Устройство для измерения частоты гармонического сигнала

 

Применение: устройство относится к измерительной технике. Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1, генератор импульсов 2, регистры сдвига 3 и 4, сумматоры 5 и 6, блок деления 7, функциональный преобразователь 8. цифровой компаратор 9, ключи 10 и 11, элемент ИЛИ 12, цифроаналоговый преобразователь 13. 2- 1-3-4-6-11-12-13. 2-3, 2-4, 1-6. 1-5-7-8- 10-12,3-7,3-9-10. 1 ил.

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5Б5 G 01 R 23/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4887245/21 (22) 29.11.90 (46) 15,12.92. Бюл. М 46 (71) Таганрогский научно-исследовательский институт связи (72) И.Г.Дорух и А.П.Дорух (56) Авторское свидетельство СССР

М 1524011, кл, G 01 8 23/00, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ ГАРМОНИЧЕСКОГО СИГНАЛА. Ж „1781631 А1 (57) Применение: устройство относится к измерительной технике. Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1, генератор импульсов 2, регистры сдвига 3 и 4, сумматоры 5 и 6, блок деления 7, функциональный преобразователь 8, цифровой компаратор 9, ключи 10 и 11, элемент ИЛИ 12, цифроаналоговый преобразователь 13. 21-3-4-6-11-12-13, 2-3, 2-4, 1-6, 1-5-7-810-12, 3 — 7, 3 — 9 — 10. 1 ил.

1781631

40

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения частоты гармонического сигнала за время, меньшее периода измеряемого сигнала.

Известно устройство для измерения частоты гармойического сигнала, содержащее аналого-цифровой преобразователь (АЦП), три регистра памяти, генератор импульсов, два блока задержки, сумматор, делитель, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) и функциональныи преобразователь, в котором информационный вход АЦП соединен со входом устройства, управляющий вход— с выходом генератора импульсов, управляющим входом третьего регистра памяти и входом первого блока задержки, а выход с информационным входом первого регистра памяти, выход первого блока задержки соединен непосредственно с управляющим входом второго регистра памяти, а через третий блок задержки — с управляющим входом первого регистра памяти, выход которого соединен с первым входом сумматора и информационным входом второго регистра памяти, выход йторого регистра памяти соединен с информационным входом третьего регистра памяти, подключенного своим выходом ко второму входу сумматора, и вторым входом делителя, первый вход которого подключен к выходу сумматора, а выход — ко входу ЦАП, вход функционального преобразователя соединен с выходом ЦАП, а выход — с выходом устройства, Недостатком этого устройства является низкая точность, обусловленная большой погрешностью преобразования при переходе входным напря>кением через нулевой

-уровень. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения частоты гармонического сигнала, содержащее АЦП, четыре регистра сдвига, генератор импульсон, три сумматора, два блока умножения, блок деления, цифровой компаратор, четыре ключа, дна элемента ИЛИ, ЦАП и функциональный преобразователь, в котором информационный вход АЦП соединен со входом устройства, управляющий вход — с выходом генератора импульсон и управляющими входами регистров сдвига, а выход — с информационным входом третьего регистра сдвига и вторым входом третьего сумматора, информационный вход первого регистра сдвига соединен с выходом третьего регистра сдвига и вторыми входами первого и второго сумматоров, а выход — C информационным входом второго регистра сдвига и со входами цифрового компаратора и первого блока умно>кения, информационный вход четвертого регистра сдвига соединен с выходом второго регистра сдвига и первыми входами первого и второго сумматоров, а выход — с первым входом третьего сумматора, первый выход цифрового компаратора соединен с управляющими входами первого и третьего ключей, информационные входы которых соединены с выходами соответственно первого сумматора и первого блока умножения, а выходы — с первыми входамй соответственно первого и второго элементов ИЛИ, второй выход цифрового компаратора соединен с управляющими входами второго и четвертого ключей, информационные входы которых соединены с выходами соответственно третьего сумматора и второго блока умножения, соединенНОГО СВОИМ ВХОДОМ С ВЫХОДОМ BTOPOI 0 сумматора, а выходы — со вторыми входами соответственно первого и второго элементов ИЛИ, первый и второй входы блока деления соединены с выходами соответственно первого и второго элементов ИЛИ, а выход — со входом ЦАП, вход функционального преобразователя с выходом ЦАП, а выход — с выходом устройства.

Недостатками этого устройства являются сложность и относительно низкая надежность, обусловленные наличием в составе устройства большого числа регистров сдвига, блоков умножения, сумматоров, ключей и логических элементов, Еще одним недостатком устройства являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что результат измерения представлен только в аналоговой форме, н то время, как на практике часто требуется иметь результат измерения в цифровом виде.

Целью изобретения является упрощение устройства и расширение его функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для измерения частоты,;армонического сигнала, содер>кащем

АЦП, первый и второй регистры сдвига, генератор импульсов, первый и второй сумматоры, блок деления, цифровой компаратор, первый и вгорой ключи, элемент ИЛИ; ЦАП и функциональный преобразователь, в котором информационный вход АЦП соединен со входом устройства, а управляющий вход — с выходом генератора импульсов и управляющими входами регистров сдвига, информационный вход первого регистра сдвига соединен cD Biîðûìè входами первого и второго сумматоров, а выход — со входом цифрового компаратора и информационным входом нторогD регистра сдвига, соедиH8HH0f своим выходом с первыми входами

1781 631 форме, при этом выход ЦАП соединен с информационным входом первого регистра сдвига, первый и второй входы блока деле- 10

20 выходами устройства.

40 ные входы ключей 10 и 11 соединены с вы- 45 ходами преобразователя 8 и блока 6 соответственно, управляющие входы — соответственно с первым и вторым выходами кампаратара 9, а выходы — соответственно с первым и вторым входами элементов 12. 50

Вход АЦП 13 соединен с выходом элемента

12 и шиной 15, а выход — с шиной 16, В основу работы устройства положен способ определения частоты гармоническо- га сигнала, основанный на фиксации мгка- 5 венных значений контролируемого напряжения через эталонные промежутки времени At, значительно меньшие периода" контролируемого напряжения. Частота f сигнала при этом определяется по формуле; первого и второго сумматоров, управляющие входы первого и второго ключей соединены соответственно с первым и вторым выходами цифрового компаратора, а выходы — соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ, функциональныи преобразователь выполнен в цифровой ния соединены с выходами первого сумматора и первого регистра сдвига соответственно, а выход — со входом функционального преобразователя, информационные входы первого и второго ключей соединены с выходами функционального преобразователя и второго сумматора соответственно, а вход и выход АЦП соединены соответственно с цифровым и аналоговым

На чертеже приведена структурная схема устройства для измерения частоты гармонического сигнала, Устройство содержит АЦП 1, генератор

2 импульсов, регистры 3 и 4 сдвига, сумматоры 5 и 6, блок 7 деления, функциональный преобразователь 8, цифровой компаратор

9, ключи 10 и 11, элемент 12 ИЛИ, ЦАП 13, входную шину 14 и выходные шины 15 и 16, Информационный вход АЦП 1 соединен с шиной 14, управляющий вход — с выходом генератора 2 и управляющими входами регистрав 3 и 4, а выход — с информационным входом регистра 3 и са вторыми входами сумматоров 5 и 6. Информационный вход регистра 4 соединен с выходом регистра 3, со вторым входом блока 7 и са входом компаратора 9, а выход — с первыми входами сумматоров 5 и 6. Первый вход блока 7 соединен с выходом сумматора 5, а выход — со входом преобразователя 8. Инфармацион25

30 ((, Up

4 И

Qdrcco9 при (! г Р

2 l

4 (7ь1 я р и U z -- 0

На выхода сумматора 6 формируется кад, соответствующий значению U3-Ut, когде U1,U2, U3 мгновенные значения гармонического сигнала единичной амплитуды, сдвинутые друг относительно друга на эталонный интервал времени ht «1/f.

Гармонический сигнал в виде напряжения единичной амплитуды поступает с шины 14 на вход АЦП 1, который с периодом производит преобразование мгновенных значений сигнала в цифровой код. Этот код поступает на информационный вход ре.гистра 3, на второй (инвертирующий) вход сумматора 6 и на второй (неинвертирующий) вход сумматора 5. В последующем такте генератора 2, т.е. с задержкой At код переписывается в регистр 3, а еще через интервал времени — в регистр 4. Таким образом, в установившемся режиме на выходе

АЦП 1 и вторых входах сумматоров 5 и 6 формируется код, соответствующий значению0, на выходе регистра 3, входе компаратора 9 и втором входе блока 7 — код, соответствующий значению Бг, а на выходе регистра 4 и первых (неинвертирующих входах сумматоров 5 и 6- код,соответствующий значению U3, где U1, Ог, U3 — мгновенные значения входного напряжения в моменты времени ti, тг; t3, определяемые равенством тз = г+ At=t t+ 2 Л t, где At — период следования импульсов генератора 2.

На выходе сумматора 5 формируется код, соответствующий значению U>+Us, который поступает на первый вход блока 7. На выходе блока 7 и входе преобразователя 8 формируется кад, соответствующий значеU< +Us нию 07

Ог, Преобразователь 8 представляет собой матрицу программируемога многоадресного запоминающего устройства, в котором информация разделяется по адресам, составляя информационные слова, т.е. каждому входному, .числу (кацу адреса) соответствует выходной код, соответствующий выходному числу 0в, связанному с входным числом уравнением

- Ua = 2агссаз U7/2=2агссаз

Ut +Уз

02

Код с выхода преобразователя 8 поступает на информационный вход ключа 10, 1781631

Формула изобретечия

Устройство для измерения частоты гармонического сигйала, содержащее аналагоцифровой преобразователь, первый и второй регистры сдвига, генератор импульсов, первый и второй сумматоры, блок деления, цифровой компаратор, первый и второй ключи, элемент ИЛИ, цифроаналоговый преобразователь и функциональный преобсоединен с входом устройства, а управляющий вход — с выходом генератора импульсов и управляющими входами регистров сдвига, первого и второго сумматоров, управляющие входы первого и второго ключей соединены соответственно с первым и вторым выходами цифрового компаратора, а выхо25 ды соответственно с первым и вторым вхо30

4С

Другим достоинством предлагаемого устройства по сравнению с прототипом является большая простота и более высокая надежность, обусловленные отсутствием в

его составе блоков умножения, третьего сумматора, третьего и четвертого регистров, третьего и четвертого ключей и второго элемента ИЛИ.

Составитель И,Дарук

Редактор B.Tðóá÷eíêo Техред М.Моргентал Корректор И.Шулла

Заказ 4272 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат Г.атент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101 тарый поступает на информационный вход ключа 11, Кампаратар 9 сравнивает в цифровой форме поступившее на его вход значение Uz с нулевым уровнем. Если Uz P 00, то на первом выходе компаратора 9 устанавливается сигнал, под действием которого замыкается ключ 10, а на втором выходе — сигнал, под действием которого размыкается ключ 11, в результате чего код с выхода преобразова теля 8через ключ 10 и элемент 12. поступает на шину 15 и ка вход ЦАП 13. Последний преобразует паступившйй íà его вход в аналоговый сигнал с коэффициентом передачи и результат преобразования посту 1

4л пает на шину 15. Если же Uz = О, то на выходах компаратара 9 формируются сигналы, логически инверсные сигналам при .Uz= 0, ключ 10 размыкается. а ключ 11 замы кается, и на шину 15 и вход ЦАП 13 через ключ 11 и элемент 12 поступает кодс выхода, сумматора 6, который ЦАП 13 преобразует в аналоговый сигнал, Таким образом, предлагаемое устройство осуществляет измерение частоты f гармакического сигнала за два такта продолжительностью At в соответствии с алгоритмом(11,причем результат измерения представлен не только в аналоговой (на шине 16), но и в цифровой (на шине 15) форме.

Это существенно расширяет функциональные возмо>кнос и предлагаемого устройства по сравнению с прототипом.

10 разователь, в катарам информационный вход аналого-цифрового преобразователя

15 информационный вход первого регистра сдвига соединен с вторыми входами первого и второго сумматоров, а выход — с входом цифрового кампаратора и инфармационным входом второго регистра сдвига, саеди20 неннага своим выходом с первыми входами дами элемента ИЛИ, о т л и ч а ю щ е е с я тем, чта, с целью упрощения устройства и расширения ега функциональных возможностей, функциональный преобразователь выполнен в цифровой форме, при этом Bbl ход аналого-цифрового преобразователя соединен с информационным входом первого регистра, первый и второй входы блока деления соединены с выходам:1 первого сумматора и первого регистра сдвига соответственно, а выход — с входами функционального преобразователя, информационные входы первого и второго ключей соединены с выходами функционального преобразователя и второго сумматора соответственно,а вход и выход цифроаналогового преобразователя соединены соответственно с цифровым и аналоговым выходами устройства.