CN110542792A - 一种高精度频率测量电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高精度频率测量电路，包括信号抬升变换电路、幅值比较电路、方波整形电路；两路交流电压信号通过信号抬升变换电路变换到0～VCC以内，变换后的交流电压信号经过幅值比较电路整形得到方波信号，滤除线路上的谐波信号，再经过方波整形电路将方波信号中的杂波滤除，最终得到精准的频率信号波形。本发明采集两路交流电压信号的频率，经过一系列信号变换、滤波电路，能够更好的滤除线路上引入的干扰，更精准、更快速的跟踪频率变化，从而保证测量精度。
Description
技术领域
本发明属于配电自动化技术，具体涉及一种高精度频率测量电路。
背景技术
配网行业中要求配电自动化终端能够实时采集电力系统线路上电压、电流运行的频率，误差不大于±0.02Hz。目前，国内外广泛采用的是对实时采集的信号进行软件算法处理，既耗费CPU资源又无法保证太高的精度；现有的硬件测频自身处理速度慢，不便于自动控制，方案成本高，尤其是容易受到线路电压、电流信号过零点时上下振荡干扰的影响，导致最终无法保证测量精度。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种能够滤除线路上的干扰，提高测量精度的高精度频率测量电路。
技术方案：本发明的高精度频率测量电路，包括信号抬升变换电路、幅值比较电路、方波整形电路；两路交流电压信号通过信号抬升变换电路变换到0～VCC以内，变换后的交流电压信号经过幅值比较电路整形得到方波信号，并且滤除线路上的谐波信号，再经过方波整形电路将方波信号中的杂波滤除，最终得到精准的频率信号波形。
所述信号抬升变换电路包括第一电容C1、第三电容C3，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4，第一运算放大器U1、第二运算放大器U4；所述第一电容C1串联第一电阻R1后与第一运算放大器U1的反相端连接，第二电阻R2的一端与第一运算放大器U1的反相端连接，第二电阻R2的另一端与第一运算放大器U1的输出端连接；所述第三电容C3串联第三电阻R3后与第二运算放大器U4的反相端连接，第四电阻R4的一端与第二运算放大器U4的反相端连接，第四电阻R4的另一端与第二运算放大器U4的输出端连接；第一运算放大器U1的同相端与第二运算放大器U4的同相端连接之后接入参考电压。
所述幅值比较电路包括第一比较器U2、第二比较器U5、第二电容C2、第四电容C4；所述第一比较器U2的同相端与第一运算放大器U1的输出端连接，第二电容C2的一端与第一比较器U2的输出端连接，第二电容C2的另一端接地；所述第二比较器U5的同相端与第二运算放大器U4的输出端连接，第四电容C4的一端与第二比较器U5的输出端连接，第四电容C4的另一端接地；第一比较器U2的反相端与第二比较器U5的反相端连接之后接入参考电压。
所述方波整形电路包括第一单稳态触发器U3、第二单稳态触发器U6；第一单稳态触发器U3的输入端与第一比较器U2的输出端连接，第一单稳态触发器U3的输出端输出频率；第二单稳态触发器U6的输入端与第二比较器U5的输出端连接，第二单稳态触发器U6的输出端输出频率。
所述幅值比较电路通过在输出端并联电容对谐波信号进行滤除，从而提高测量精度。
所述方波整形电路采用单稳态触发器滤除方波信号中的杂波，单稳态触发器能够进一步滤除前级幅值比较电路输出的方波脉冲，保证精度更高。
所述第一电容C1、第三电容C3容值均为10μF/25V，第一电容C1、第三电容C3型号均为0805X106K250CT；第一运算放大器U1、第二运算放大器U4的型号均为LMV358IDR，电容用于通交流隔直流，保证运算放大器输出信号以VREF为基准上下变化，保证对原始交流电压信号较宽范围的频率测量。
所述第一比较器U2、第二比较器U5型号均为LMV358IDR；第二电容C2、第四电容C4容值均为100nF/50V。
所述第一单稳态触发器U3、第二单稳态触发器U6型号均为74HC123D。
有益效果：本发明与现有技术相比，其有益效果在于：(1)通过同时采集两路交流电压信号的频率，再经过一系列信号变换、滤波电路，能够滤除线路上引入的干扰，更精准的更快速的跟踪频率变化，从而保证测量精度；(2)采用单稳态触发器进一步滤除前级幅值比较电路输出的方波脉冲，保证精度更高。
附图说明
图1为本发明的高精度频率测量电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式和说明书附图对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，本发明的高精度频率测量电路，包括信号抬升变换电路、幅值比较电路、方波整形电路；两路交流电压信号通过信号抬升变换电路变换到0～VCC以内，变换后的交流电压信号经过幅值比较电路整形得到方波信号，并且滤除谐波信号，提高精度，再经过方波整形电路将方波信号中的杂波滤除，最终得到精准的频率信号波形。
