PL211990B1 - Sposób cyfrowego pomiaru chwilowej częstotliwości sygnału impulsowego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób cyfrowego pomiaru częstotliwości sygnału impulsowego. Wynalazek stosuje się w metrologii elektrycznej do pomiaru częstotliwości sygnału impulsowego, pochodzącego np. z przetwornika obrotowo-impulsowego lub parametrycznego, w przypadku gdy nie jest znany charakter zmian mierzonej wielkości i wymagane jest przy zmianach z małą dynamiką ekstrapolowanie wartości częstotliwości z dwóch ostatnich okresów, a dla dużej dynamiki zmian obliczenie częstotliwości z pojedynczego okresu.

W cyfrowym pomiarze częstotliwości wyznacza się wartość częstotliwości dla danej chwili próbkowania, dysponując jedynie informacją o długościach okresów poprzedzających chwilę próbkowania. Znane dotychczas sposoby pomiaru częstotliwości sygnału impulsowego polegają na zliczaniu mierzonych okresów w stałym czasie oraz na zliczaniu okresów sygnału z generatora wzorcowego w czasie pojedynczego okresu mierzonego sygnału impulsowego lub jego wielokrotności. Przy pomiarze przez zliczanie okresów mierzonego sygnału w założonym stałym czasie pomiaru, wymagany jest długi czas pomiaru związany z dużą liczbą zliczanych okresów, dla zapewnienia odpowiedniej dokładności. Dlatego uzyskany wynik może różnić się od wartości chwilowej częstotliwości w chwili uzyskania wyniku. W drugiej metodzie zliczane są okresy generatora wzorcowego w czasie jednego okresu mierzonego sygnału impulsowego lub jego wielokrotności. Umożliwia to skrócenie czasu pomiaru. Przy długich okresach sygnału impulsowego i większych odstępach między impulsem kończącym dany okres i chwilą próbkowania, przy zmiennej częstotliwości mierzonej, wynik uzyskany z pomiaru może odbiegać od wartości częstotliwości w chwili próbkowania. Znana jest również metoda, w której wartość częstotliwości dla chwili próbkowania wyznaczana jest z poprzednich okresów na podstawie ekstrapolacji, przy założeniu znanego charakteru zmian mierzonej częstotliwości. W najprostszym przypadku, przy założeniu liniowej zmiany częstotliwości, jej wartość w danej chwili próbkowania może być obliczona na podstawie wartości dwóch ostatnich okresów. Jeżeli jednak charakter zmian częstotliwości będzie odbiegał od założonego lub przy występowaniu dużych zakłóceń, uzyskana w ten sposób wartość częstotliwości może odbiegać od rzeczywistej wartości w chwili uzyskania wyniku.

Sposób cyfrowego pomiaru chwilowej częstotliwości sygnału impulsowego według wynalazku, w którym na podstawie liczby okresów sygnału z generatora wzorcowego w czasie trwania okresu sygnału impulsowego określa się długość okresu tego sygnału charakteryzuje się tym, że mierzy się liczbę okresów sygnału z generatora wzorcowego w czasie trzech ostatnich okresów sygnału impulsowego poprzedzających chwilę próbkowania oraz mierzy się czas Tk pomiędzy impulsem sygnału impulsowego kończącym ostatni z tych okresów Ti i chwilą próbkowania, dla której wyznaczana jest częstotliwość, po czym oblicza się różnicę między dwoma wartościami częstotliwości f_i-2' oraz f_i-2 w połowie trzeciego od końca okresu Ti-2:

^Δfi-2 = ^f\-2 ^{- f}i-2 przy czym pierwszą wartość częstotliwości fi-2' w połowie trzeciego od końca okresu Ti-2 wyznacza się z ekstrapolacji na podstawie długości dwóch ostatnich okresów Ti-1 i Ti przy założeniu liniowej zmiany częstotliwości:

r , _ _l__ O__i_ A T-2+ Λ-1 ^f ' - ² Ti_ i \T, Ti _i ) T, ₁₊ Ti a drugą wartość częstotliwości fi-2 w połowie trzeciego od końca okresu Ti-2 wyznacza się na podstawie długości tego okresu:

f = — ^{f i - 2} T _ 2

Wartość bezwzględną otrzymanej różnicy Δ^.₂ porównuje się z przyjętą eksperymentalnie wartością graniczną Δ^_Γ. Dla |Δ^_-2|< Δ/., jako wynik pomiaru częstotliwości chwilowej f_k w chwili próbkowania przyjmuje się wartość uzyskaną z ekstrapolacji na podstawie dwóch ostatnich okresów:

f _ 1 M__L_ 1 ^ri-2+ ^2rf + 2T_k ^fk Ti_ i Vt, T,_ i ) T,_ i+ T, gdzie: Tk - jest czasem między impulsem sygnału impulsowego kończącym ostatni Ti, okres i chwilą próbkowania, dla której wyznaczana jest częstotliwość. Natomiast w przypadku, gdy |ΔΑ_-2|>Δ^_Γ,

PL 211 990 B1 jako wynik pomiaru częstotliwości chwilowej f_k w chwili próbkowania przyjmuje się wartość częstotliwości wyznaczoną z ostatniego mierzonego okresu Ti:

Zaletą sposobu według wynalazku jest to, że pozwala na pomiar z najmniejszą wartością błędu, jaką można uzyskać w danych warunkach.

Wynalazek jest bliżej objaśniony na przykładzie zilustrowanym rysunkiem, na którym na fig. 1 przedstawia poglądowo zasadę pomiaru dla małej dynamiki zmian sygnału impulsowego, a fig. 2 - dla dużej dynamiki zmian sygnału impulsowego.

