышенную точность, не завис щие от Момента измерени  (фазы) мгновенных синусоидального сигнала, поскольку как знаменатель, так и числи- тель выражений (Г) не лринимают нулевые значени .

Устройство дл  определени  частоты синусоидального сигнала содержит последовательно соединенные преобразователь 1 уровн  напр жени , на вход которого подаетс  синусоидальное напр жение U, фазосдвигакщий блок 2, аналоговый запоминающий блок 3, второй вход которого соединен с выходом преобразовател  1, и цифровой решающий блок 4, св занный по информационным и управл ющим входам-выходам с соответствующими входами-выходами аналогового запоминающего блока 3.

. Устройство работает следующим

образом.

Синусоидальное напр жение U посту-- пает на вход преобразовател  1 уровн  напр жений, который выполн ет также функцию гальванического разделени  цепей устройства и входного сигнала . Выходное напр жение преобразовател  1 подаетс  на вход фазосдви- гающего блока 2, на выходе которого получаетс  напр жение такой же ампли- туды, но сдвинутое по фазе на 1/2 в сторону опережени  относительно входного напр жени . Выходное напр жение преобразовател  1 U поступает на один из входов аналогового запоминающего .блока 3, а на второй его вход подаетс  выходное напр жение фазосдвигаюшего блока 2 U, По команде , поступающей от цифрового ре- щающего блока 4, аналоговый запоминающий блок 3 одновременно фиксирует и запоминает мгновенные значени  напр жений U, и Г. После этого производитс  поочередное их считывание , преобразование и ввод в пам ть цифрового решающего блока 4. Одновременно с фиксацией мгновенных значений напр жений U , и 1 с помощью таймера цифрового решающего блока 4 отсчитываетс  заданный эталонный .промежуток времени, по истечении которого повтор етс  процесс фиксации , считывани , преобразовани  и запоминани  последующих мгновенных значений напр жений U, и U.

Определение частоты производитс  цифровым рещающим блоком 4 в соответствии с выражением (1) по двум значени м каждого из напр жений, попарно соответствующим двум последовательным моментам времени измерени  .

Устройство может быть использовано дл  построени  быстродействующих измерительных органов частоты устройств противоаварийной и других

видов автоматики энергосистем

и осуществлено с помощью известных цифровых решающих элементов, выполненных на базе микропроцессорной

техники.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ определени  частоты сину- 5 соидального сигнала, основанный на измерении трех мгновенных значений входного сигнала, из которых первый и второй вз ты через эталонный интерг вал времени, отличающийс  0 тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей и повышени  точности, из входного сигнала формируют дополнительный сигнал, сдвинутый по фазе на угол li 12 ъ сторону опере- 25 жени , и измер ют третье и дополнительно четвертое мгновенные значени  дополнительного сигнала в моменты времени, совпадающие соответственно с первым и вторым измерени ми мгно- 30 венных значений входного сигнала, а частоту f определ ют согласно математическому . выражению

   1 UiiU п + UliUii

   35,

   где ut - значение эталонного интервала времени;

   и-1, ,

   п - мгновенные значени  входного

   40 2

   сигнала;

   11,71,

   и,- - мгновенные значени  дополнительного сигнала,

   фа г. г