信号抬升变换电路包括第一电容C1、第三电容C3，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4，第一运算放大器U1、第二运算放大器U4；第一电容C1串联第一电阻R1后与第一运算放大器U1的反相端连接，第二电阻R2的一端与第一运算放大器U1的反相端连接，第二电阻R2的另一端与第一运算放大器U1的输出端连接；第三电容C3串联第三电阻R3后与第二运算放大器U4的反相端连接，第四电阻R4的一端与第二运算放大器U4的反相端连接，第四电阻R4的另一端与第二运算放大器U4的输出端连接；第一运算放大器U1的同相端与第二运算放大器U4的同相端连接之后接入参考电压。第一路交流电压信号u1通过第一电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2、第一运算放大器U1将信号缩小R2/R1倍并抬升到参考电压值。第二路交流电压信号u3通过第三电容C3、第三电阻R3、第四电阻R4、第二运算放大器U4将信号缩小R4/R3倍并抬升到参考电压值。信号抬升变换电路通过两个运算放大器将信号缩小一定倍数之后再抬升，实现了信号的变换与抬升。由上述可知，第一电阻R1与第二电阻R2的阻值比例、第三电阻R3与第四电阻R4阻值比例决定了信号缩小的倍数。在本实施例中，第一电容C1、第三电容C3容值均为10μF/25V，第一电容C1、第三电容C3型号均为0805X106K250CT；第一运算放大器U1、第二运算放大器U4的型号均为LMV358IDR。
幅值比较电路包括第一比较器U2、第二比较器U5、第二电容C2、第四电容C4；所述第一比较器U2的同相端与第一运算放大器U1的输出端连接，第二电容C2的一端与第一比较器U2的输出端连接，第二电容C2的另一端接地；所述第二比较器U5的同相端与第二运算放大器U4的输出端连接，第四电容C4的一端与第二比较器U5的输出端连接，第四电容C4的另一端接地；第一比较器U2的反相端与第二比较器U5的反相端连接之后接入参考电压。幅值比较电路将前级信号抬升变换电路处理后的交流电压信号与参考电压VREF进行比较，交流电压信号大于VREF时，输出高电平VCC，交流电压信号小于VREF时，输出低电平，实现了将交流电压信号输出为方波信号，方波信号更有利于CPU处理。为了消除线路上谐波等杂波信号的干扰，在两个比较器的输出端并联电容进行滤波。在本实施例中，第一比较器U2、第二比较器U5型号均为LMV358IDR；第二电容C2、第四电容C4容值均为100nF/50V。
方波整形电路包括第一单稳态触发器U3、第二单稳态触发器U6；第一单稳态触发器U3的输入端与第一比较器U2的输出端连接，第一单稳态触发器U3的输出端输出频率；第二单稳态触发器U6的输入端与第二比较器U5的输出端连接，第二单稳态触发器U6的输出端输出频率。方波整形电路采用单稳态触发器滤除方波信号中的杂波，如方波脉冲，从而保证最终测量精度更高。在本实施例中，第一单稳态触发器U3、第二单稳态触发器U6型号均为74HC123D。
Claims (10)
1.一种高精度频率测量电路，其特征在于：包括信号抬升变换电路、幅值比较电路、方波整形电路；
两路交流电压信号通过信号抬升变换电路变换到0～VCC以内，变换后的交流电压信号经过幅值比较电路整形得到方波信号，并且滤除线路上的谐波信号，再经过方波整形电路将方波信号中的杂波滤除，最终得到精准的频率信号波形。
2.根据权利要求1所述的高精度频率测量电路，其特征在于：所述信号抬升变换电路包括第一电容C1、第三电容C3，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4，第一运算放大器U1、第二运算放大器U4；所述第一电容C1串联第一电阻R1后与第一运算放大器U1的反相端连接，第二电阻R2的一端与第一运算放大器U1的反相端连接，第二电阻R2的另一端与第一运算放大器U1的输出端连接；所述第三电容C3串联第三电阻R3后与第二运算放大器U4的反相端连接，第四电阻R4的一端与第二运算放大器U4的反相端连接，第四电阻R4的另一端与第二运算放大器U4的输出端连接；第一运算放大器U1的同相端与第二运算放大器U4的同相端连接之后接入参考电压。
3.根据权利要求1所述的高精度频率测量电路，其特征在于：所述幅值比较电路包括第一比较器U2、第二比较器U5、第二电容C2、第四电容C4；所述第一比较器U2的同相端与第一运算放大器U1的输出端连接，第二电容C2的一端与第一比较器U2的输出端连接，第二电容C2的另一端接地；所述第二比较器U5的同相端与第二运算放大器U4的输出端连接，第四电容C4的一端与第二比较器U5的输出端连接，第四电容C4的另一端接地；第一比较器U2的反相端与第二比较器U5的反相端连接之后接入参考电压。
4.根据权利要求1所述的高精度频率测量电路，其特征在于：所述方波整形电路包括第一单稳态触发器U3、第二单稳态触发器U6；第一单稳态触发器U3的输入端与第一比较器U2的输出端连接，第一单稳态触发器U3的输出端输出频率；第二单稳态触发器U6的输入端与第二比较器U5的输出端连接，第二单稳态触发器U6的输出端输出频率。
5.根据权利要求1所述的高精度频率测量电路，其特征在于：所述幅值比较电路通过在输出端并联电容对谐波信号进行滤除。
6.根据权利要求1所述的高精度频率测量电路，其特征在于：所述方波整形电路采用单稳态触发器滤除方波信号中的杂波。
7.根据权利要求2所述的高精度频率测量电路，其特征在于：所述第一电容C1、第三电容C3容值均为10μF/25V，第一电容C1、第三电容C3型号均为0805X106K250CT；第一运算放大器U1、第二运算放大器U4的型号均为LMV358IDR。
8.根据权利要求3所述的高精度频率测量电路，其特征在于：所述第一比较器U2、第二比较器U5型号均为LMV358IDR；第二电容C2、第四电容C4容值均为100nF/50V。
9.根据权利要求4所述的高精度频率测量电路，其特征在于：所述第一单稳态触发器U3、第二单稳态触发器U6型号均为74HC123D。
10.根据权利要求2所述的高精度频率测量电路，其特征在于：所述第一电阻R1与第二电阻R2的阻值比例、第三电阻R3与第四电阻R4阻值比例与信号缩小的倍数有关。
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