CN104730336A - 频率检测装置及频率检测方法 - Google Patents

Abstract

一种频率检测装置及频率检测方法在此揭露。频率检测装置包括滤波器、侦测模块以及计算模块。滤波器用以接收输入信号，并用以滤波输入信号，以产生待测信号。侦测模块用以利用二阶微分器侦测待测信号的多个波峰或多个波谷，以产生多个侦测信号。侦测信号分别对应波峰或波谷。计算模块用以接收侦测信号，并用以根据侦测信号计算待测信号的频率。

Description

频率检测装置及频率检测方法

技术领域

本发明是有关于一种电子装置。特别是一种频率检测装置及频率检测方法。

背景技术

随着科技的快速进展，各种型态的电子装置已广泛地应用在人们生活当中。

电力系统用以提供电力信号，以驱动各式电子装置。电力信号的频率攸关用电的安全性问题。在电力信号的频率不稳定时，接收电力信号的电子装置可能因而受损或烧毁，而造成安全上的风险。

传统技术中，可利用模拟-数字转换器撷取电力信号，而后运用处理器对电力信号进行后处理(post processing)，并据以计算电力信号的频率。然而如此的做法成本较高，且无法即时地监控电力信号的频率。

是以，为能够即时监控电力信号的频率，一种更有效的频率检测装置当被提出。

发明内容

本发明的一方面为一种频率检测装置。根据本发明一实施例，频率检测装置包括一滤波器、一侦测模块以及一计算模块。该滤波器用以接收一输入信号，并用以滤波该输入信号，以产生一待测信号。该侦测模块用以利用一二阶微分器侦测该待测信号的多个波峰或多个波谷，以产生多个侦测信号。所述侦测信号分别对应所述波峰或所述波谷。计算模块用以接收所述侦测信号，并用以根据所述侦测信号计算该待测信号的一频率。

本发明的一方面为一种频率检测方法。根据本发明一实施例，频率检测方法包括：滤波一输入信号，以产生一待测信号；利用一二阶微分器，侦测该待测信号的多个波峰或多个波谷，以产生多个侦测信号，其中所述侦测信号分别对应所述波峰或所述波谷；以及根据所述侦测信号计算该待测信号的一频率。

综上所述，透过应用上述一实施例，即可即时监控待测信号的频率，以确保待测信号的频率的稳定。

附图说明

图1为根据本发明一实施例所绘示的频率检测装置的示意图；

图2为根据本发明一实施例所绘示的不同信号的示意图；

图3为根据本发明一实施例所绘示的侦测单元的示意图；

图4a为根据本发明一实施例所绘示的判断单元的示意图；

图4b为根据本发明另一实施例所绘示的判断单元的示意图；以及

图5为根据本发明一实施例所绘示的频率检测方法的流程图。

具体实施方式

以下将以附图及详细叙述清楚说明本发明的精神，任何所属技术领域中具有通常知识者在了解本发明的较佳实施例后，当可由本发明所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明的精神与范围。

关于本文中所使用的“电性连接”，可指二或多个元件相互直接作实体或电性接触，或是相互间接作实体或电性接触，而“电性连接”还可指二或多个元件相互操作或动作。

于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的“包括”、“具有”等等，均为开放性的用语，即意指包括但不限于。

关于本文中所使用的“及/或”，是包括所述事物的任一或全部组合。

关于本文中所使用的用词(terms)，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在此揭露的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本揭露的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本揭露的描述上额外的引导。

本发明的一实施方式为一种频率检测装置。频率检测装置可用以检测电力信号、光信号、生理信号的频率等。为使叙述明确，在以下段落中，仅以检测电力信号的频率为例进行说明，然而本发明并不以此为限。

图1为根据本发明一实施例所绘示的频率检测装置100的示意图。频率检测装置100可电性连接变压器10。变压器10用以接收外部的电力信号，并将电力信号转换为对应频率检测装置100的操作电压的输入信号S(t)。在一实施例中，电力信号的振幅为110V-220V，输入信号S(t)的振幅为5V-12V。当注意到，在一些实施例中，于外部的电力信号符合频率检测装置100的操作电压的情况下，变压器10可被省略。

