RU187664U1

RU187664U1 - Измеритель частоты гармонического сигнала

Info

Publication number: RU187664U1
Application number: RU2018133792U
Authority: RU
Inventors: Евгений Борисович Колесников
Original assignee: Евгений Борисович Колесников
Priority date: 2018-09-24
Filing date: 2018-09-24
Publication date: 2019-03-14

Abstract

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и может быть использована в измерительных устройствах, средствах автоматического контроля и управления. Измеритель частоты содержит два интегратора, инвертор, блок деления, гиперболический преобразователь и блок извлечения квадратного корня, причем вход измерителя соединен с входом инвертора и входом первого интегратора, выход которого через второй интегратор соединен с первым входом блока деления, ко второму входу которого подключен выход инвертора, а выход блока деления через гиперболический преобразователь соединен с входом блока извлечения квадратного корня.Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение быстродействия измерителя частоты. 1 ил.

Description

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и может быть использована в измерительных устройствах, средствах автоматического контроля и управления.

Известно устройство для измерения частоты и амплитуды гармонического сигнала [Авторское свидетельство СССР №1023246 МПК⁸ G01R 23/00, опубл. 15.06.1983 г.], содержащее три последовательно соединенные с входом устройства блока дифференцирования, два блока умножения, два блока вычитания, два блока деления, два блока возведения в квадрат и два блока извлечения квадратного корня.

Недостатком данного устройства является большая погрешность, вызванная значительным ослаблением входного сигнала в процессе тройного дифференцирования.

Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является измеритель частоты гармонического сигнала [Авторское свидетельство СССР №1160327 МПК⁸ G01R 23/00, опубл. 07.06.1985 г.], содержащий квадратор, два последовательно соединенных блока дифференцирования, последовательно соединенные умножитель, блок вычитания, блок деления, блок извлечения квадратного корня, индикатор и усилитель с автоматической регулировкой усиления, первый вход которого соединен с входной шиной, выход соединен с его вторым входом, с первым входом умножителя и с входом первого блока дифференцирования, выход которого соединен с входом квадратора, выход второго блока дифференцирования соединен со вторым входом умножителя, выход квадратора соединен со вторым входом блока вычитания.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Недостатком данного измерителя является низкое быстродействие, обусловленное применением усилителя с автоматической регулировкой усиления, схема которого, как правило, содержит детектор и фильтр нижних частот в цепи его отрицательной обратной связи. При этом постоянная времени фильтра нижних частот выбирается достаточно большой исходя из обеспечения заданных пульсаций напряжения управления на самой нижней частоте рабочего диапазона, что предопределяет низкое быстродействие устройства во всем рабочем диапазоне частот. Кроме того, устройство не позволяет производить автоматических сигналов различной амплитуды, т.к. в блоке деления амплитуда входного сигнала задается, а не измеряется.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение быстродействия измерителя частоты.

Указанный технический результат достигается тем, что в известный измеритель частоты гармонического сигнала, содержащий блок деления и блок извлечения квадратного корня, выход которого является выходом измерителя, дополнительно введены два интегратора, инвертор и гиперболический преобразователь, причем вход измерителя соединен с входом инвертора и входом первого интегратора, выход которого через второй интегратор соединен с первым входом блока деления, ко второму входу которого подключен выход инвертора, а выход блока деления через гиперболический преобразователь соединен с входом блока извлечения квадратного корня.

Существенными отличиями предлагаемого устройства является введение двух интеграторов, инвертора и гиперболического преобразователя и организация новых связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - повышения точности измерения частоты.

Сущность полезной модели поясняется чертежом. На фиг. приведена функциональная схема измерителя частоты.

Измеритель частоты содержит (фиг. ) два интегратора 1 и 2, инвертор 3, блок деления 4, гиперболический преобразователь 5 и блок извлечения квадратного корня 6.

Устройство работает следующим образом. Входное синусоидальное напряжение переменного тока u_вх=U_{m вх}sinωt с частотой ω подается на входы первого интегратора 1 и инвертора 3.

На выходе первого интегратора 1 формируется напряжение щ, амплитуда которого обратно-пропорциональна частоте ωо входного сигнала u_вх:

где U_{вх m} - амплитуда входного напряжения u_вх;

ω - круговая частота входного напряжения u_вх;

R - сопротивление резистора интегратора;

С - емкость конденсатора интегратора.

На выходе второго интегратора 2 формируется напряжение u₂, амплитуда которого обратно-пропорциональна квадрату частоты ω² входного напряжения u_вх.

Инвертор 3 инвертирует входное напряжение u_вх, в результате на его выходе формируется напряжение u₃, находящееся в противофазе входному напряжению u_вх.

u₃=-U_{m вх}sinωt.

В результате деления напряжения u₂ на напряжение u₃ в блоке деления 4, на его выходе имеем напряжение u₄:

При этом на выходе гиперболического преобразователя 5 формируется напряжение u₅:

u₅=R²C²ω².

После извлечения квадратного корня в блоке извлечения квадратного корня 6 на его выходе и выходе измерителя формируется напряжение u_вых постоянного тока величиной пропорциональной частоте ω входного напряжения u_вх.

В полученном выражении отсутствует амплитуда входного напряжения U_вxm, в результате чего выходное напряжение u_вых измерителя зависит только от частоты ω.

Таким образом, за счет исключения из схемы фильтра нижних частот, входящего в состав усилителя с автоматической регулировкой усиления, достигается технический результат - повышение быстродействия измерителя частоты.

При практической реализации предлагаемого устройства интеграторы 1, 2 можно выполнить по известной схеме на операционном усилителе (ОУ) с времязадающей RC-цепью. Инвертор 3 представляет собой обычный инвертирующий усилитель на ОУ с единичным коэффициентом усиления. Блок деления 4 можно выполнить на ОУ, включив перемножитель на микросхеме К525ПС3 в цепь его отрицательной обратной связи. Гиперболический преобразователь 5 можно выполнить по известной схеме (А.Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994, стр. 260, рис. 10.1,б), использовав ОУ и перемножитель напряжений на микросхеме КР525ПС3. В качестве блока извлечения квадратного корня 6 можно использовать схему на ОУ, включив квадратор в цепь его отрицательной обратной связи.

Claims

Измеритель частоты гармонического сигнала, содержащий блок деления и блок извлечения квадратного корня, выход которого является выходом измерителя, отличающийся тем, что в него дополнительно введены два интегратора, инвертор и гиперболический преобразователь, причем вход измерителя соединен с входом инвертора и входом первого интегратора, выход которого через второй интегратор соединен с первым входом блока деления, ко второму входу которого подключен выход инвертора, а выход блока деления через гиперболический преобразователь соединен с входом блока извлечения квадратного корня.