CS261718B1

CS261718B1 - Wiring to measure the instantaneous frequency around the mid-range frequency

Info

Publication number: CS261718B1
Application number: CS87415A
Authority: CS
Inventors: Frantisek Ing Mejta
Original assignee: Mejta Frantisek
Priority date: 1987-01-20
Filing date: 1987-01-20
Publication date: 1989-02-10
Also published as: CS41587A1

Abstract

Řešení se týká oboru elektrotechniky. Zapojení řeší technický problém přesného měření okamžitého kmitočtu, zejména sítového, v okolí měnitelného středního kmitočtu s rozšířením po periodě. Podstata řešení spočívá v tom, ze z měřeného kmitočtu je odfiltrováno rušivé pozadí a komparací v nulové úrovni je vstupní signál převeden na logický. Do výstupní analogové paměti je každou periodu zapisováno napětí úměrné rozdílu současné délky periody středního kmitočty, která je určena měnitelnou úrovní napětováho zdroje. Napětí úměrné rozdílu period je získáno tak, že po dobu trvání současné periody je integrováno napětí zdroje napětí a v diferenčním zesilovači je od něho odečteno napětí úfaěrné periodě středního kmitočtu. Zapojení je možno využít v energetice av v průmyslu, zejména pro účely měření sítového kmitočtu při přechodných dějích v energetické soustavě a při vývoji, výrobě a provozu specializovaných zařízení.The solution concerns the field of electrical engineering. The circuit solves the technical problem of accurate measurement of instantaneous frequency, especially network frequency, in the vicinity of a variable medium frequency with extension by period. The essence of the solution lies in the fact that the background noise is filtered out from the measured frequency and the input signal is converted to a logical one by comparison at zero level. Each period, a voltage proportional to the difference in the current length of the medium frequency period, which is determined by the variable level of the voltage source, is written to the output analog memory. The voltage proportional to the difference in periods is obtained by integrating the voltage of the voltage source over the duration of the current period and subtracting the voltage corresponding to the medium frequency period from it in a differential amplifier. The circuit can be used in the power industry and in industry, especially for the purposes of measuring the network frequency during transient events in the power system and in the development, production and operation of specialized equipment.

Description

261 718261 718

Vynález se týká zapojeni pro měření okamžitého kmitočtu v okolí středního kmitočtu* zejména silového, jehoář účelem je získáni časového průběhu kmitočtu v analogové formě s rozlišením po periodě v blízkém okolí středního kmitočtu·The invention relates to a circuit for measuring the instantaneous frequency in the vicinity of the center frequency, in particular the power frequency, whose purpose is to obtain a frequency waveform in analog form with a resolution after a period in the vicinity of the center frequency.

V současné době se pro účely analogového měřeni kmitočtu, zejména sílového, využívá převodníků řady NC, které pracuji na principu porovnáni délky periody měřeného kmitočtu s normálovou periodou, jejichž časový rozdíl je převeden na výstupní analogový signál integrací· Nevýhodou je, že výstupní signál sleduje změny vstupního kmitočtu s velkou časovou konstantou, takže rychlé změny kmitočtu nelze měřit bez zkreslení a jsou pevně určené pouze dva střední kmitočty a tři rozsahy frekvencí v jejich okolí bez možnosti změny středního,kmitočtu podle současného kmitočtu sítě pro zachování plného dynamického rozsahu* Další nevýhodou je vliv rušivých signálů, které mohou být obsaženy v měřeném kmitočtu, na přesnost výstupního údaje.Nowadays, NC series converters are used for analog frequency measurement, especially for power measurement, which work on the principle of comparing the period length of the measured frequency with the normal period whose time difference is converted to an analog output signal by integration. input frequency with a large time constant, so rapid frequency changes cannot be measured without distortion and only two center frequencies and three frequency ranges are fixed around them without the possibility of changing the center frequency according to the current network frequency to maintain full dynamic range * interfering signals, which may be contained in the measured frequency, to the accuracy of the output data.

Tyto nevýhody podstatně zmírňuje zapojeni pro měření okamžitého kmitočtu v okolí středního kmitočtu podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že vstupní svorka je spojená se vstupem analogového filtru, jehož výstup je připojen na první vstup komparátoru, jehož druhý vstup je uzemněn, výstup komparátoru je připojen na vstup děliče kmitočtu, jehož výstup je současně připojen na vstup negátoru a první vstup prvního klopného obvodu, jehož výstup je současně připojen na vstup prvního monostabilního klopného obvodu, na druhý vstup druhého klopného obvodu a na první vstup prvního integrátoru, jehož výstup je připojen na první vstup prvního diferenčního zesilovače, jehož výstup je připojen na první vstup analogové paměti, jejíž výstup je připojen k výstupní svorce, výstup prvního monostabilního klopného obvodu je připojen současně na třetí vstup analogové paměti a na výstup druhého monostabilního klopného obvodu, jehož výstup je připojen na třetí vstup prvního integrátoru, jehož druhý vstup je současně připojen k prvnímu zdroji napětí a na druhý vstup druhého integrátoru, jehož první vstup je současně připojen na výstup druhého klopného obvodu a na vstup třetího monostabilního klopného obvodu, jehož výstup je současně připojen na čtvrtý vstup analogové paměti a na vstup čtvrtého monostabilního klopného obvodu, jehož výstup je připojen na třetí vstup druhého integrátoru, jehož výstup je připojenThese disadvantages are greatly mitigated by the wiring for measuring the instantaneous frequency around the center frequency according to the invention, which is based on the input terminal being connected to an analog filter input whose output is connected to a first comparator input, the second input being grounded, the comparator output being connected to the input of a frequency divider whose output is simultaneously connected to the input of the negator and the first input of the first flip-flop, the output of which is simultaneously connected to the input of the first monostable flip-flop, to the second input of the second flip-flop to the first input of the first differential amplifier, the output of which is connected to the first input of the analogue memory, the output of which is connected to the output terminal, the output of the first monostable flip-flop is connected simultaneously to the third input of the analogue memory a flip-flop whose output is connected to a third input of a first integrator whose second input is simultaneously connected to a first voltage source and to a second input of a second integrator whose first input is simultaneously connected to the output of a second flip-flop and to a third monostable flip-flop the output is simultaneously connected to the fourth input of analogue memory and to the input of the fourth monostable flip-flop whose output is connected to the third input of the second integrator, the output of which is connected

261 718 na první vstup druhého diferenčního zesilovače, jehož výstup je připojen na druhý vstup analogové paměti, druhý zdroj napětí je připojen současně na druhý vstup prvního diferenčního zesilovače a na druhý vstup druhého diferenčního zesilovače, výstup negátoru je připojen na první vstup druhého klopného obvodu, jehož výstup je připojen na druhý vstup prvního klopného obvodu.261 718 to the first input of the second differential amplifier, the output of which is connected to the second input of analogue memory, the second voltage source is connected simultaneously to the second input of the first differential amplifier and to the second input of the second differential amplifier; whose output is connected to the second input of the first flip-flop.

Výhodou zapojení podle vynálezu je, že lze analogově měřit okamžitý kmitočet vstupního signálu s časovým rozlišením změn po periodě ve volitelném pásmu v okolí středního kmitočtu, který je možné jednoduše měnit podle potřeby a využívat tak plný dynamický rozsah zvoleného pásma frekvence. Vliv superponovaných rušivých signálů na základní kmitočet na přesnost měření je potlačen a je možné přesné měřeni velmi rychlých změn kmitočtu bez zkreslení.An advantage of the circuitry according to the invention is that the instantaneous frequency of the input signal can be measured analogously with a time resolution of changes after a period in a selectable band around the middle frequency, which can be easily changed as needed to utilize the full dynamic range of the selected frequency band. The influence of superimposed interfering signals on the fundamental frequency on the measurement accuracy is suppressed and it is possible to accurately measure very fast frequency changes without distortion.

Přiklad zapojeni pro měřeni okamžitého kmitočtu v okolí středního kmitočtu je znázorněn v blokovém schématu na obrázku.An example of a circuit for measuring the instantaneous frequency around the center frequency is shown in the block diagram of the figure.