在本实施例中，频率检测装置100包括滤波器110、侦测模块120以及计算模块130。滤波器110电性连接侦测模块120。侦测模块120电性连接计算模块130。

在本实施例中，滤波器110用以接收输入信号S(t)，并用以滤波输入信号S(t)，以产生待测信号F(t)。在一实施例中，滤波器110为低通滤波器，用以滤除输入信号S(t)的高频杂讯。在进一步的实施例中，待测信号F(t)大致为输入信号S(t)的基频信号(fundamental frequency)。在其它实施例中，滤波器110亦可以是带通滤波器。

在本实施例中，侦测模块120用以接收待测信号F(t)，并用以侦测待测信号F(t)的多个波峰或多个波谷，以产生多个侦测信号Y，并传送这些侦测信号Y至计算模块130，其中这些侦测信号Y分别对应待测信号F(t)的波峰或波谷。换言之，侦测模块120是在待测信号F(t)抵达波峰或波谷的多个时间点产生前述的侦测信号Y。在一实施例中，侦测模块120例如可利用一二阶微分器，以产生前述的侦测信号Y，关于此一二阶微分器的细节将在以下段落详述。

在本实施例中，计算模块130用以接收侦测模块120所产生的侦测信号Y，并根据这些侦测信号Y计算待测信号F(t)的频率FR。在一实施例中，计算模块130是计算接收到相邻两个侦测信号Y的时间点之间的时间差，作为待测信号F(t)的周期。计算模块130并计算待测信号F(t)的周期的倒数，以求得待测信号F(t)的频率FR。这些相邻两个侦测信号Y的时间点意指待测信号F(t)连续抵达两个波峰或两个波谷的时间点。

举例而言，同时参照图2，在时间点t1时，待测信号F(t)扺达波峰，此时侦测模块120产生一第一侦测信号Y。接着，在时间点t3时，待测信号F(t)再次扺达波峰，此时侦测模块120产生一第二侦测信号Y。计算模块130分别接收第一侦测信号Y与第二侦测信号Y，并计算接收到第一侦测信号Y与第二侦测信号Y的时间点之间的时间差。此一时间差即为待测信号F(t)的周期D。

当注意到，在不同实施例中，侦测模块120亦可于待测信号F(t)扺达波谷时产生侦测信号Y。本发明不以上述实施例为限。

在一实施例中，上述滤波器110、侦测模块120以及计算模块130皆可用数字及/或模拟电路实现。

透过应用上述一实施例，频率检测装置100即可即时监控待测信号F(t)的频率FR，以确保待测信号F(t)的频率FR的稳定。此外，透过上述侦测波峰或波谷的作法，更可避免待测信号F(t)的直流杂讯干扰侦测，以确保频率检测的准确性。

以下将提供本发明一实施例中的具体细节，然而本发明不以下述实施例为限。

在本发明一实施例中，侦测模块120包括一侦测单元122以及一判断单元124。侦测单元122电性连接判断单元124。

侦测单元122用以侦测待测信号F(t)的波峰及波谷，以产生多个极值信号Z，并提供这些极值信号Z至判断单元124，其中这些极值信号Z分别对应待测信号F(t)的波峰及波谷。换言之，侦测单元122是在待测信号F(t)抵达波峰及波谷的多个时间点产生前述的极值信号Z。

另外，侦测单元122用以二阶微分待测信号F(t)，以产生待测信号F(t)的二阶微分信号F＂(t)，并提供待测信号F(t)的二阶微分信号F＂(t)至判断单元124。

判断单元124用以接收来自侦测单元122的极值信号Z以及待测信号F(t)的二阶微分信号F＂(t)，以产生前述侦测信号Y。在一实施例中，判断单元124是在接收到前述极值信号Z且待测信号F(t)的二阶微分信号F＂(t)的数值为正数或为负数的多个时间点，分别产生所述的侦测信号Y。

举例而言，同时参照图2，在时间点t1时，待测信号F(t)扺达波峰，侦测单元122产生一第一极值信号Z。接着，在时间点t2时，待测信号F(t)抵达波谷，侦测单元122产生一第二极值信号Z。接着，在时间点t3时，待测信号F(t)再次扺达波峰，侦测单元122产生一第三极值信号Z。接着，在时间点t4时，待测信号F(t)再次扺达波谷，侦测单元122产生一第四极值信号Z。

