IT201900010269A1 - Dispositivo elettronico, apparato, procedimento e prodotto informatico corrispondenti - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo:
"Dispositivo elettronico, apparato, procedimento e prodotto informatico corrispondenti"
TESTO DELLA DESCRIZIONE
Campo tecnico
La descrizione si riferisce a un procedimento per generare un segnale indicativo di una deriva in un segnale analogico oscillante.
Una o più forme di attuazione possono essere applicate a reti elettriche, e, più specificamente, al rilevamento di guasti in una rete elettrica o per la manutenzione predittiva di una rete elettrica.
Sfondo tecnologico
Rilevare derive di frequenza che si verificano nei segnali analogici oscillanti, e identificare se tale frequenza di segnale analogico sta aumentando o diminuendo, può facilitare la manutenzione predittiva di sistemi.
Il problema delle derive di frequenza è particolarmente rilevante nel controllo delle prestazioni delle reti elettriche, in cui tutti i generatori dovrebbero condividere la stessa frequenza allo scopo di mantenere le prestazioni della rete. Le reti elettriche che trasportano energia elettrica nelle abitazioni e negli uffici sono a volte soggette a guasti, dando luogo a un blackout per le aree coinvolte.
Gli operatori e i sistemi delle reti elettriche cercano di mantenere la frequenza AC più vicina possibile a una frequenza fissa. Per esempio, la frequenza AC nominale della rete elettrica in Europa è 50 Hz, mentre negli Stati Uniti è 60 Hz. Durante il funzionamento, il valore di frequenza AC reale può andare in deriva intorno al valore di frequenza AC nominale, per esempio come risultato di effetti di carico e di generazione.
Le soluzioni esistenti per il monitoraggio delle derive di frequenza possono impiegare analizzatori di potenza. In generale, per rilevare una deriva di frequenza si può usare un’analisi spettrale effettuata mediante trasformata di Fourier veloce ("Fast Fourier Transform") implementata in modo digitale. Per esempio, tale soluzione è discussa nel documento US 7490013 B2.
Tuttavia, sia gli analizzatori di potenza che la FFT digitale utilizzano algoritmi (implementati su elaboratore) la cui complessità di calcolo può rallentare le prestazioni del sistema.
Altri svantaggi delle soluzioni esistenti possono comprendere:
- l'impiego di diversi dispositivi progettati in modo specifico,
- consumo di tempo e latenza, per esempio possono essere utilizzati diversi cicli di clock per effettuare una trasformata di Fourier veloce,
- bassa riusabilità e riconfigurabilità, dal momento che il sistema esistente può rilevare solamente derive di frequenza all'interno di un intervallo di frequenze limitato.
Scopo e sintesi
Uno scopo di una o più forme di attuazione è di contribuire a fornire tale soluzione migliorata.
Secondo una o più forme di attuazione, tale scopo può essere raggiunto per mezzo di un procedimento che presenta le caratteristiche esposte nelle rivendicazioni che seguono.
Un procedimento per rilevare una (deriva di) frequenza in un segnale oscillante può essere esemplificativo di tale sistema.
Una o più forme di attuazione possono riferirsi a un dispositivo corrispondente.
Un sensore per il monitoraggio della rete elettrica può essere esemplificativo di tale dispositivo.
Una o più forme di attuazione possono riferirsi a un corrispondente apparato.
Un apparato per controllare un generatore di segnale oscillante può essere esemplificativo di tale apparato.
Una o più forme di attuazione possono riferirsi al procedimento come un procedimento implementato su elaboratore.
Una o più forme di attuazione possono riferirsi a un prodotto informatico corrispondente.
Una o più forme di attuazione possono comprendere un prodotto informatico caricabile nella memoria di almeno un circuito di elaborazione (per esempio, un elaboratore) e comprendente parti di codice software per attuare le fasi del procedimento quando il prodotto viene eseguito su almeno un circuito di elaborazione. Come qui utilizzato, il riferimento a tale prodotto informatico è inteso come equivalente al riferimento a un mezzo leggibile da elaboratore contenente istruzioni per controllare il sistema di elaborazione (per esempio, un microcontrollore) allo scopo di coordinare l'implementazione del procedimento secondo una o più forme di attuazione. Il riferimento ad "almeno un elaboratore" è inteso a evidenziare la possibilità per una o più forme di attuazione di essere implementate in forma modulare e/o distribuita.
Le rivendicazioni sono una parte integrante dell'insegnamento tecnico qui fornito con riferimento alle forme di attuazione.
Una o più forme di attuazione possono essere basate sullo sfruttamento del fenomeno di risonanza a salti ("jump resonance") nei sistemi non lineari, che spesso è considerato quale un effetto parassita di detrimento, come strumento per il rilevamento veloce di derive di frequenza.
Una o più forme di attuazione utilizzano un dispositivo basato su sistemi dinamici non lineari a tempo discreto per rilevare la frequenza di un dato segnale e il suo andamento (aumento/diminuzione), senza effettuare una analisi spettrale.
Una o più forme di attuazione possono essere riconfigurabili, facilitando l'ottenimento del rilevamento di derive di frequenza in varie bande variando anche un solo parametro.
