DE19804840C2 - Schaltungsanordnung zum digitalen Messen der Frequenz eines elektrischen Signals - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum digitalen Messen der Frequenz eines elektrischen Signals mit einem eingangsseitig mit dem elektrischen Signal beauf­ schlagten, digitalen Bandpaßfilter und mit einer dem Bandpaß­ filter nachgeordneten, digitalen Frequenzbestimmungseinrich­ tung, die an ihrem Ausgang eine der jeweiligen Frequenz pro­ portionale Meßgröße abgibt.

Eine Schaltungsanordnung dieser Art ist in der deutschen Pa­ tentschrift DE 42 11 946 C1 beschrieben. Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung weist die digitale Frequenzbestimmungs­ einrichtung eingangsseitig ein Allpaßfilter und ein Tiefpaß­ filter auf; beiden Filtern sind in ihrem Aufbau übereinstim­ mende Schaltungsteile nachgeordnet, die mit Transversalfil­ tern, Verzögerungsgliedern, Multiplizierern und ausgangssei­ tig mit jeweils einem Differenzbildner ausgestattet sind. Die Ausgangsgrößen der beiden Schaltungsteile liegen am Eingang eines Quotientenbildners, dem über einen Radizierer ein Um­ kehrfunktionsbildner nachgeordnet ist. Am Ausgang des Um­ kehrfunktionsbildners ergibt sich eine Meßgröße, die der Fre­ quenz des jeweiligen elektrischen Signals entspricht, das am Eingang der Frequenzsbestimmungseinrichtung anliegt.

Um eine möglichst zuverlässige Funktionsweise der bekannten Frequenzbestimmungseinrichtung zu erreichen, ist dieser ein­ gangsseitig ein Bandpaßfilter vorgeordnet, dessen Abtastfre­ quenz ein Mehrfaches der Abtastfrequenz der übrigen Filter beträgt. Auf diese Weise läßt sich sicherstellen, daß das Allpaßfilter und das Tiefpaßfilter mit einer fast reinen Si­ nusgröße beaufschlagt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Funktionsweise der bekannten Schaltungsanordnung zum digitalen Messen der Frequenz des elektrischen Signals in Bezug auf die Zuverläs­ sigkeit der von ihr gelieferten Meßergebnisse noch weiter zu verbessern.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Schaltungsanordnung der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß an den Ausgang des Bandpaßfilters über einen Zwischenspeicher mit ihrem Eingang eine Schwellenwertstufe angeschlossen, und der Aus­ gang der Schwellenwertstufe ist mit einem Signaleingang einer der Frequenzbestimmungseinrichtung zugeordneten Auswerteein­ richtung verbunden.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsan­ ordnung besteht darin, daß sie die Möglichkeit bietet, die mit der Frequenzbestimmungseinrichtung ermittelte Frequenz des elektrischen Signals auf seine Gültigkeit überprüfen zu können. Ein zuverlässiges Frequenzmeßergebnis ist nämlich nur dann erzielbar, wenn das elektrische Signal hinsichtlich seiner Amplitude und seiner Frequenz innerhalb eines be­ stimmten Bereichs liegt. Dies wird gemäß der Erfindung da­ durch überprüft, daß das Ausgangssignal des Bandpaßfilters mittels einer Schwellenwertstufe überprüft wird. Ist nämlich die Amplitude des elektrischen Signals zu klein und weicht die Frequenz des elektrischen Signals stark von der Nennfre­ quenz des elektrischen Signals ab, dann ergeben sich am Band­ paßfilterausgang verhältnismäßig kleine Ausgangswerte. Liegt das Ausgangssignal unter einem bestimmten Schwellenwert, dann ist das Ergebnis der Frequenzmessung nicht vertrauenswürdig. In diesem Falle wird von der Schwellenwertstufe eine Aus­ werteeinrichtung angesteuert und dadurch beispielsweise das Ausgangssignal der Frequenzbestimmungseinrichtung unter­ drückt.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann das Aus­ gangssignal der Schwellwertstufe in unterschiedlicher Weise weiterverarbeitet werden. Beispielsweise kann es dazu verwen­ det werden, um einer der Frequenzbestimmungseinrichtung nachgeordneten Meßwertaufnahmeeinrichtung als Auswerteein­ richtung zu signalisieren, daß die aktuellen Meßergebnisse der Frequenzbestimmungseinrichtung nicht als gültig zu be­ trachten sind in der Meßwertaufnahmeeinrichtung können daraufhin entsprechende Maßnahmen durchgeführt werden.

Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn bei der er­ findungsgemäßen Schaltungsanordnung der Signaleingang der Meßwertaufnahmeeinrichtung von dem Steuereingang einer Schalteinrichtung gebildet ist, die der Frequenzbestimmungs­ einrichtung nachgeordnet ist.

Die Schalteinrichtung kann bei der erfindungsgemäßen Schal­ tungsanordnung ebenfalls in verschiedener Weise ausgeführt sein; schaltungstechnisch besonders einfach ist die Ausfüh­ rung der Schalteinrichtung als ein UND-Glied.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann der Zwi­ schenspeicher ebenfalls in unterschiedlicher Weise ausgebil­ det sein. Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn er ein Schieberegister ist.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur ein Block­ schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung dargestellt.

Wie die Figur im einzelnen zeigt, liegt an einem Eingang 1 ein elektrisches Signal x(t), dessen Frequenz bestimmt werden soll. Unmittelbar am Eingang 1 liegt ein Bandpaßfilter 2, das als digitales Bandpaßfilter so ausgeführt sein kann, wie es in der deutschen Patentschrift DE 42 11 946 C1 im einzelnen beschrieben ist. An einen Ausgang 3 des Bandpaßfilters 2 ist eine Frequenzbestimmungseinrichtung 4 angeschlossen, die vorzugsweise so ausgebildet ist, wie es ebenfalls in der ge­ nannten deutschen Patentschrift im einzelnen ausführlich be­ schrieben ist. Am Ausgang 5 der Frequenzbestimmungseinrich­ tung 4 wird daher ein elektrisches Signal zur Verfügung gestellt, das der Frequenz des elektrischen Signals x(t) entspricht.

An den Ausgang 3 des Bandpaßfilters 2 ist gemäß dem darge­ stellten Ausführungsbeispiel auch ein Zwischenspeicher 6 an­ geschlossen, dem eine Schwellenwertstufe 7 nachgeordnet ist. Der Ausgang 8 der Schwellenwertstufe 7 ist an einen Eingang 9 eines UND-Gliedes 10 als Schalt- bzw. Auswerteeinrichtung an­ geschlossen, mit dessen anderem Eingang 11 der Ausgang 5 der Frequenzbestimmungseinrichtung 4 verbunden ist. Der Ausgang der Schaltungsanordnung wird vom Ausgang 12 des UND-Gliedes 10 gebildet.

Die dargestellte Schaltungsanordnung arbeitet in folgender Weise:

Liegt am Eingang 1 ein elektrisches Signal x(t), dann wird dieses in dem Bandpaßfilter 2 beispielsweise unter Gewinnung von 20 Abtastwerten pro Periode des elektrischen Signals x(t) abgetastet. Ist das elektrische Signal x(t) als Meßsignal aus einem elektrischen Energieversorgungsnetz abgeleitet, dann beträgt seine Nennfrequenz beispielsweise 50 Hz, und es wer­ den in diesem Falle pro Periode 20 Abtastungen im Bandpaßfil­ ter 2 vorgenommen. In dem Bandpaßfilter 2 wird bei einem be­ vorzugten Ausführungsbeispiel aus den ersten 60 Abtastwerten ein erstes Filterergebnis gebildet. Danach wird aus dem 6. bis 65. Abtastwert ein zweites Filterergebnis erzeugt, usw.

Die nacheinander gebildeten Filterergebnisse werden in dem Zwischenspeicher 6 gespeichert, der vorzugsweise als Schie­ beregister ausgebildet ist. Der Zwischenspeicher 6 ist bei­ spielsweise so ausgebildet, daß er jeweils sechs aufeinan­ derfolgend sich ergebende Filterergebnisse speichert. Diese sechs Filterergebnisse werden von der Schwellenwertstufe 7 daraufhin überprüft, ob sie oberhalb oder unterhalb einer von dieser Schwellenwertstufe 7 definierten Schwelle liegen. Liegen alle jeweils aktuell im Zwischenspeicher 6 gespeicher­ ten Filterergebnis über der von der Schwellenwertstufe 7 de­ finierten Schwelle, dann ist dies ein Anzeichen dafür, daß das von der Frequenzbestimmungseinrichtung 4 an ihrem Ausgang 5 abgegebene, der Frequenz des elektrischen Signals x(t) proportionale Signal uf vertrauenswürdig ist. In diesem Fall wird von der Schwellenwertstufe 7 an das UND-Glied 10 z. B. ein "1"-Signal abgegeben und damit sichergestellt, daß am Ausgang 12 der Schaltungsanordnung das Signal uf auftritt. Liegen nicht alle im Zwischenspeicher 6 jeweils aktuell ge­ speicherten Filterergebnisse oberhalb der Schwelle, dann wird von der Schwellenwertstufe 7 an ihren Ausgang 8 ein "0"- Signal erzeugt, und damit das UND-Glied 10 für die Meßgröße uf gesperrt.

Die Schwelle ist in der Schwellenwertstufe 7 so definiert, daß sie eine Unterscheidung der vom Bandpaßfilter 2 abgegebe­ nen Filterergebnisse daraufhin gestattet, ob das elektrische Signal x(t) hinsichtlich seiner Amplitude und Frequenz inner­ halb bestimmter Grenzwerte liegt. Dazu reicht es aus, die Filterergebnisse nur hinsichtlich ihrer Größe zu bewerten, weil bei einer zu großen Abweichung der Frequenz des elek­ trischen Signals x(t) hinsichtlich seiner Frequenz von der Nennfrequenz und bei zu kleiner Signalamplitude die Filterer­ gebnisse unter der vorgegebenen Schwelle liegen. Bei dieser Spezifikation des elektrischen Signals x(t) ist aber dann auch eine zuverlässige Wirkungsweise der Frequenzbestim­ mungseinrichtung 4 nicht mehr gegeben, so daß das Meßergebnis dann nicht mehr als vertrauenswürdig angesehen werden kann.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zum digitalen Messen der Frequenz ei­ nes elektrischen Signals mit

• - einem eingangsseitig mit dem elektrischen Signal (x(t)) be­ aufschlagten, digitalen Bandpaßfilter (2) und mit
• - einer dem Bandpaßfilter (2) nachgeordneten, digitalen Fre­ quenzbestimmungseinrichtung (4), die an ihrem Ausgang (5) eine der jeweiligen Frequenz proportionale Meßgröße (uf) abgibt,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - an den Ausgang (3) des Bandpaßfilters (2) über einen Zwi­ schenspeicher (6) mit ihrem Eingang eine Schwellenwertstufe (7) angeschlossen ist und
• - der Ausgang (8) der Schwellenwertstufe (7) mit einem Si­ gnaleingang einer der Frequenzbestimmungseinrichtung (4) zugeordneten Auswerteeinrichtung (10) verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Signaleingang der Auswerteeinrichtung von dem Steuer­ eingang einer Schalteinrichtung (10) als Auswerteeinrich­ tung gebildet ist, die der Frequenzbestimmungseinrichtung nachgeordnet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Schalteinrichtung ein UND-Glied (10) ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Zwischenspeicher ein Schieberegister (6) ist.