Sposób pomiaru chwilowej częstotliwości sygnału impulsowego polega na tym, że zlicza się okresy sygnału z generatora wzorcowego w czasie trwania kolejnych okresów mierzonego sygnału impulsowego o amplitudzie równej wartości w i na tej podstawie określa się długość kolejnych okresów Ti-2, Ti-1, Ti, Ti+1 mierzonego sygnału impulsowego. Mierzy się także czas Tk pomiędzy impulsem mierzonego sygnału kończącym ostatni okres Ti, a chwilą próbkowania w następnym okresie Ti+1. Następnie z ekstrapolacji, przy założeniu liniowej zmiany częstotliwości, wyznacza się na podstawie długości dwóch ostatnich okresów sygnału impulsowego T_i-1 i T_i pierwszą wartość częstotliwości f_i.₂' w połowie trzeciego od końca okresu Ti-2 tego sygnału, z zależności:

_f ’= j_ _(l_ j_ τ_ι__t ^J1-2 Ti_l Γ,_, 7 r;_₁₊ Ti

Wyznacza się również drugą wartość częstotliwości fi.2 w połowie trzeciego od końca okresu fi-2', na podstawie długości tego okresu:

^f-2 _Ti_₂

Następnie wyznacza się różnicę Δ^.₂ między wartościami f_i-2' oraz f_i-2:

^Δ/ί-2 = ^fi-2 - ^fi-2

Jeżeli różnica między tymi dwoma wartościami częstotliwości jest niewielka, tzn. |Δ^_-2|< Δ^_Γ, gdzie Δγ. jest przyjętą eksperymentalnie wartością graniczną, oznacza to, że wartość częstotliwości sygnału impulsowego zmienia się w czasie z małą dynamiką, co pozwala na wyznaczenie częstotliwości chwilowej fk w momencie próbkowania, w kolejnym okresie Ti+1, z ekstrapolacji na podstawie dwóch ostatnich okresów poprzedzających chwilę próbkowania:

_{f =} __]_ j Λ-1+ 2Λ+ 2T_k ^fk Ti_ ! ⁽Γ; T_ ! ⁷ T_ ₁₊ Ti gdzie: Tk - jest czasem między impulsem sygnału impulsowego kończącym ostatni Ti, okres i chwilą próbkowania, dla której wyznaczana jest częstotliwość.

Natomiast w przypadku, gdy |ΔΑ_-2|>Δ^_Γ, zakłada się, że wartość częstotliwości zmienia się w sposób, który nie pozwala na wyznaczenie częstotliwości z ekstrapolacji i jako wartość częstotliwości w chwili próbkowania przyjmuje się wartość wyznaczoną z ostatniego mierzonego okresu:

Ti

Powyższa metoda uzależnia wyznaczanie chwilowej częstotliwości sygnału impulsowego od dynamiki zmian tej częstotliwości: na podstawie dwóch ostatnich okresów przy małej dynamice zmian i z ostatniego okresu przy dużej dynamice zmian, co pozwala uzyskać najmniejsze błędy przy danych zmianach chwilowej częstotliwości sygnału mierzonego.

Claims (1)

1. Sposób cyfrowego pomiaru chwilowej częstotliwości sygnału impulsowego w którym na podstawie liczby okresów sygnału z generatora wzorcowego w czasie trwania okresu sygnału impulsowego określa się długość okresu tego sygnału, znamienny tym, że mierzy się liczbę okresów sygnału z generatora wzorcowego w czasie trzech ostatnich okresów sygnału impulsowego poprzedzających chwilę próbkowania oraz mierzy się czas Tk pomiędzy impulsem sygnału impulsowego kończącym

   PL 211 990 B1 ostatni z tych okresów Ti i chwilą próbkowania, dla której wyznaczana jest częstotliwość, po czym oblicza się różnicę ΔΑ_-2 między dwoma wartościami częstotliwości f_i-2' oraz f_i-2 w połowie trzeciego od końca okresu Ti-2:

   Δ^-2 = fi-2' - fi-2' przy czym pierwszą wartość częstotliwości fi-2' w połowie trzeciego od końca okresu Ti-2 wyznacza się z ekstrapolacji na podstawie długości dwóch ostatnich okresów Ti-1 i Ti, przy założeniu liniowej zmiany częstotliwości:

   , , _ 1 M__L_ j T-2+ Γ;-ΐ ^f ' - ² Ti_ 1 ^T, Ti _i ⁷ T, ₁₊ Ti a drugą wartość częstotliwości fi-2 w połowie trzeciego od końca okresu Ti-2 wyznacza się na podstawie długości tego okresu:

   ^f-2 Ti_₂ a następnie wartość bezwzględną otrzymanej różnicy Δ^_-2 porównuje się z przyjętą eksperymentalnie wartością graniczną Δ/., i dla |ΔΑ_-2|<Δ^_Γ jako wynik pomiaru częstotliwości chwilowej f_k w chwili próbkowania przyjmuje się wartość uzyskaną z ekstrapolacji na podstawie dwóch ostatnich okresów:

   , _ 1 M__]_ λ £^1+277+27^ ^fk Ti_ 1 \T , T,_ 1 ⁷ T,_ 1+ Ti gdzie: Tk - jest czasem między impulsem sygnału impulsowego kończącym ostatni Ti okres i chwilą próbkowania, dla której wyznaczana jest częstotliwość, natomiast w przypadku gdy |ΔΑ_-2|>Δ^_Γ, jako wynik pomiaru częstotliwości chwilowej fk w chwili próbkowania przyjmuje się wartość częstotliwości wyznaczoną z ostatniego mierzonego okresu Ti: