RU167707U1

RU167707U1 - HARMONIC FREQUENCY METER

Info

Publication number: RU167707U1
Application number: RU2016141775U
Authority: RU
Inventors: Евгений Борисович Колесников
Original assignee: Евгений Борисович Колесников
Priority date: 2016-10-24
Filing date: 2016-10-24
Publication date: 2017-01-10

Abstract

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и может быть использована в измерительных устройствах, средствах автоматического контроля и управления. Измеритель частоты содержит амплитудный детектор, блок деления, арксинусный преобразователь, дифференциатор и блок выделения модуля. Входное синусоидальное напряжение, стабилизируется по амплитуде и преобразуется арксинусным преобразователем в напряжение треугольной формы, после дифференцирования которого и выделении модуля на выходе измерителя формируется постоянное напряжение пропорциональное частоте входного сигнала. Технический результат заключается в повышении точности измерения частоты. 2 ил.The utility model relates to electrical engineering and can be used in measuring devices, means of automatic control and management. The frequency meter contains an amplitude detector, a division unit, an arcsine converter, a differentiator, and a module allocation unit. The input sinusoidal voltage is stabilized in amplitude and is transformed by the arcsine converter into a triangular voltage, after differentiating it and isolating the module, a constant voltage proportional to the frequency of the input signal is formed at the meter output. The technical result is to increase the accuracy of frequency measurement. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и может быть использована в измерительных устройствах, средствах автоматического контроля и управления.The utility model relates to electrical engineering and can be used in measuring devices, means of automatic control and management.

Известно устройство для измерения частоты синусоидального напряжения [Авторское свидетельство СССР №524138 МПК⁸, G01R 23/00 опубл. 05.08.1976 г.], содержащее пороговое устройство, ключ, дифференцирующую и интегрирующую цепи, фазосдвигающую цепь, детекторы, аналого-цифровой преобразователь и индикатор.A device for measuring the frequency of a sinusoidal voltage [USSR Author's Certificate No. 524138 IPC ⁸ , G01R 23/00 publ. 05/05/1976], containing a threshold device, a key, a differentiating and integrating circuit, a phase-shifting circuit, detectors, an analog-to-digital converter and an indicator.

Однако данное устройство позволяет измерять частоту только в диапазоне не более двух декад.However, this device allows you to measure the frequency only in the range of not more than two decades.

Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является измеритель частоты гармонического сигнала [Авторское свидетельство СССР №813289 МПК⁸ G01R 23/00, опубл. 15.03.1981 г.], содержащий усилитель с дискретной регулировкой коэффициента усиления, блок выделения модуля, пороговый блок, два дифференциатора, коммутатор, два ключа, два диода, два элемента памяти, усилитель с плавной регулировкой коэффициента усиления, блок сравнения и указатель диапазонов, при этом усилитель с дискретной регулировкой коэффициента усиления, блок выделения модуля, пороговый блок и дополнительный дифференциатор соединены последовательно, выход первого элемента памяти соединен с входом коммутатора, выход которого подключен к управляющему входу усилителя с дискретной регулировкой коэффициента усиления и к первому входу указателя диапазонов, выход дополнительного дифференциатора через диоды соединен с управляющими входами ключей, выход блока выделения модуля соединен с входом основного ключа, выход которого подключен к входу второго элемента памяти, выход основного дифференциатора соединен со входом дополнительного ключа, выход которого подключен ко входу первого элемента памяти, выход второго элемента памяти соединен со входом усилителя с плавной регулировкой коэффициента усиления, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, а второй вход блока сравнения соединен с входом первого элемента памяти, выход блока сравнения соединен с управляющим входом усилителя с плавной регулировкой коэффициента усиления и с вторым входом указателя диапазонов.The closest analogue to the proposed utility model is a frequency meter of a harmonic signal [USSR Author's Certificate No. 813289 IPC ⁸ G01R 23/00, publ. 03/15/1981], comprising an amplifier with discrete gain control, a module allocation unit, a threshold unit, two differentiators, a switch, two keys, two diodes, two memory elements, an amplifier with continuously adjustable gain, a comparison unit and a range indicator, the amplifier with discrete gain control, the module selection unit, the threshold unit and the additional differentiator are connected in series, the output of the first memory element is connected to the input of the switch, the output of which is connected n to the control input of the amplifier with discrete gain control and to the first input of the range indicator, the output of the additional differentiator is connected via diodes to the control inputs of the keys, the output of the module selection unit is connected to the input of the main key, the output of which is connected to the input of the second memory element, the output of the main differentiator connected to the input of an additional key, the output of which is connected to the input of the first memory element, the output of the second memory element is connected to the input of the amplifier with a smooth ulirovkoy gain whose output is connected to the first input of the comparator and a second input of the comparator is connected to the input of the first memory element, the comparator output is connected to the control input of the amplifier continuously adjustable gain and a second input ranges pointer.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.This technical solution is selected as a prototype.

Недостатком данного устройства является невысокая точность измерения частоты, обусловленная большим числом преобразований сигналов и большим количеством нелинейных элементов.The disadvantage of this device is the low accuracy of the frequency measurement due to the large number of signal conversions and a large number of nonlinear elements.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение точности измерения частоты.The technical result of the claimed utility model is to increase the accuracy of frequency measurement.

Указанный технический результат достигается тем, что в известный измеритель частоты гармонического сигнала, содержащий дифференциатор и блок выделения модуля, причем выход дифференциатора присоединен к входу блока выделения модуля, дополнительно введены амплитудный детектор, блок деления и арксинусный преобразователь, причем вход измерителя соединен с входами амплитудного детектора и первым входом блока деления, выход которого соединен с входом арксинусного преобразователя, выход которого соединен с входом дифференциатора, выход амплитудного детектора соединен со вторым входом блока деления, а выход блока выделения модуля является выходом измерителя.The specified technical result is achieved by the fact that in a known frequency meter of a harmonic signal containing a differentiator and a module selection unit, the output of the differentiator connected to the input of the module selection unit, an amplitude detector, a division unit and an arcsine converter are additionally introduced, and the meter input connected to the inputs of the amplitude detector and the first input of the division unit, the output of which is connected to the input of the arcsine converter, the output of which is connected to the input of the differentiator, output a the amplitude detector is connected to the second input of the division unit, and the output of the module selection unit is the output of the meter.

Существенными отличиями предлагаемого устройства является введение дополнительно амплитудного детектора, блока деления и арксинусного преобразователя и организация новых связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - повышения точности измерения частоты.Significant differences of the proposed device is the introduction of an additional amplitude detector, a division unit and an arcsine converter and the organization of new connections between the elements of the device. The combination of elements and the relationships between them provide a positive effect - improving the accuracy of frequency measurement.

Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 приведена функциональная схема измерителя частоты, на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений u_вх, u₁-u₃ и u_вых.The essence of the utility model is illustrated by drawings. In FIG. 1 is a functional diagram of a frequency meter; FIG. 2 - time diagrams of voltages u _in , u ₁ -u ₃ and u _out .

Измеритель частоты содержит (фиг. 1) амплитудный детектор 1, блок деления 2, арксинусный преобразователь 3, дифференциатор 4 и блок выделения модуля 5.The frequency meter contains (Fig. 1) an amplitude detector 1, a division unit 2, an arcsine converter 3, a differentiator 4, and an allocation unit for module 5.

Устройство работает следующим образом. Входное синусоидальное напряжение переменного тока u_вх=U_{m вх}sinωt (фиг. 2) с частотой со подается на входы амплитудного детектора 1 и блока деления 2. На выходе амплитудного детектора 1 формируется напряжение U_{m вх}, равное амплитуде входного напряжения. После деления входного напряжение на его амплитуду в блоке деления 2, на его выходе формируется напряжение u₁=sinωt с единичной амплитудой, которое поступает на вход арксинусного преобразователя 3. Арксинусный преобразователь 3 вычисляет угол, синус которого равен напряжению u₁ на его входе, и формирует на выходе напряжение u₂ треугольной формы с амплитудой U_2m, равной π/2.The device operates as follows. The input sinusoidal AC voltage u = U _m _Rin _Rin sinωt (FIG. 2) with the frequency supplied to the inputs of the amplitude detector 1 and the block division 2. The output of the amplitude detector 1 is formed U _{m Rin} voltage equal to the input voltage amplitude. After dividing the input voltage by its amplitude in the division unit 2, a voltage u ₁ = sinωt with a unit amplitude is generated at its output, which is fed to the input of the arcsine converter 3. The arcsine converter 3 calculates the angle whose sine is equal to the voltage u ₁ at its input, and generates a voltage u _{2 of a} triangular shape with an amplitude U _2m equal to π / 2 at the output.

Дифференциатор 4 дифференцирует напряжение u₂ треугольной формы, в результате на его выходе получается напряжение u₃ прямоугольной формы (меандр) с амплитудой, пропорциональной скорости изменения сигнала u₂ на его входе. На выходе блока выделения модуля 5 и на выходе измерителя формируется напряжение u_вых постоянного тока величиной равной амплитуде выходного сигнала дифференциатора u₃ (фиг. 2).The differentiator 4 differentiates the voltage u _{2 of a} triangular shape, as a result of its output, a voltage u _{3 of a} rectangular shape (meander) with an amplitude proportional to the rate of change of the signal u ₂ at its input is obtained. At the output of block allocation module 5 and the output voltage u is formed meter _O DC value equal to the amplitude of the differentiator output signal u ₃ (FIG. 2).

В связи с тем, что скорость изменения напряжения u₂ на выходе дифференциатора 4 пропорциональна частоте ω входного сигнала u_вх, то и выходное напряжение измерителя пропорционально этой частоте ω. При этом изменение амплитуды U_{m вх} входного сигнала не влияет на величину выходного напряжения u_вых, так как на входе арксинусного преобразователя 3 во всех режимах работы поддерживается напряжение u₁ с единичной амплитудой.Due to the fact that the rate of change of voltage u ₂ at the output of the differentiator 4 is proportional to the frequency ω of the input signal u _in , the output voltage of the meter is proportional to this frequency ω. In this case, a change in the amplitude U _{m of the} input signal does not affect the value of the output voltage u _out , since the voltage u ₁ with a unit amplitude is maintained at the input of the arcsine converter 3 in all operating modes.

Небольшие импульсные всплески в выходном напряжении в реальной схеме, обусловленные неидеальностью блоков преобразования, можно подавить фильтром нижних частот с небольшой постоянной времени, включенным на выходе измерителя, что существенно не скажется на быстродействии устройства.Small pulsed bursts in the output voltage in a real circuit, due to the imperfect conversion units, can be suppressed by a low-pass filter with a small time constant turned on at the output of the meter, which will not significantly affect the speed of the device.

При практической реализации предлагаемого устройства амплитудный детектор 1 можно выполнить по одной из известных схем (А. Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994, стр. 292, рис. 11.17; стр. 304, рис. 11.29). Блок деления 2 можно выполнить на операционном усилителе (ОУ), включив перемножитель напряжений на микросхеме К525ПСЗ в цепь его отрицательной обратной связи.In the practical implementation of the proposed device, the amplitude detector 1 can be performed according to one of the known schemes (A. J. Peyton, V. Walsh. Analog electronics on operational amplifiers. - M .: BINOM, 1994, p. 292, Fig. 11.17; p. 304, Fig. 11.29). Division unit 2 can be performed on an operational amplifier (OA) by including a voltage multiplier on the K525PSZ chip in its negative feedback circuit.

Арксинусный преобразователь 3 можно выполнить по одной из схем (Авт. свид. СССР, №467365, G06G 7/22, 15.04.1975; Авт. свид. СССР, №1256051, G06G 7/22, 07.09.1986.) или на ОУ, включив формирователь синуса, выполненный по одной из схем (А. Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994, стр. 270, рис. 10.9; Хоровиц П. и Хилл У. Искусство схемотехники. - М.: БИНОМ, 2014, стр. 311, рис. 539; Тимонтеев В.Н., Величко Л.М., Ткаченко В.А. Аналоговые перемножители сигналов в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: Радио и связь, 1982, стр. 66, рис. 4.22), в цепь его отрицательной обратной связи. Дифференциатор 4 можно выполнить по известной схеме на ОУ с времязадающей RC-цепью. В качестве блока выделения модуля 5 можно использовать схему двухполупериодного выпрямителя на ОУ, выполненного по схеме (А. Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994, стр. 315, рис. 11.37).Arxine converter 3 can be performed according to one of the schemes (Auth. St. USSR, No. 4667365, G06G 7/22, 04/15/1975; Auth. St. USSR, No. 1256051, G06G 7/22, 09/07/1986.) Or on the OS , including the sine shaper, made according to one of the schemes (A. J. Peyton, V. Walsh. Analog electronics on operational amplifiers. - M .: BINOM, 1994, p. 270, Fig. 10.9; Horowitz P. and Hill W. The art of circuitry. - M.: BINOM, 2014, p. 311, Fig. 539; Timonteev V.N., Velichko L.M., Tkachenko V.A. Analog signal multipliers in electronic equipment. - M.: Radio and communication , 1982, p. 66, Fig. 4.22), in the chain of its negative o inverse connection. Differentiator 4 can be performed according to the well-known scheme on an op-amp with a timing RC circuit. As a block selection module 5, you can use the scheme of a half-wave rectifier on the op amp, made according to the scheme (A. J. Peyton, V. Walsh. Analog electronics on operational amplifiers. - M .: BINOM, 1994, p. 315, Fig. 11.37) .

Claims

A harmonic signal frequency meter comprising a differentiator and a module separation unit, wherein the output of the differentiator is connected to the input of the module selection unit, characterized in that an amplitude detector, a division unit and an arcsine converter are additionally introduced into it, the meter input connected to the inputs of the amplitude detector and the first input the division unit, the output of which is connected to the input of the arcsine converter, the output of which is connected to the input of the differentiator, the output of the amplitude detector is connected to W eye input dividing unit and the output module block separation is output meter.