Z obrázku je patrno, že vstupní svorka 1^ je spojená se vstupem analogového filtru 2, jehož výstup je připojen na první vstup komparátoru 3,, jehož druhý vstup je uzemněn, výstup komparátoru 3 je připojen na vstup děliče 4 kmitočtu, jehož výstup je současně připojen na vstup negátoru 6 a na první vstup prvního klopného obvodu 5, jehož výstup je současně připojen na vstup prvního monostabilniho klopného obvodu 7, na druhý vstup druhého klopného obvodu 14 a na první vstup prvního integrátoru 10, jehož výstup je připojen na prvni vstup prvního diferenčního zesilovače 12, jehož výstup je připojen na první vstup analogové paměti 13, jejíž výstup je připojen k výstupní svorce 19, výstup prvního monostabilniho klopného obvodu 7 je připojen současně na třetí vstup analogové paměti 13 a na vstup druhého monostabilniho klopného obvodu 2« jehož výstup.je připojen na třetí vstup prvního integrátoru 10, jehož druhý vstup je současně připojen k prvnímu zdroji 8 napětí a na druhý vstup druhého integrátoru .15, jehož první vstup je současně připojen na výstup druhého klopného obvodu 14 a na vstup třetího monoetabilního klopného obvodu 17, jehož výstup je současně připojen na čtvrtý vstup analogové paměti 13 a na vstup čtvrtého monostabilního klopného obvodu 18, jehož výstup je připojen na třetí vstup druhého integrátoru 15, jehož výstup je připojen na prvniIt can be seen from the figure that the input terminal 10 is connected to the input of the analog filter 2, the output of which is connected to the first input of the comparator 3, the second input of which is grounded, the output of the comparator 3 is connected to the connected to the input of the negator 6 and to the first input of the first flip-flop 5, whose output is simultaneously connected to the input of the first monostable flip-flop 7, to the second input of the second flip-flop 14 and to the first input of the first integrator 10 the output of which is connected to the first input of analogue memory 13, the output of which is connected to the output terminal 19, the output of the first monostable flip-flop 7 is connected simultaneously to the third input of analogue memory 13 and to the input of the second monostable flip-flop is connected to the third input of the first integrator 10, whose second vs tup is simultaneously connected to the first voltage source 8 and to the second input of the second integrator 15, the first input of which is simultaneously connected to the output of the second flip-flop 14 and to the input of the third monoetable flip-flop 17. and to the input of the fourth monostable flip-flop 18, the output of which is connected to the third input of the second integrator 15, the output of which is connected to the first

261 718 vstup druhého diferenčního zesilovače 16, jehož výstup je připojen na druhý vstup analogové paměti 13, druhý zdroj 11 napětí je připojen současně na druhý vstup prvního diferenčního zesilovače 12 a na druhý vstup druhého diferenčního zesilovače 16, výstup nsgátoru 6 je připojen na první vstup druhého klopného obvodu 14, jehož výstup je připojen na druhý vstup prvního klopného obvodu 5.261 718 input of the second differential amplifier 16, the output of which is connected to the second input of analogue memory 13, the second voltage source 11 is connected simultaneously to the second input of the first differential amplifier 12 and to the second input of the second differential amplifier 16, a second flip-flop 14, the output of which is connected to the second input of the first flip-flop 5.

Měřený signál je přes vstupní svorku 1 připojen na vstup analogového filtru 2, kde je odfiltrováno rušivé pozadí a v komparátoru 3 je signál komparován v nulové úrovni. Kmitočet logického signálu z jeho výstupu je vydělen v děliči 4 kmitočtu dvěma tak, aby následujíc! měřeni délky periody probíhalo nezávisle na střídě výstupního signálu z komparátoru 3, tj. na vzájemném vztahu vstupní úrovně a napěťové nesymetrie komparátoru 3. V následujících obvodech je zajištěno nezávislé měření a zpracováni předchozí a následné periody. Po dobu trvání první periody je např, výstup prvního klopného obvodu 5 ve stavu logické jedničky a výstup druhého klopného obvodu 14 ve stavu logické nuly a při následující perioě je tomu naopak.The measured signal is connected to the input of analog filter 2 via input terminal 1, where the background noise is filtered out and in comparator 3 the signal is compared at zero level. The frequency of the logic signal from its output is divided by the frequency divider 4 by two so as to follow! the measurement of the period length took place independently of the duty cycle of the output signal from the comparator 3, i.e. the relationship of the input level and the voltage unbalance of the comparator 3. In the following circuits, an independent measurement and processing of the preceding and subsequent periods is ensured. For example, for the duration of the first period, the output of the first flip-flop 5 is in the logic 1 state and the output of the second flip-flop 14 is in the logic zero state, and vice versa for the subsequent period.

Po dobu trvání logické jedničky na výstupu prvního klopného obvodu 5 |g nulován druhý klopný obvod 14 a je v prvním integrátoru“Tntegrováno napětí prvního zdroje 8 napětí, v prvním diferenčním zesilovači 12 je od výstupního napětí prvního integrátoru 10 odečteno napětí druhého zdroje 11 napětí, jehož úroveň je řiditelná, výstupní napětí prvního diferenčního zesilovače 12 je na konci měřené periody úměrné rozdílu doby měřené periody a periody středního kmitočtu, které právě odpovídá nastaveni úrovně druhého zdroje 11 napětí. Zesílení prvního diferenčního zesilovače 12 určuje šířku pásma v okolí středního kmitočtu a tím konstantu výstupního analogového napětí vzhledem k diferenci kmitočtu. Od spádové hrany signálu na výstupu prvního klopného obvodu £ je odvozen impuls na výstupu prvního monostabilního klopného obvodu 7, který do analogové paměti 13 zapíše úroveň napětí z výstupu prvního diferenčního zesilovače 12. Od jeho spádové hrany je odvozen na výstupu druhého monostabilního klopného obvodu 9 impuls, který nuluje první integrátor 10, Součet dob kyvů prvního monostabilního klopného obvodu 7 a druhého monostabilního klopného obvodu 9 je menší než perioda měřeného signálu. Stejná fýnkce je u spojeni druhéhoFor the duration of the logic 1 at the output of the first flip-flop 5 µg, the second flip-flop 14 is reset and the first voltage source 8 is integrated in the first integrator, the voltage of the second voltage source 11 is subtracted from the output voltage of the first integrator 10. the level of which is controllable, the output voltage of the first differential amplifier 12 is, at the end of the measured period, proportional to the difference in time of the measured period and the middle frequency period, which just corresponds to the level setting of the second voltage source 11. The gain of the first differential amplifier 12 determines the bandwidth around the center frequency and thus the constant of the analog output voltage relative to the frequency difference. The pulse at the output of the first monostable flip-flop 7 is derived from the downward edge of the signal at the output of the first flip-flop 7, which writes to the analog memory 13 the voltage level from the output of the first differential amplifier 12. The sum of the swing times of the first monostable flip-flop 7 and the second monostable flip-flop 9 is less than the measured signal period. The same function is at the other's connection

- ý 261 718 klopného obvodu 14,· druhého integrátoru 1.5, druhého diferenčního zesilovače 16, třetího monostabilního klopného obvodu 17, čtvrtého monostabilního obvodu 18 s tím, že výstupní impuls třetího monostabilního klopného obvodu 17 zapisuje do analogové paměti 13 úroveň z výstupu druhého diferenčního zesilovače 16, jehož zesílení je shodné se zesílením prvního diferenčního zesilovače 12.261 718 flip-flop 14, second integrator 1.5, second differential amplifier 16, third monostable flip-flop 17, fourth monostable flip-flop 18, with the output pulse of the third monostable flip-flop 17 writing the level from the output of the second differential amplifier 16, the amplification of which is identical to that of the first differential amplifier 12.

Zapojení je možné využít v energetice a průmyslu k určeni časových průběhů změn kmitočtu, zejména sífového, pro testováni specializovaných zařízení a pro měřeni přechodných stavů v energetické síti.The wiring can be used in the power and industrial sectors to determine the time courses of frequency changes, especially network frequency, for testing specialized equipment and for measuring transient states in the power network.

- r-- r-

Claims

subject-invention

261 718

Circuit for instantaneous frequency measurement around the middle frequency, characterized in that the input terminal (1) is connected to the input of the analog filter (2), the output of which is connected to the first comparator input (3), the second input being grounded, the comparator output (3) is connected to the input of the frequency divider (4), the output of which is simultaneously connected to the input of the negator (6) and to the first input of the first flip-flop (5), the output of which is simultaneously connected to the input of the first monostable flip-flop (7) to the second input of the second flip-flop (14) and to the first input of the first integrator (10), the output of which is connected to the first input of the first differential amplifier (12), the output of which is connected to the first input of analogue memory (13) to the output terminal (19), the output of the first monostable flip-flop (7) is connected simultaneously to the third input of the analog memory (13) and to the input of the second monostable o a flip-flop (9), the output of which is connected to a third input of the first integrator (10), the second input of which is simultaneously connected to the first voltage source (8) and to the second input of the second integrator (15) the output of the second flip-flop (14) and the input of the third monostable flip-flop (17), the output of which is simultaneously connected to the Fourth input of the analogue memory (13) and the input of the fourth monostable flip-flop (18) an integrator (15) whose output is connected to the first input of the second differential amplifier (16), whose output is connected to the second input of the analogue memory (13), the second voltage source (11) is connected simultaneously to the second input of the first differential amplifier (12) and to the second input of the second differential amplifier (16), the output of the negator (6) is connected to the first input of the second flip-flop (14) whose output is connected to the second input of the first flip-flop (5).

1 drawing

261 718

Printed by Moravian printing works, center. 11 100, the class of People's Militia 3, Olomouc

Price: 2,40 Kčs