Устройство для измерения частоты сетевого напряжения при несинусоидальных помехах

Авторы патента:

G01R23/10 - путем преобразования частоты в последовательность импульсов и их подсчета

Владельцы патента RU 2517759:

Елинов Дмитрий Александрович (RU)

Изобретение относится к измерительной технике. Устройство содержит входное устройство, кварцевый генератор, формирующее устройство, делитель частоты, управляющее устройство, временной селектор, счетчик, дешифратор. При этом выход первого формирующего устройства соединен с одним входом временного селектора, второй вход которого соединен с выходом управляющего устройства, выходы которого также соединены с входами счетчика импульсов, делителя частоты, дешифратора, вход управляющего устройства соединен с выходом делителя частоты, вход которого, через второе формирующее устройство, соединен с выходом кварцевого генератора опорной частоты, выход временного селектора соединен со входом счетчика импульсов, выход которого соединен со входом дешифратора. Дополнительно устройство содержит после входного устройства два интегратора, две линии задержки и два сумматора. При этом выход входного устройства соединен с входом первого интегратора, выход которого в свою очередь соединен с входом первого сумматора и входом первой линии задержки, выход первой линии задержки соединен со входом первого сумматора, выход первого сумматора соединен со входом второго интегратора, выход которого в свою очередь соединен с входом второго сумматора и входом второй линии задержки, выход второй линии задержки соединен с входом второго сумматора, выход второго сумматора соединен со входом первого формирующего устройства. Технический результат заключается в повышении точности измерения. 2 ил.

Устройство для измерения частоты сетевого напряжения при несинусоидальных помехах относится к измерительной технике и может быть использовано для определения частоты питающего напряжения в условиях значительных несинусоидальных помех.

Известен способ с определением частоты электрической сети при несинусоидальных помехах [1] с применением итерационной процедуры измерения частоты сети, состоящей из операции предварительного подавления в сигнале высших гармоник той частоты, которая была измерена ранее, и очередного измерения частоты.

Недостатком измерителя является последовательное подавление несинусоидальных помех, что ведет к увеличению времени измерения, необходимого для получения более точного результата.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является цифровой измеритель частоты [2], содержащий входное устройство, кварцевый генератор, формирующее устройство, делитель частоты, управляющее устройство, временной селектор, счетчик, дешифратор.

Недостатком измерителя является значительное время усреднения (счета), необходимое для получения требуемой точности измерений и низкая помехоустойчивость.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение точности измерения при несинусоидальных помехах и на уменьшение времени измерения.

Это достигается тем, что в устройство для измерения частоты, содержащее входное устройство, кварцевый генератор, формирующее устройство, делитель частоты, управляющее устройство, временной селектор, счетчик, дешифратор, при этом выход формирующего устройства соединен с одним входом временного селектора, второй вход которого соединен с выходом управляющего устройства, выходы которого также соединены с входами счетчика импульсов, делителя частоты, дешифратора, вход управляющего устройства соединен с выходом делителя частоты, вход которого, через формирующее устройство, соединен с выходом кварцевого генератора опорной частоты, выход временного селектора соединен со входом счетчика импульсов, выход которого соединен со входом дешифратора, согласно предлагаемому изобретению после входного устройства дополнительно введены два интегратора, две линии задержки и два сумматора, при этом, выход входного устройства соединен с входом интегратора, выход которого в свою очередь соединен с входом сумматора и входом линии задержки , выход линии задержки соединен со входом сумматора, выход сумматора соединен со входом интегратора, выход которого в свою очередь соединен с входом сумматора и входом линии задержки, выход линии задержки соединен с входом сумматора, выход линии задержки соединен со входом формирующего устройства.

Введение новых элементов и связей между ними обеспечивает решение поставленной задачи.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство (фиг.1) содержит:

1 - входное устройство;

2 - первый интегратор;

3 - первая линия задержки;

4 - первый сумматор;

5 - второй интегратор;

6 - вторая линию задержки;

7 - второй сумматор;

8 - первое формирующее устройство;

9 - кварцевый генератор опорной частоты;

10 - второе формирующее устройство;

11 - временной селектор;

12 - делитель частоты;

13 - управляющее устройство;

14 - счетчик импульсов;

15 - дешифратор.

При этом, выход входного устройства 1 соединен с входом первого интегратора 2, выход которого в свою очередь соединен с входами первого сумматора 4 и первой линии задержки 3, выход первой линии задержки 3 соединен со входом первого сумматора 4, выход первого сумматора 4 соединен со входом второго интегратора 5, выход которого в свою очередь соединен с входами второго сумматора 7 и второй линии задержки 6, выход второй линии задержки 6 соединен с входом второго сумматора 7, выход второго сумматора 7 соединен со входом первого формирующего устройства 8, выход которого соединен с одним входом временного селектора 11, второй вход которого соединен с выходом управляющего устройства 13, выходы которого также соединены с входами счетчика импульсов 14, делителя частоты 12, дешифратора 15, вход управляющего устройства 13 соединен с выходом делителя частоты 12, вход которого, через второе формирующее устройство 10, соединен с выходом кварцевого генератора опорной частоты 9, выход временного селектора соединен со входом счетчика импульсов 14, выход которого соединен со входом дешифратора 15.

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

На вход входного устройства 1 сигнал сетевого напряжения с несинусоидальной помехой, описываемый выражением:

На входном устройстве сетевое напряжение в общем случае преобразуется к уровню, необходимому для нормальной работы формирующего устройства 8.

Сигнал с входного устройства 1 поступает на интегратор 2, где производится первая операция интегрирования. После этого производится задержка интегрированного сигнала на время t_d1 на линии задержки 3 и суммирование его с сигналом, получаемым на выходе интегратора 2, на сумматоре 4. При этом, у n-й гармоники ряда (1) появится амплитудный коэффициент:

где n - номер гармоники, ω = 2πf - угловая частота основной гармоники.

После этого сигнал, с выхода сумматора 4 поступает на интегратор 5, на котором производится вторая операция интегрирования. Далее на линии задержки 6 производится задержка интегрированного сигнала на время t_d2 и суммирование его с сигналом, получаемым на выходе интегратора 5, на сумматоре 7. При этом, у n-й гармоники ряда (1) появится амплитудный коэффициент:

Таким образом, из (3) и (2) следует, что амплитуда высших гармоник в выходном сигнале с сумматора 7 снижается пропорционально 3-ей степени номера гармоники. При этом, за счет операции сложения сигнала с выхода

линии задержки 6 с сигналом с выхода интегратора 5 удается избавиться от постоянной составляющей сигнала.

Следует отметить, что выбор времени t_d1 и t_d2может быть произвольным в интервале равном от 0 до Т/2 основной гармоники.

Далее сигнал поступает на формирующее устройство 8, где преобразуется в последовательность импульсов. На временной селектор 11 поступает сигнал Т₀ с устройства управления 13. Сигнал Т₀ формируется под действием сигнала кварцевого генератора 9 и его длительность будет определяться, как:

где f_кв - частота кварцевого генератора, (5 или 10 МГц), 10ⁿ - ступени делителя частоты.

За время Т₀ временной селектор 11 пропустит на счетчик импульсов 14 n отсчетов измеряемого сигнала. Таким образом, частота входного сигнала может быть получена по следующей формуле:

Пример.

С выхода формирующего устройства 1 на вход интегратора поступает сигнал u(t)=10sin(ωt)+5sin(9ωt)+5sin(15ωt), представленный на фиг.2а, с частотой первой гармоники 50 Гц. Как видно из фиг.2а, высшие гармоники будут вносить значительные трудности в определение частоты первой гармоники.

После двойной интегральной обработки на выходе сумматора 7 будет сформирован сигнал U(t), представленный на фиг.2б. На фиг.2б видно, что влияние высших гармоник на форму сигнала уменьшено в значительной степени, по сравнению с входным сигналом u(t).

Предлагаемое устройство позволяет снизить влияние высших гармоник на точность измерения частоты, при этом может быть уменьшено время необходимое для измерения частоты до одного периода первой гармоники.

Источники информации

1. Патент RU 2107302, МПК G01R, 23/02. Способ определения частоты электрической сети / Ю.Я. Лямец, А.П. Арсентьев, А.А. Салимон (РФ). - 1998.

2. Алешечкин А.М., Кокорин В.И. «Методы измерения частотно-временных параметров сигналов», - Уч.пособие. - Красноярск: ИПЦ КГТУ. - 2001. - 96с.

Устройство для измерения частоты, содержащее входное устройство, кварцевый генератор, формирующее устройство, делитель частоты, управляющее устройство, временной селектор, счетчик, дешифратор, при этом выход первого формирующего устройства соединен с одним входом временного селектора, второй вход которого соединен с выходом управляющего устройства, выходы которого также соединены с входами счетчика импульсов, делителя частоты, дешифратора, вход управляющего устройства соединен с выходом делителя частоты, вход которого, через второе формирующее устройство, соединен с выходом кварцевого генератора опорной частоты, выход временного селектора соединен со входом счетчика импульсов, выход которого соединен со входом дешифратора, отличающееся тем, что дополнительно после входного устройства введены два интегратора, две линии задержки и два сумматора, при этом выход входного устройства соединен с входом первого интегратора, выход которого в свою очередь соединен с входом первого сумматора и входом первой линии задержки, выход первой линии задержки соединен со входом первого сумматора, выход первого сумматора соединен со входом второго интегратора, выход которого в свою очередь соединен с входом второго сумматора и входом второй линии задержки, выход второй линии задержки соединен с входом второго сумматора, выход второго сумматора соединен со входом первого формирующего устройства.

Изобретение относится к электрическим испытаниям электрооборудования на восприимчивость к электромагнитному воздействию. Способ испытаний микропроцессорной системы управления двигателем автотранспортного средства на восприимчивость к электромагнитному воздействию, в котором испытуемую систему управления в составе транспортного средства подвергают импульсному воздействию электромагнитного излучения с помощью генератора грозового разряда.

Панорамный асинхронный радиоприемник // 2380717

Изобретение относится к радиоизмерительной технике. .

Устройство для измерения частоты входного сигнала панорамного радиоприемника // 2344430

Измеритель частоты заполнения радиоимпульсов // 2308041

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерения частоты заполнения радиоимпульсных сигналов, например в радиолокационных станциях или в измерителях физических величин на основе радиоимпульсных сигналов.

Способ измерения частоты и устройство для его осуществления // 2300112

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического измерения, регулирования и аварийной защиты, в которых исходная информация, подлежащая анализу, представлена в частотной форме.

Устройство для измерения частоты входного сигнала панорамного радиоприемника // 2279097

Устройство для измерения частоты электрических сигналов // 2231077

Изобретение относится к технике цифрового измерения частоты электрических сигналов в низкочастотном и инфрачастотном диапазонах. .

Цифровой частотомер // 2210785

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в радиотехнике, электротехнике, метрологии и других отраслях промышленности для прецизионного измерения частоты сигналов, отклонений частоты от номинального значения, временных интервалов, а также для получения статистических параметров, характеризующих стабильность частоты сигналов за различные периоды времени.

Электронное реле скорости изменения частоты // 2208802

Изобретение относится к электротехнике. .

Электронное реле частоты // 2208801

Изобретение относится к электротехнике. .

Цифровой измеритель частоты // 2517783

Изобретение относится к области измерительной техники и приборостроения, предназначено для измерения частоты следования импульсных сигналов. Цифровой измеритель частоты включает блок логический, блок реверсивного счета, блок логический формирования временного интервала измерения, блок определения временного интервала, счетчик периодов интервала измерения, автомат управления точностью измерения частоты, буфер количества импульсов, буфер начальной установки блока реверсивного счета, буфер временного интервала, буфер минимального временного интервала, буфер нормирующего коэффициента, буфер периода дискретизации, шинный интерфейс, генератор импульсов эталонной частоты. Технический результат заключается в расширении диапазона измерений частоты и снижении относительной погрешности измерений. 2 ил.

Асинхронный панорамный радиоприемник // 2521702

Изобретение относится к радиоизмерительной технике. Асинхронный панорамный радиоприемник содержит последовательно соединенные антенну, входную цепь, усилитель высокой частоты, первый асинхронный детектор, первый видеоусилитель, дифференцирующую цепь и вертикально-отклоняющие пластины первого осциллографа, горизонтально-отклоняющие пластины которого соединены с выходом блока формирования частотной развертки, последовательно подключенные к выходу гетеродина фазовращатель на 90°, второй асинхронный детектор, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, второй видеоусилитель и горизонтально-отклоняющие пластины второго осциллографа, последовательно подключенные к выходу дифференцирующей цепи формирователь импульса, первый ключ, второй вход которого соединен с выходом первого видеоусилителя, и вертикально-отклоняющие пластины второго осциллографа, при этом управляющие входы входной цепи, усилителя высокой частоты, гетеродина и блока формирования частотной развертки соединены с соответствующими выходами блока управления. Устройство снабжено двумя квадраторами, сумматором, блоком извлечения квадратного корня, делителем, блоком определения арктангенса, вторым ключом, измерителем частоты и блоком регистрации и анализа. К выходу первого ключа последовательно подключены первый квадратор, сумматор, второй вход которого через второй квадратор соединен с выходом второго видеоусилителя, блок извлечения квадратного корня и блок регистрации и анализа. К выходу первого видеоусилителя последовательно подключены делитель и блок определения арктангенса, выход которого соединен со вторым входом блока регистрации и анализа, к выходу гетеродина последовательно подключены второй ключ, второй вход которого соединен с выходом формирователя импульса, и измеритель частоты, выход которого соединен с третьим входом блока регистрации и анализа. Технический результат - расширение функциональных возможностей. 4 ил.

Способ измерения отношения частот // 2589351

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения отношения частот периодических сигналов. Способ заключается в том, что формируют из целого числа периодов частоты первого сигнала первый измерительный интервал времени, получая первый код, в течение которого подсчитывают целое число периодов частоты третьего сигнала, получая третий код, одновременно с этим формируют из целого числа периодов частоты второго сигнала измерительный интервал времени, получая второй код, в течение которого подсчитывают целое число периодов частоты третьего сигнала, получая четвертый код, при этом отношение частот первого и второго сигналов получают путем умножения первого кода на четвертый код, второго кода на третий код и делением первого произведения кодов на второе произведение кодов. Технический результат заключается в уменьшении максимальной относительной методической погрешности дискретизации при измерении отношения частот. 2 ил.

Способ измерения частоты // 2638972

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения частоты периодических сигналов. Способ измерения частоты заключается в том, что задают уровень относительной максимальной методической погрешности дискретизации. Формируют импульсы измеряемой и образцовой частот с заданной длительностью. Подсчитывают число импульсов измеряемой и образцовой частот за интервал времени между моментами совпадения импульсов измеряемой и образцовой частот. При этом первое измерение частоты выполняют с заданным значением длительности импульсов образцовой частоты, а последующие измерения частоты выполняют с длительностью импульсов образцовой частоты, которую задают в соответствии с выражением: где τ0 - длительность формируемых импульсов; γ - уровень относительной максимальной методической погрешности дискретизации; Тх - период измеряемой частоты, измеренный за предыдущее измерение; Р(n) - числовой коэффициент (принят 0,2). Технический результат заключается в уменьшении времени измерения частоты. 2 ил.

Способ испытаний электрооборудования автотранспортных средств на восприимчивость к электромагнитному полю // 2640376

Изобретение относится к электрическим испытаниям транспортных средств. В способе испытаний электрооборудования автотранспортных средств на восприимчивость к внешнему электромагнитному полю испытываемое электрооборудование устанавливают в бортовую сеть транспортного средства и подвергают воздействию внешнего излучения с заданными параметрами. На каждой частоте воздействующего излучения транспортное средство позиционируется в горизонтальной плоскости по отношению к внешнему источнику электромагнитного поля в диапазоне определенных углов. Во время испытаний угловая скорость вращения транспортного средства относительно внешнего источника излучения не должна превышать 5 град/с. При этом минимальное расстояние между внешним источником излучения и транспортным средством выбирается исходя из максимального линейного размера транспортного средства в горизонтальной плоскости и угла главного лепестка диаграммы направленности в горизонтальной плоскости внешнего источника излучения. Повышается полнота определения помехоустойчивости. 2 ил.

Способ измерения несущей частоты амплитудо-модулированного сигнала // 2647986

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерения несущей частоты амплитудо-модулированного сигнала. Для измерения несущей частоты радиоимпульса формируются два временных интервала. Причем первый интервал формируется по переднему фронту нормированной последовательности прямоугольных импульсов разной длительности с неизвестной частотой, а второй - по заднему фронту этих импульсов. Подсчитывают и суммируют число импульсов эталонной частоты на полученных временных интервалах, а частота определяется как полусумма числа импульсов на полученных временных интервалах за секунду. Технический результат заключается в повышении точности измерений. 4 ил.