另一方面，在待测信号F(t)例如为正弦函数(例如表示为+sin(ωt))的情况下，待测信号F(t)的二阶微分信号F＂(t)为负的正弦函数(例如表示为-sin(ωt))。是以，于时间点t1、t2、t3、t4(于接收到极值信号Z时)，判断单元124可根据待测信号F(t)的二阶微分信号F＂(t)为正数或负数以判断此时待测信号F(t)是抵达波峰或波谷，并据以决定是否输出所述的侦测信号Y。

换言之，判断单元124是根据待测信号F(t)的二阶微分信号F＂(t)，选择性地于待测信号F(t)抵达波峰的时间点(如时间点t1、t3)输出侦测信号Y，或于待测信号F(t)抵达波谷的时间点(如时间点t2、t4)输出侦测信号Y。

图3为根据本发明一实施例所绘示的侦测单元122的示意图。在本实施例中，侦测单元122包括第一微分器DF1、第二微分器DF2以及零点侦测器ZD。在本实施例中，第一微分器DF1分别与第二微分器DF2以及零点侦测器ZD电性串连。在一实施例中，前述二阶微分器可包括此处第一微分器DF1与第二微分器DF2。在一实施例中，第一微分器DF1、第二微分器DF2以及零点侦测器ZD皆可用模拟及/或数字电路实现。

在本实施例中，第一微分器DF1用以接收待测信号F(t)，并用以微分待测信号F(t)，以产生待测信号F(t)的一阶微分信号F＇(t)。第一微分器DF1用以分别提供待测信号F(t)的一阶微分信号F＇(t)至第二微分器DF2以及零点侦测器ZD。

第二微分器DF2用以接收待测信号F(t)的一阶微分信号F＇(t)，并用以再次微分待测信号F(t)的一阶微分信号F＇(t)，以产生待测信号F(t)的二阶微分信号F＂(t)。

零点侦测器ZD用以接收待测信号F(t)的一阶微分信号F＇(t)，并用以侦测待测信号F(t)的一阶微分信号F＇(t)的零点，并于待测信号F(t)的一阶微分信号F＇(t)为零的多个时间点分别产生前述的极值信号Z。

再次参照图2，在待测信号F(t)例如为正弦函数(例如表示为+sin(ωt))的情况下，待测信号F(t)的一阶微分信号F＇(t)为余弦函数(例如表示为+cos(ωt))。待测信号F(t)的一阶微分信号F＇(t)为零的时间点分别是待测信号F(t)抵达波峰以及波谷的时间点t1-t4。因此，透过零点侦测器ZD侦测待测信号F(t)的一阶微分信号F＇(t)的零点，即可于待测信号F(t)抵达波峰及波谷的时间点产生极值信号Z。

图4a、图4b分别为根据本发明不同实施例中的判断单元124所绘示的示意图。

在图4a实施例中，判断单元124例如包括一反相器IN1、一缓冲器BF以及一或非门NR。反相器IN1用以接收极值信号Z，并提供一反相的极值信号Z＇至或非门NR的一输入端。缓冲器BF用以接收待测信号F(t)的二阶微分信号F＂(t)，并用以提供数字化后的待测信号F(t)的二阶微分信号F＂(t)(例如表示为信号F＂(t)-d)至或非门NR的另一输入端。或非门NR用以接收反相的极值信号Z＇以及信号F＂(t)-d，并据以操作性输出侦测信号Y。

举例而言，同时参照图2，在时间点t1时，反相器IN1接收极值信号Z(例如是逻辑准位1)，并提供反相的极值信号Z＇(例如是逻辑准位0)至或非门NR。此时，缓冲器BF接收数值小于零的待测信号F(t)的二阶微分信号F＂(t)，并输出信号F＂(t)-d(例如是逻辑准位0)。此时，由于或非门NR的两输入端逻辑准位相反，故输出侦测信号Y(例如是逻辑准位1)。

另一方面，于时间点t2时，反相器IN1接收极值信号Z(例如是逻辑准位1)，并提供反相的极值信号Z＇(例如是逻辑准位0)至或非门NR。此时，缓冲器BF接收数值大于零的待测信号F(t)的二阶微分信号F＂(t)，并输出信号F＂(t)-d(例如是逻辑准位1)。此时，由于或非门NR的两输入端逻辑准位相同，故不输出侦测信号Y(例如是逻辑准位0)。时间点t3、t4的操作可由上述操作类推。

透过上述图4a中的设置，判断单元124即可在待测信号F(t)抵达波峰时产生侦测信号Y。

另一方面，在图4b实施例中，判断单元124例如包括一反相器IN2以及一与门AD。反相器IN2用以接收待测信号F(t)的二阶微分信号F＂(t)，并用以提供反向且数字化后的待测信号F(t)的二阶微分信号F＂(t)(例如表示为信号F＂(t)-d＇)至与门AD的一输入端。与门AD的另一输入端用以接收极值信号Z。与门AD根据极值信号Z以及信号F＂(t)-d＇，操作性输出侦测信号Y。

举例而言，同时参照图2，在时间点t1时，与门AD的一输入端接收极值信号Z(例如是逻辑准位1)。此时，反相器IN2接收数值小于零的待测信号F(t)的二阶微分信号F＂(t)，并输出信号F＂(t)-d＇(例如是逻辑准位1)。此时，由于与门AD的两输入端逻辑准位皆为逻辑准位1，故输出侦测信号Y(例如是逻辑准位1)。

另一方面，于时间点t2时，与门AD的一输入端接收极值信号Z(例如是逻辑准位1)。此时，反相器IN2接收数值大于零的待测信号F(t)的二阶微分信号F＂(t)，并输出信号F＂(t)-d＇(例如是逻辑准位0)。此时，由于与门AD的两输入端逻辑准位不同，故不输出侦测信号Y(例如是逻辑准位0)。时间点t3、t4的操作可由上述操作类推。

透过上述图4b中的设置，判断单元124亦可在待测信号F(t)抵达波峰时产生侦测信号Y。

当注意到，于上述实施例中，仅以判断单元124在待测信号F(t)抵达波峰时产生侦测信号Y为例进行叙述。然而，本领域人士当可清楚了解，通过改变上述判断单元124的设置，判断单元124亦可在待测信号F(t)抵达波谷时产生侦测信号Y。是以，本发明不以上述实施例为限。

此外，当注意到，虽然在上述实施例中，上述滤波器110、侦测模块120以及计算模块130皆以具体的电路为例进行介绍。然而实际上，于不同实施例中，滤波器110、侦测模块120及/或计算模块130的功能亦可通过一处理器执行一储存于一计算机可读取记录媒体中的计算机程序以实现。处理器例如可为中央处理器(central processing unit，CPU)、数字信号处理器(digitalsignal processor，DSP)、微处理器(micro processor)或其他可执行指令的硬体元件。此外，计算机可读取记录媒体例如可为只读记忆体、快闪记忆体、软盘、硬盘、光盘、随身盘、磁带、可由网络存取的数据库或其他类型的储存元件。计算机可读取记录媒体存有多个指令，供处理器存取后执行而提供频率检测装置100的功能。

本发明的另一实施方式为一种频率检测方法。此一频率检测方法可应用于相同或相似于图1中的频率检测装置100。(然而，在一些实施例中，此一频率检测方法亦可实作为一计算机程序产品(如应用程序)，并储存于例如前述的计算机可读取记录媒体中，而使计算机(如处理)读取此记录媒体后执行频率检测方法。

为使叙述简单，以下将根据本发明一实施例，以图1中的频率检测装置100为例进行此一频率检测方法的叙述，然本发明不以此应用为限。

另外，应了解到，在本实施方式中所提及的上述运作方法的步骤，除特别叙明其顺序者外，均可依实际需要调整其前后顺序，甚至可同时或部分同时执行。

图5为根据本发明一实施例所绘示的频率检测方法500的流程图。

在步骤S1中，频率检测装置100透过滤波器110滤波输入信号S(t)，以产生待测信号F(t)。

在步骤S2中，频率检测装置100透过侦测模块120侦测待测信号F(t)的波峰或波谷，以产生多个侦测信号Y，其中这些侦测信号Y分别对应待测信号F(t)的波峰或波谷。在一实施例中，频率检测装置100是利用一二阶微分器侦测待测信号F(t)的波峰或波谷。

在步骤S3中，频率检测装置100透过计算模块130计算待测信号F(t)的频率FR。在一实施例中，计算模块130是计算接收到相邻两个侦测信号Y之间的时间差，作为待测信号F(t)的周期。而后，计算模块130计算待测信号F(t)的周期的倒数，以求得待测信号F(t)的频率FR。

透过应用上述一实施例，即可即时监控待测信号F(t)的频率FR，以确保待测信号F(t)的频率FR的稳定。此外，透过上述侦测波峰或波谷的作法，更可避免待测信号F(t)的直流杂讯干扰侦测，以确保频率检测的准确性。

当注意到，上述步骤S1-S3的具体细节可参照前述实施方式，在此不赘述。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种频率检测装置，其特征在于，包括：

一滤波器，用以接收一输入信号，并用以滤波该输入信号，以产生一待测信号；

一侦测模块，其中该侦测模块用以利用一二阶微分器侦测该待测信号的多个波峰或多个波谷，以产生多个侦测信号，其中所述侦测信号分别对应所述波峰或所述波谷；以及

一计算模块，用以接收所述侦测信号，并用以根据所述侦测信号计算该待测信号的一频率。

2.根据权利要求1所述的频率检测装置，其特征在于，该侦测模块包括：

一侦测单元，其中该侦测单元用以侦测该待测信号的所述波峰及所述波谷，以产生多个极值信号，并用以利用该二阶微分器二阶微分该待测信号以产生该待测信号的一二阶微分信号，其中所述极值信号分别对应所述波峰及所述波谷；以及

一判断单元，用以根据所述极值信号以及该待测信号的该二阶微分信号，产生所述侦测信号。

3.根据权利要求2所述的频率检测装置，其特征在于，该侦测单元包括：

一第一微分器，用以微分该待测信号，以产生该待测信号的一一阶微分信号；

一第二微分器，用以微分该待测信号的该一阶微分信号，以产生该待测信号的该二阶微分信号；以及

一零点侦测器，用以于该待测信号的该一阶微分信号为零的多个时间点分别产生所述极值信号。

4.根据权利要求2所述的频率检测装置，其特征在于，该判断单元用以于接收到所述极值信号且该待测信号的该二阶微分信号的数值为正数或为负数的多个时间点，分别产生所述侦测信号。

5.根据权利要求1所述的频率检测装置，其特征在于，该计算模块还用以计算接收到所述侦测信号中相邻两者之间的时间差，作为该待测信号的一周期。

6.一种频率检测方法，其特征在于，包括：

滤波一输入信号，以产生一待测信号；

利用一二阶微分器，侦测该待测信号的多个波峰或多个波谷，以产生多个侦测信号，其中所述侦测信号分别对应所述波峰或所述波谷；以及

根据所述侦测信号计算该待测信号的一频率。

7.根据权利要求6所述的频率检测方法，其特征在于，侦测该待测信号的所述波峰或所述波谷，以产生所述侦测信号的步骤包括：

侦测该待测信号的所述波峰及所述波谷，以产生多个极值信号，其中所述极值信号分别对应所述波峰及所述波谷；

二阶微分该待测信号以产生该待测信号的一二阶微分信号；以及

根据所述极值信号以及该待测信号的该二阶微分信号，产生所述侦测信号。

8.根据权利要求7所述的频率检测方法，其特征在于，侦测该待测信号的所述波峰及所述波谷，以产生所述极值信号的步骤包括：

微分该待测信号，以产生该待测信号的一一阶微分信号；

于该待测信号的该一阶微分信号为零的多个时间点分别产生所述极值信号。

9.根据权利要求7所述的频率检测方法，其特征在于，根据所述极值信号以及该待测信号的该二阶微分信号，产生所述侦测信号的步骤包括：

于所述极值信号产生且该待测信号的该二阶微分信号的数值为正数或为负数的多个时间点，分别产生所述侦测信号。

10.根据权利要求6所述的频率检测方法，其中根据所述侦测信号计算该待测信号的该频率的步骤包括：

计算产生所述侦测信号中相邻两者之间的时间差，作为该待测信号的一周期。