Una o più forme di attuazione possono facilitare di evitare l'impiego di soluzioni on-chip per l'analisi spettrale dei segnali.
Una o più forme di attuazione possono utilizzare vantaggiosamente approcci di elaborazione di segnali digitali per rilevare derive di frequenza in segnali oscillanti, impiegando una quantità ridotta di risorse di calcolo.
Una o più forme di attuazione facilitano l'impiego di dispositivi programmabili dedicati come sensori, in cui il rilevamento di deriva di frequenza è un risultato del comportamento dinamico di un sistema a risonanza a salti, fornendo risultati on-line veloci e affidabili.
Una o più forme di attuazione possono facilitare l'impiego di dispositivi programmabili come sistemi non lineari.
Breve descrizione delle diverse viste dei disegni Una o più forme di attuazione verranno adesso descritte, solo a titolo di esempio non limitante, con riferimento alle figure allegate, in cui:
- figura 1 è un diagramma esemplificativo del principio di funzionamento di sistemi dinamici non lineari non autonomi,
- figura 2 è un diagramma esemplificativo di un dispositivo elettronico secondo la presente descrizione, - figura 3 è un diagramma di un circuito non lineare esemplificativo secondo la presente descrizione,
- figure 4 a 7 sono diagrammi di possibili parametri di progetto del circuito esemplificativo della figura 3, - figure 8 e 9 sono esemplificative di possibili diagrammi temporali di segnali in una o più forme di attuazione.
Descrizione dettagliata di forme di attuazione esemplificative
Nella descrizione che segue, sono illustrati uno o più dettagli specifici, rivolti a fornire una comprensione approfondita di esempi di forme di attuazione di questa descrizione. Le forme di attuazione possono essere ottenute senza uno o più dei dettagli specifici, o con altri procedimenti, componenti, materiali, ecc. In altri casi, strutture, materiali, o operazioni noti non sono illustrati o descritti in dettaglio cosicché certi aspetti di forme di attuazione non verranno offuscati.
Il riferimento a "una forma di attuazione" o "una sola forma di attuazione" nel quadro della presente descrizione è inteso a indicare che una particolare configurazione, struttura, o caratteristica descritta in relazione alla forma di attuazione è compresa in almeno una forma di attuazione. Quindi, frasi come "in una forma di attuazione" o "in una sola forma di attuazione" che possono essere presenti in uno o più punti della presente descrizione non si riferiscono necessariamente a una specifica forma di attuazione.
Inoltre, particolari conformazioni, strutture, o caratteristiche possono essere combinate in qualsiasi modo adeguato in una o più forme di attuazione.
I riferimenti qui utilizzati sono forniti solamente per comodità e quindi non definiscono l'estensione di protezione o la portata delle forme di attuazione.
Una o più forme di attuazione possono sfruttare una proprietà dei sistemi dinamici non lineari non autonomi.
Un sistema dinamico lineare è un sistema in cui una variazione relativamente piccola in una condizione iniziale del sistema produce una variazione relativamente piccola e quantificabile o predicibile in uno stato di uscita del sistema.
La risposta in frequenza è la misura quantitativa dello spettro di uscita di un sistema o dispositivo in risposta a uno stimolo, e viene utilizzata per caratterizzare la dinamica del sistema. Essa è una misura di ampiezza e fase dell'uscita in funzione della frequenza, in confronto all'ingresso. In termini più semplici, se un'onda sinusoidale a una data frequenza viene iniettata in un sistema, un sistema lineare risponderà a tale stessa frequenza con una certa ampiezza e un certo angolo di fase relativo all'ingresso. In altre parole, l'ampiezza di una risposta in frequenza di un sistema lineare è caratterizzata da una curva univoca (“single valued curve”) |G(jȦ)|, dove Ȧ è la frequenza del segnale di ingresso.
Al contrario, un sistema dinamico non lineare può manifestare una dipendenza relativamente sensibile dalle condizioni iniziali del sistema. Così, una differenza relativamente piccola o anche virtualmente non misurabile nelle condizioni iniziali del sistema può dare luogo a stati di uscita non predicibili del sistema. Tali stati di uscita in alcuni casi possono presentare differenze relativamente grandi tra di loro nonostante le differenze relativamente piccole nelle condizioni iniziali del sistema.
I sistemi non lineari che ricevono un segnale di pilotaggio possono manifestare un regime in cui un'ampiezza della risposta in frequenza |U| può presentare valori differenti per uno stesso valore di frequenza Ȧ.
Un'ampia varietà di circuiti oscillatori non lineari può manifestare tale comportamento, che può essere osservato come risultato dell'aumento (diminuzione) di frequenza del segnale di pilotaggio.
Una o più forme di attuazione sono basate sull'osservazione che la risonanza a salti può essere utilizzata in modo attivo, progettando appositamente un dispositivo che manifesta tale fenomeno fisico, altrimenti di detrimento, per facilitare il rilevamento dell'andamento di derive di frequenza in un segnale oscillante, per esempio, un segnale analogico.
Una o più forme di attuazione comprendono sistemi dinamici a tempo discreto implementati su microcontrollore appositamente progettati e configurati che manifestano risonanza a salti per ottenere un'analisi veloce della frequenza del segnale di ingresso e per rilevare andamenti di aumento e/o diminuzione.
In una o più forme di attuazione, un nucleo non lineare a tempo discreto può essere implementato in un microcontrollore in un modo flessibile (per esempio, in un microcontrollore programmabile), in modo che il nucleo non lineare possa essere riconfigurabile "on-line", per esempio modificando un piccolo insieme di parametri. Per esempio, si può facilitare di ottenere il rilevamento di derive di frequenza in varie bande modificando almeno un parametro.
La figura 1 è una risposta in frequenza esemplificativa di tale oscillatore non lineare.
Come esemplificata nella figura 1, la risposta in frequenza U può presentare un comportamento di isteresi, in cui la risposta in frequenza U può, per esempio:
- seguire un primo ramo "superiore" U1 della curva quando la frequenza del segnale di ingresso aumenta,
- la risposta del sistema segue un secondo ramo "inferiore" U2 della curva quando la frequenza del segnale di ingresso diminuisce.
La risonanza a salti è un fenomeno osservato in circuiti non lineari in cui una funzione di risposta in frequenza in uscita (modulo) |U| manifesta salti bruschi quando la frequenza del segnale d'ingresso viene variata, per esempio la risposta di uscita può cambiare il suo valore da A a B se la frequenza è raggiunta da un valore superiore a un valore inferiore, e cambia da B ad A se la frequenza w0 è raggiunta da un valore inferiore a un valore superiore, come esemplificato nella figura 1.
La presenza di una curva con isteresi nella risposta in frequenza U di un sistema dinamico è qualcosa di insolito e, specialmente nei sistemi di controllo peggiora le prestazioni di controllo. Perciò, nella progettazione di sistemi di controllo si effettuano analisi con lo scopo di evitare lo spazio di parametri in cui si verifica la risonanza a salti.
Gli inventori hanno osservato che tale comportamento (frequenza-isteresi) può essere sfruttato in un dispositivo elettronico 10, come esemplificato nella figura 2, configurato per fornire un indicatore di uno spostamento o deriva di frequenza in un segnale oscillante S, per esempio un segnale di alimentazione per una rete elettrica.
Una o più forme di attuazione possono comprendere un circuito basato su isteresi di frequenza. Tale isteresi di frequenza può differire dai classici circuiti basati su isteresi in cui si verifica un fenomeno di isteresi nella tensione/corrente o dai dispositivi ferromagnetici in cui si verifica una isteresi nel campo/flusso magnetico.
In una o più forme di attuazione, tale dispositivo elettronico 10 può comprendere:
- uno stadio di pre-elaborazione 12, configurato per ricevere il segnale oscillante S fornito al dispositivo 10 e per applicare ad esso un condizionamento di segnale, per esempio attenuare o amplificare il segnale (per esempio adattamento di ampiezza), fornendo come uscita un segnale che presenta una stessa frequenza del segnale oscillante S e caratteristiche di ampiezza idonee per pilotare il circuito di oscillatore non lineare, come discusso nel seguito,
- un circuito di oscillatore non lineare 14, per esempio un microcontrollore opportunamente configurato o un filtro IIR di secondo ordine, a seconda che il segnale d'ingresso sia un segnale continuo o tempo discreto, configurato per fornire come uscita una funzione di risposta in frequenza nel tempo U,
- un circuito (di elaborazione) per il rilevamento di salto 16, per esempio un circuito di elaborazione per calcolare un inviluppo della risposta in frequenza U o un circuito comparatore configurato per ricevere la risposta in frequenza e confrontare il suo valore con uno o più valori di riferimento.
In una o più forme di attuazione, il circuito per il rilevamento di salto 16 può essere configurato per inoltrare a un circuito utente 18 un segnale di trigger (“innesco”) o allarme T nel caso in cui venga rilevata una variazione significativa, per esempio al di sopra di una certa soglia, del valore di un inviluppo del segnale di risposta U, indicativo di un salto di frequenza verificatosi nella risposta in frequenza.
Una o più forme di attuazione possono opzionalmente comprendere un circuito di riconfigurazione 15, accoppiato al circuito non lineare 14, in cui il circuito di riconfigurazione 15 (per esempio, un elaboratore) può essere utilizzato per "regolare" (“tune”) uno o più parametri di progetto, per esempio un insieme di parametri, Ȧn, K, F, ξ discussi nel seguito, facilitando l'utilizzo del dispositivo 10 anche per misurare un periodo incognito di un segnale S fornito ad esso. Per esempio, se un segnale che presenta una frequenza incognita f è fornito al circuito 14 e i parametri del circuito vengono "scansionati" (“swept”) tra differenti intervalli di valori, il valore del parametro, per esempio, Ȧn per il quale viene attivato un segnale di trigger T può essere indicativo del valore di frequenza della frequenza incognita f del segnale S.
Una o più forme di attuazione possono comprendere un procedimento per rilevare una variazione nella frequenza di oscillazione di un segnale oscillante, il procedimento comprendendo:
- fornire un circuito di oscillatore non lineare 14 che si comporta come un sistema non lineare non autonomo, che per esempio presenta una risposta in frequenza come esemplificata nella figura 1 in un intervallo di frequenza comprendente la frequenza di oscillazione del segnale oscillante,
- fornire continuamente 12 il segnale oscillante come segnale di pilotaggio al circuito di oscillatore non lineare 14,
- inoltrare un segnale di allarme T al circuito utente 18 nel caso in cui venga rilevato 16 un salto di frequenza nella risposta in frequenza U del dispositivo 14, per esempio come risultato del calcolo di un inviluppo E e del confronto con almeno una soglia come discusso nel seguito.
In una o più forme di attuazione il segnale di allarme T può, per esempio, essere un segnale di inviluppo E della variazione della risposta in frequenza U nel tempo del circuito 14. Per esempio, se la deriva di frequenza è positiva, e vi è un aumento nella frequenza del segnale di pilotaggio, l'inviluppo T della risposta U può presentare un andamento negativo durante un intervallo di tempo che raggiunge una prima soglia, per esempio andando da un valore più alto a un valore più basso. Tale andamento negativo può essere indicativo di una deriva positiva nella frequenza.
In modo simile, se la deriva di frequenza è negativa, e vi è una diminuzione nella frequenza del segnale di pilotaggio, l'inviluppo T della risposta U può presentare un andamento positivo, per esempio andando da un valore più basso a un valore più alto durante un intervallo di tempo al di sopra di una seconda soglia. Tale andamento positivo può essere indicativo di una deriva negativa nella frequenza.
In una o più forme di attuazione il circuito utente 18 può comprendere un circuito di controllo accoppiato a un generatore del segnale oscillante S e in grado di compensare tale deriva, finché l'inviluppo T cambia nella direzione opposta.
In una o più forme di attuazione, il circuito utente 18 può comprendere un circuito di controllo che può essere utilizzato per intraprendere automaticamente un'azione, per esempio allo scopo di evitare un guasto della rete elettrica. In una o più forme di attuazione, il circuito utente 18 può comprendere interfacce uomo-macchina interattive configurate per avvisare operatori umani della possibilità di un guasto imminente della rete elettrica.
In una o più forme di attuazione, i dati possono essere inviati dalla linea della rete elettrica o possono essere rilevati da un sensore accoppiato alla rete elettrica.
Va notato che il dispositivo potrebbe essere utilizzato in molte altre applicazioni, in cui il monitoraggio della deriva di frequenza può essere di interesse come negli impianti elettrici di potenza. Per esempio, il dispositivo può essere utilizzato per rilevare il comportamento vibrazionale di sistemi meccanici, sistemi elettromeccanici, sistemi idraulici, ecc. dove esso può essere un sensore locale a basso costo che fornisce una piattaforma di monitoraggio generale ad alto livello, facilitando azioni di decisione.
Come ulteriore osservazione, va notato che una o più forme di attuazione possono impiegare un circuito oscillatore analogico non lineare. Allo stesso tempo, è difficile che tale circuito analogico possa fornire una facile programmabilità del dispositivo 14, perciò modifiche software sono utili per raggiungere una prestazione adeguata.
La figura 3 è un diagramma esemplificativo di una funzione di trasferimento del circuito di oscillatore non lineare 14, che può essere per esempio un circuito risonante a salti tempo-continuo.
In una o più forme di attuazione, tale circuito 14 può presentare una risposta di risonanza U progettata come un sistema ad anello chiuso, composto da una parte di circuito lineare a tempo continuo 140 e una parte di circuito non lineare polinomiale 142, in cui la parte di circuito non lineare forma un ramo retroattivo di retroazione per la parte di circuito lineare 140. In una o più forme di attuazione, per esempio, la parte di circuito non lineare 142 può essere accoppiata tra l'uscita della parte lineare 140 e il suo ingresso, essendo accoppiata all'ingresso attraverso un sommatore 144.
In una o più forme di attuazione, una rappresentazione quasi-lineare per un elemento non lineare soggetto a un ingresso sinusoidale R, indicato come funzione descrittiva DF, può essere una funzione sia di una ampiezza che di una frequenza del segnale di ingresso R.
In una o più forme di attuazione, il modulo della risposta ad anello chiuso U del sistema può essere espresso come un polinomio il cui ordine può essere una funzione dell'ordine della non linearità polinomiale, per esempio come risultato dell'applicazione di un approccio con funzione descrittiva DF.
Nel seguito, i principi sottostanti a una o più forme di attuazione sono discussi con riferimento a un esempio di una non linearità del terzo ordine, restando peraltro inteso che tale caso è puramente esemplificativo e non è in alcun modo limitativo.
In una o più forme di attuazione, la parte di circuito lineare 140 può presentare una funzione di trasferimento del secondo ordine generica G(s) che può essere espressa nel dominio di Laplace come:
mentre una funzione N per la parte di circuito non lineare 142 può essere espressa come un termine cubico, per esempio:
in cui K, Ȧn e ξ sono parametri di progetto e i coefficienti della non linearità polinomiale.
I parametri di progetto K, Ȧn e ξ possono essere fissati imponendo le soluzioni desiderate al polinomio che descrive il modulo della risposta ad anello chiuso, come discusso nel seguito.
Per la non linearità cubica considerata, la funzione descrittiva DF con ingressi sinusoidali r può essere espressa come:
cosicché la risposta del sistema ad anello chiuso U può essere espressa come:
dove:
- è la funzione di trasferimento
inversa della parte di circuito lineare 140, e
- F e ȥ sono ulteriori parametri di progetto.
Per esempio, imponendo F=1, segue che l'espressione per la risposta del sistema ad anello chiuso U diventa:
Applicando l'operatore modulo all'espressione e considerando ȥ=0, il modulo dell'equazione precedente può essere espresso come:
Allo scopo di avere una finestra di risonanza a salti, l'equazione precedente è condizionata per fornire tre soluzioni positive e reali U per uno stesso valore di Ȧ.
Data una generica (dis)equazione di terzo ordine, che può essere espressa com e
la condizione da imporre tale per cui essa ammetta tre radici reali può essere espressa come:
dove
Per esempio, il segno delle tre radici ottenibili può essere valutato utilizzando una tabella di Routh.
Dalla discussione precedente, segue che può essere derivato un insieme di condizioni per progettare un circuito non lineare 14 che presenta una funzione di trasferimento come esemplificata nella figura 3.
Per esempio, tale condizione può essere espressa come:
La figura 4 è un diagramma esemplificativo di tre possibili curve ottenute per valori differenti del parametro F in cui esistono tre soluzioni reali positive per U, fornendo al circuito 14 il comportamento di risonanza a salti nel tempo continuo.
A partire da tale circuito non lineare a tempo continuo, si può ottenere un sistema non lineare a tempo discreto, progettando appositamente o fornendo una parte di circuito lineare e una parte di circuito non lineare allo scopo di avere risonanza a salti nella risposta in frequenza U.
Per esempio, la funzione di trasferimento della parte lineare può essere espressa in un dominio a tempo discreto applicando una trasformazione di Tustin alla funzione di trasferimento nel dominio di Laplace. La trasformazione di Tustin può essere espressa come:
e la funzione di trasferimento della parte di circuito lineare nel dominio a tempo discreto G(z) può essere espressa come:
Un circuito non lineare 14 che presenta una funzione di trasferimento a tempo discreto G(z) può essere volutamente sfruttato in una o più forme di attuazione del dispositivo elettronico 10 per il rilevamento di deriva di frequenza nel segnale oscillante S.
In una o più forme di attuazione, il sistema (non lineare a tempo discreto) può essere implementato utilizzando un dispositivo microcontrollore (appositamente programmato). Per esempio, può essere impiegato un microcontrollore STM32F446 di STMicroelectronics come tale dispositivo microcontrollore.
In una o più forme di attuazione, un filtro con risposta all'impulso infinita, in breve IIR ("Infinite Impulse Response"), può essere appositamente progettato in modo che esso manifesti un comportamento non lineare con frequenza di salto.
Considerando una funzione di trasferimento del secondo ordine di un filtro IIR nel dominio del tempo discreto, che può essere espressa come:
segue che i coefficienti possono
presentare valori selezionati in modo tale che il diagramma polare del reciproco (o dell'inverso) di H(z) attraversi le regioni di soluzioni multiple, per esempio le regioni esemplificate con le curve nella figura 4.
Una o più forme di attuazione possono impiegare vantaggiosamente l'oscillatore non lineare a tempo discreto 14, in cui le risposta in frequenza U può essere una funzione oscillante che si ripete con periodicità 2π. In una o più forme di attuazione, si può selezionare l’intervallo di frequenza in cui si verifica isteresi in funzione del tempo di campionamento nel sistema a tempo discreto, migliorando la flessibilità del dispositivo 10 facilitando la riconfigurabilità.
La figura 5 è un diagramma esemplificativo di una funzione di trasferimento di un oscillatore non lineare a tempo discreto, che può essere, per esempio, ottenuta selezionando parametri di filtro IIR come discussi in precedenza. Un ulteriore valore aggiunto dei sistemi a tempo discreto è che la risposta in frequenza si ripete con periodicità 2π. Ciò implica che, modificando il tempo di campionamento nel dispositivo, è possibile selezionare il intervallo di frequenza desiderato in cui si verifica isteresi. Dunque, la riconfigurabilità è assicurata mantenendo i parametri di sistema.
Una o più forme di attuazione possono impiegare, come citato, una non linearità di ordine superiore a tre, ad esempio un polinomio di quinto ordine (si veda per esempio la figura 6) o di settimo ordine (si veda per esempio la figura 7). L'impiego di un circuito non lineare che presenta una risposta in frequenza come esemplificata nelle figure 6 o 7, per esempio, può portare a un numero di salti nella risposta in frequenza più elevato e, perciò, a una selettività più elevata. Per esempio, come esemplificato nelle figure 6 e/o 7, la risposta in frequenza U può presentare un comportamento di isteresi multipla, in cui la risposta in frequenza U può, per esempio:
- seguire un primo ramo U1 della curva quando la frequenza del segnale di ingresso aumenta,
- seguire un secondo ramo U2 della curva quando la frequenza del segnale di ingresso diminuisce,
- seguire un terzo ramo U3 della curva quando la frequenza del segnale di ingresso diminuisce dopo un aumento o aumenta dopo una diminuzione.
In una o più forme di attuazione del dispositivo 10, grazie a tale selettività più elevata, si possono rilevare derive che si verificano in combinazioni differenti di direzioni a frequenze differenti. Per esempio, il segnale oscillante S può essere un segnale a banda larga e può essere possibile rilevare una pluralità di derive di frequenza essendo il dispositivo 10 una non linearità di quinto o settimo ordine.
La figura 8 è esemplificativa di una risposta in frequenza del circuito 14 prodotto come risultato dell'elaborazione di un segnale d'ingresso che viene fornito tramite una "scansione" di frequenza, per esempio un segnale la cui frequenza può aumentare nel tempo da una frequenza inferiore di, per esempio, 100 Hz a una frequenza superiore di, per esempio, 200 Hz.
Come esemplificato nella figura 8, nell'istante k il sistema può saltare e l'inviluppo T può cambiare coerentemente per un certo intervallo di tempo, per esempio al di sopra di (e/o pari a, o al di sotto di) un certo valore/valori di soglia/soglie, fornendo una indicazione di una deriva di frequenza del segnale oscillante. In una o più forme di attuazione, l'andamento del segnale di inviluppo T può essere fornito ai circuiti utilizzatori come indicatore di una deriva di frequenza da inoltrare per mettere in allarme il segnale di controllo della rete elettrica.
Una conseguenza del progettare appositamente tale oscillatore non lineare 14 è che la sua risposta in frequenza U è nota, almeno all'interno di un certo intervallo di frequenza. Come risultato, se un segnale oscillante S che presenta una frequenza di oscillazione incognita fornito al circuito non lineare 14 e la frequenza di oscillazione incognita si trova all'interno della risposta in frequenza U del circuito non lineare 14, essa può essere misurata. Tale misura, vantaggiosamente, può non impiegare alcuna trasformazione da tempo a frequenza e può essere il risultato del circuito per il rilevamento di salto 16 che rileva un salto: la frequenza di oscillazione dell'ingresso di segnale è quindi la frequenza di salto rilevata.
La figura 9 è un esempio di utilizzo del sistema come circuito o rilevatore di misura di frequenza. L'insieme di parametri di progetto Ȧn, K, ξ del sistema non lineare può essere configurabile "on-line", per esempio utilizzando un circuito di controllo dedicato 15, mentre il segnale S avente una certa frequenza, per esempio 150 Hz, è fornito al circuito non lineare 14.
Come esemplificato nella figura 9, l'inviluppo della risposta in frequenza U mostra un salto all'istante k che dura per un intervallo di tempo al di sopra di una seconda soglia, cosicché il valore di frequenza a cui il salto è rilevato è una misura della frequenza del segnale fornito (all'istante k).
Una o più forme di attuazione possono comprendere un dispositivo elettronico (per esempio, 10), comprendente:
- un nodo di ingresso configurato per ricevere un segnale elettrico oscillante (per esempio, S), il segnale elettrico oscillante presentando una frequenza di oscillazione,
- un circuito di elaborazione (per esempio, 12) accoppiato a detto nodo di ingresso e configurato per applicare un campionamento temporale a detto segnale elettrico oscillante e fornire un segnale elettrico oscillante campionato (per esempio, R),
- un circuito non lineare (per esempio, 14) configurato ricevere detto segnale elettrico oscillante campionato (per esempio, R), il circuito di oscillatore non lineare pilotato da detto segnale elettrico oscillante campionato per emettere un segnale di risposta con isteresi (per esempio, U) in funzione di detto segnale elettrico oscillante campionato, in cui detto segnale di risposta con isteresi presenta una frequenza in un primo intervallo di frequenza (per esempio, U1) come risultato di un aumento nella frequenza di oscillazione del segnale elettrico oscillante, e in un secondo intervallo di frequenza (per esempio, U2) come risultato di una diminuzione nella frequenza di oscillazione del segnale elettrico oscillante, - un circuito di rilevazione (per esempio, 16) accoppiato a detto circuito non lineare e configurato per ricevere da esso detto segnale di risposta con isteresi, il circuito di rilevazione (16) configurato per calcolare un segnale di inviluppo (per esempio, E) di detto segnale di risposta con isteresi, effettuare un confronto di detto segnale di inviluppo con almeno una soglia, e produrre un segnale (per esempio, T) indicativo di un aumento o di una diminuzione nella frequenza di oscillazione del segnale elettrico oscillante come risultato dell'esito di detto confronto.
In una o più forme di attuazione, il circuito di elaborazione può essere configurato per modificare un'ampiezza di detto segnale elettrico oscillante campionato.
In una o più forme di attuazione, come citato, il circuito non lineare (per esempio, 14) può comprendere un circuito basato su microcontrollore (appositamente programmato).
In una o più forme di attuazione, detto circuito non lineare può presentare una risposta in frequenza con isteresi (per esempio, U) che soddisfa un'espressione:
in cui è una parte lineare della
risposta in frequenza con isteresi (per esempio, U) e è una funzione descrittiva DF di una parte non
lineare della risposta in frequenza con isteresi.
In una o più forme di attuazione, il circuito non lineare (con isteresi 14) può comprendere un filtro con risposta all'impulso infinita, IIR.
In una o più forme di attuazione, il filtro IIR può essere configurato per presentare una risposta in frequenza con isteresi H(z) che soddisfa una espressione:
in cui i coefficienti presentano valori
selezionati in modo che il diagramma polare del reciproco di H(z) attraversi una regione del piano complesso comprendente valori multipli di z.
Una o più forme di attuazione possono comprendere un apparato elettronico, comprendente:
- una o più forme di attuazione di un dispositivo elettronico (per esempio, 10),
- un generatore di segnale oscillante (per esempio, 11) accoppiato a detto dispositivo elettronico e che fornisce un segnale elettronico oscillante (per esempio, S) che presenta in esso una frequenza di oscillazione,
- un circuito utente (per esempio, 18) accoppiato a detto dispositivo elettronico e a detto generatore di segnale oscillante, il circuito utente configurato per azionare detto generatore di segnale oscillante in funzione di detto segnale (per esempio T) indicativo di un aumento o di una diminuzione nella frequenza di oscillazione del segnale elettrico oscillante.
In una o più forme di attuazione dell'apparato elettronico, detto generatore di segnale oscillante può essere un generatore di segnale per alimentazione di rete elettrica e detta frequenza di oscillazione può essere uguale a 50 Hz o 60 Hz.
Una o più forme di attuazione possono comprendere un procedimento, comprendente:
- ricevere un segnale elettrico oscillante (per esempio, S), il segnale oscillante presentando una frequenza di oscillazione,
- applicare un campionamento temporale (per esempio, 12) a detto segnale elettrico oscillante e fornire un segnale elettrico oscillante campionato (per esempio, R), - configurare uno stadio di elaborazione non lineare (per esempio, 14) per emettere un segnale di risposta con isteresi (per esempio, U) quando pilotato da detto segnale elettrico oscillante campionato, in cui detto segnale di risposta con isteresi presenta una frequenza in un primo intervallo di frequenza (per esempio, U1) come risultato di un aumento nella frequenza di oscillazione del segnale elettrico oscillante, e in un secondo intervallo di frequenza (per esempio, U2) come risultato di una diminuzione nella frequenza di oscillazione del segnale elettrico oscillante,
- pilotare detto configurato uno stadio di elaborazione non lineare mediante detto segnale elettrico oscillante campionato,
- calcolare (per esempio, 16) un segnale di inviluppo (per esempio, E) di detto segnale di risposta con isteresi (per esempio, U),
- effettuare un confronto di detto segnale di inviluppo con almeno una soglia,
- produrre un segnale (per esempio, T) indicativo di un aumento o di una diminuzione nella frequenza di oscillazione del segnale elettrico oscillante come risultato dell'esito di detto confronto.
In una o più forme di attuazione, il procedimento può comprendere:
- configurare detto stadio di elaborazione non lineare (per esempio, 14) per emettere una pluralità di segnali di risposta con isteresi (U), e
- calcolare (per esempio, 16) un segnale di inviluppo (per esempio, E) di detta pluralità di segnali di risposta con isteresi (per esempio, U), effettuando un confronto di detto segnale di inviluppo con almeno una soglia e produrre un segnale (per esempio, T) indicativo di una frequenza di oscillazione del segnale elettrico oscillante come risultato dell'esito di detto confronto.
Una o più forme di attuazione possono comprendere un prodotto informatico caricabile nella memoria di almeno un circuito di elaborazione (per esempio, 14) e comprendente una parte di codice software che implementa il procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 9 a 10 quando eseguito su detto circuito di elaborazione (per esempio, 14).
D'altronde si comprenderà che le varie singole opzioni di implementazione esemplificate in tutte le figure che accompagnano questa descrizione non sono necessariamente intese per essere adottate nelle stesse combinazioni esemplificate nelle figure. Una o più forme di attuazione possono quindi adottare queste (altrimenti non imperative) opzioni individualmente e/o in combinazioni differenti rispetto alla combinazione esemplificata nelle figure allegate.
Senza pregiudizio per i principi sottostanti, i dettagli e le forme di attuazione possono variare, anche significativamente, rispetto a ciò che è stato descritto solo a titolo di esempio, senza allontanarsi dall'estensione di protezione. L'estensione della protezione è definita dalle rivendicazioni annesse.
Claims (11)
- RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo elettronico (10), comprendente: - un nodo d'ingresso configurato per ricevere un segnale elettrico oscillante (S), il segnale elettrico oscillante (S) presentando una frequenza di oscillazione, - un circuito di elaborazione (12) accoppiato a detto nodo d'ingresso e configurato per applicare un campionamento temporale a detto segnale elettrico oscillante (S) e fornire un segnale elettrico oscillante campionato (R), - un circuito non lineare (14) configurato per ricevere detto segnale elettrico oscillante campionato (R), il circuito di oscillatore non lineare (14) pilotato da detto segnale elettrico oscillante campionato (R) per emettere una segnale di risposta con isteresi (U) in funzione di detto segnale elettrico oscillante campionato (R), in cui detto segnale di risposta con isteresi (U) presenta una frequenza in un primo intervallo di frequenza (U1) come risultato di un aumento nella frequenza di oscillazione del segnale elettrico oscillante (S), e in un secondo intervallo di frequenza (U2) come risultato di una diminuzione nella frequenza di oscillazione del segnale elettrico oscillante (S), - un circuito di rilevazione (16) accoppiato a detto circuito non lineare (14) e configurato per ricevere detto segnale di risposta con isteresi (U) da esso, il circuito di rilevazione (16) configurato per calcolare un segnale di inviluppo (E) di detto segnale di risposta con isteresi (U), effettuare un confronto di detto segnale di inviluppo (E) con almeno una soglia, e produrre un segnale (T) indicativo di un aumento o di una diminuzione nella frequenza di oscillazione del segnale elettrico oscillante (S) come risultato dell'esito di detto confronto.
- 2. Dispositivo elettronico secondo la rivendicazione 1, in cui il circuito di elaborazione (12) è configurato per modificare una ampiezza di detto segnale elettrico oscillante campionato (R).
- 3. Dispositivo elettronico secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, in cui il circuito non lineare (14) comprende un circuito basato su microcontrollore.
- 4. Dispositivo elettronico secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detto circuito non lineare (14) presenta una risposta in frequenza con isteresi (U) che soddisfa una espressione: in c della risposta unzione descrittiva, DF, di una parte non lineare della risposta in frequenza (U).
- 5. Dispositivo elettronico secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, in cui il circuito non lineare (14) comprende un filtro con risposta all'impulso infinita, IIR.
- 6. Dispositivo elettronico secondo la rivendicazione 5, in cui il filtro IIR è configurato per presentare una risposta in frequenza con isteresi (U) H(z) che soddisfa una espressione:in cui i coefficienti presentano valori selezionati in modo tale che il diagramma polare del reciproco di H(z) attraversi una regione del piano complesso comprendente valori multipli di z.
- 7. Apparato elettronico, comprendente: - un dispositivo elettronico (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 6, - un generatore di segnale oscillante (11) accoppiato a detto dispositivo elettronico e che fornisce ad esso un segnale elettronico oscillante (S) avente una frequenza di oscillazione, - un circuito utente (18) accoppiato a detto dispositivo elettronico (10) e a detto generatore di segnale oscillante (11), il circuito utente (18) configurato per azionare detto generatore di segnale oscillante (11) in funzione di detto segnale (T) indicativo di un aumento o di una diminuzione nella frequenza di oscillazione del segnale elettrico oscillante (S).
- 8. Apparato elettronico secondo la rivendicazione 7, in cui detto generatore di segnale oscillante (11) è un generatore di segnale per alimentazione di rete elettrica e in cui detta frequenza di oscillazione è pari a 50 Hz o 60 Hz.
- 9. Procedimento, comprendente: - ricevere un segnale elettrico oscillante (S), il segnale oscillante (S) presentando una frequenza di oscillazione, - applicare un campionamento temporale (12) a detto segnale elettrico oscillante (S) e fornire un segnale elettrico oscillante campionato (R), - fornire uno stadio di elaborazione non lineare (14) e configurare detto stadio di elaborazione non lineare (14) per emettere un segnale di risposta con isteresi (U) quando pilotato da detto segnale elettrico oscillante campionato (R), in cui detto segnale di risposta con isteresi (U) presenta una frequenza in un primo intervallo di frequenza (U1) come risultato di un aumento nella frequenza di oscillazione del segnale elettrico oscillante (S), e in un secondo intervallo di frequenza (U2) come risultato di una diminuzione nella frequenza di oscillazione del segnale elettrico oscillante (S), - pilotare detto configurato uno stadio di elaborazione non lineare mediante detto segnale elettrico oscillante campionato (R), - calcolare (16) un segnale di inviluppo (E) di detto segnale di risposta con isteresi (U), - effettuare un confronto di detto segnale di inviluppo (E) con almeno una soglia, e - produrre un segnale (T) indicativo di un aumento o di una diminuzione nella frequenza di oscillazione del segnale elettrico oscillante (S) come risultato dell'esito di detto confronto.
- 10. Procedimento secondo la rivendicazione 9, comprendente: - configurare detto stadio di elaborazione non lineare (14) per emettere una pluralità di segnali di risposta con isteresi (U), e - calcolare (16) un segnale di inviluppo (E) di detta pluralità di segnali di risposta con isteresi (U), effettuare un confronto di detto segnale di inviluppo (E) con almeno una soglia e produrre un segnale (T) indicativo di una frequenza di oscillazione del segnale elettrico oscillante (S) come risultato dell'esito di detto confronto.
- 11. Prodotto informatico caricabile nella memoria di almeno un circuito di elaborazione (14) e comprendente una parte di codice software che implementa il procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 9 a 10 quando eseguito su detto circuito di elaborazione (14).
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