RU2090897C1 - Способ определения частоты синусоидального сигнала - Google Patents
Способ определения частоты синусоидального сигнала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2090897C1 RU2090897C1 RU93057353A RU93057353A RU2090897C1 RU 2090897 C1 RU2090897 C1 RU 2090897C1 RU 93057353 A RU93057353 A RU 93057353A RU 93057353 A RU93057353 A RU 93057353A RU 2090897 C1 RU2090897 C1 RU 2090897C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- frequency
- input signal
- signals
- values
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Phase Differences (AREA)
Abstract
Способ определения частоты синусоидального сигнала. Использование: способ предназначен для использования его в измерительной технике при определении частоты гармонических сигналов. Сущность изобретения: для повышения точности измерения при высоком быстродействии входной сигнал Xt задерживают на эталонный интервал времени Δt, регистрируют задержанный входной сигнал Yt, формируют первый и второй дополнительные сигналы, сдвинутые по фазе на угол π/2 в сторону опережения без изменения амплитуд относительно сигналов Xt, Yt соответственно, измеряют мгновенные значения дополнительных сигналов одновременно с входным сигналом, а частоту f определяют согласно математическому выражению:
,
где ti - момент времени измерения четырех мгновенных значений сигналов:
,
где ti - момент времени измерения четырех мгновенных значений сигналов:
Description
Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для прецизионного измерения частоты гармонического сигнала за время, меньшее полупериода измеряемого сигнала. К способу предъявляются высокие требования по точности измерений при высоком быстродействии.
Известен способ измерения частоты гармонического сигнала [1] основанный на измерении дискретных значений амплитуды сигнала с частотой дискретизации 3F, где F частота, соответствующая верхней границе диапазона измерений, суммируют первое и третье значения амплитуды, делят эту сумму на удвоенное второе и получают значение частного, определяют некоторый множитель K, используя полученное значение частного, а значение частоты измеряют как произведение частоты дискретизации F на этот множитель K.
Недостатком способа является большая погрешность измерений при значениях сигналов, близких к нулю.
Известен другой способ измерения частоты синусоидального сигнала [2] при котором стабилизируют сигнал по амплитуде на заранее фиксированном уровне, дифференцируют его и выделяют амплитуду сигнала, пропорционального измеряемой частоте.
Недостатки способа низкое быстродействие, ограниченный диапазон измерений.
Известен другой способ измерения частоты синусоидального сигнала [3] при котором стабилизируют сигнал по амплитуде на заранее фиксированном уровне, интегрируют его и выделяют амплитуду сигнала, пропорционального измеряемой частоте.
Недостатки способа аналогичны [3] низкое быстродействие, ограниченный диапазон измерений.
Известен другой способ определения частоты синусоидального сигнала [4] при котором формируют эталонный промежуток времени, измеряют мгновенные значения контролируемого напряжения, фиксируют три из них U1, U2, U3, следующие через эталонные интервалы времени t, а частоту f определяют согласно математическому выражению:
f = (1/2πΔt)arccos[(U1+U3)/2U2].
Недостатком способа является большая погрешность измерений при работе с малыми значениями измеряемого сигнала.
f = (1/2πΔt)arccos[(U1+U3)/2U2].
Недостатком способа является большая погрешность измерений при работе с малыми значениями измеряемого сигнала.
Известен другой способ определения частоты синусоидального сигнала [5] при котором формируют дополнительный сигнал, сдвинутый по фазе на 90o в сторону опережения, измеряют две пары мгновенных значений измеряемого и дополнительного сигналов через эталонный интервал времени, а частоту определяют согласно математическому выражению:
где U11, U12 и U21, U22 мгновенные значения соответственно измеряемого и дополнительного сигналов.
где U11, U12 и U21, U22 мгновенные значения соответственно измеряемого и дополнительного сигналов.
Способ обладает достаточно высоким быстродействием, но ограниченной величиной эталонного интервала времени t, энаменатель не принимает нулевых значений, что позволяет проводить измерения в любой момент времени, однако при уменьшении значений Δt точность определения частоты снижается из-за снижения чувствительности при значениях косинуса, близких к 1.
Известен другой способ измерения частоты синусоидального сигнала [6] основанный на функциональном преобразовании значения частного, полученного от деления двух результатов интегрирования, проведенных в определенных временных окнах.
Недостатком способа является большая погрешность измерений при работе с малыми значениями измеряемого сигнала, низкое быстродействие.
Наиболее близким по своему техническому решению является способ определения частоты синусоидального сигнала [7] основанный на измерении мгновенных значений входного сигнала Xt и входного сигнала Yt, задержанного на эталонный интервал времени Δt с последующим функциональным преобразованием измеренных мгновенных значений напряжения.
Недостатком способа является большая погрешность измерений в области малых величин сигнала.
Цель изобретения повышение точности измерений при высоком быстродействии.
Цель в способе определения частоты синусоидального сигнала, основанном на одновременном измерении мгновенных значений входного сигнала Xt и входного сигнала Yt, задержанного на эталонный интервал времени Δt, отличающийся тем, что формируют первый X't и второй Y't дополнительные сигналы, сдвинутые по фазе на угол π/2 в сторону опережения без изменения амплитуд относительно сигналов Xt, Yt соответственно, измеряют мгновенные значения дополнительных сигналов одновременно с входным сигналом, а частоту f определяют согласно математическому выражению:
где ti момент времени измерения четырех мгновенных значений сигналов;
На фиг. 1 представлено устройство для реализации способа, содержащее: блок 1 задержки, два фазовращателя 2 и 3, блок 4 выборки и хранения, цифровой блок 5 для вычислений.
где ti момент времени измерения четырех мгновенных значений сигналов;
На фиг. 1 представлено устройство для реализации способа, содержащее: блок 1 задержки, два фазовращателя 2 и 3, блок 4 выборки и хранения, цифровой блок 5 для вычислений.
Блоки в устройстве соединены следующим образом. Вход устройства соединен с входами блока 1 задержки, первым фазовращателем 2 и первым входом блока 4 выборки и хранения, второй вход которого подключен к выходу первого фазовращателя 2. Выход блока 1 задержки подключен к входу второго фазовращателя 3 и третьему входу блока 4 выборки и хранения, четвертый вход которого подключен к выходу второго фазовращателя 3. Результат вычисления регистрируется цифровым блоком 5, связанным по информационным и управляющим шинам с блоком 4 выборки и хранения.
На фиг.2 представлены диаграммы, поясняющие работу устройства и существо способа определения частоты синусоидального сигнала. На фиг. 2а представлен входной синусоидальный сигнал Xt с амплитудой А. На фиг. 2б представлен задержанный с помощью блока 1 задержки на эталонный интервал времени Δt синусоидальный сигнал Yt, имеющий ту же амплитуду А, что и входной сигнал Xt. Входной сигнал Xt сдвигают по фазе первым фазовращателем 2 на угол π/2 в сторону опережения относительно сигнала Xt без изменений амплитуды и получают сигнал X't, представленный на фиг. 2в. Сигнал Yt сдвигают по фазе вторым фазовращателем 3 на угол π/2 в сторону опережения относительно сигнала Yt без изменения амплитуды и получают сигнал Y't, представленный на фиг. 2г.
Величина фазового сдвига между сигналами Xt, Yt соответствует эталонному интервалу времени Δt, а сдвиг фазы 180o π соответствует полупериоду T/2 исследуемых колебаний. Поэтому справедливо следующее равенство:
Переходя от периода колебаний T к частоте f, из (1) получим
В каждый момент времени ti фазу F(Xti) сигнала Xt и фазу F(Yti) сигнала Yt можно представить в следующем виде:
F(Xti) arc sin X, (3)
F(Yti) arc sin Y, (4)
где X Xti/A и Y Yti/A;
B A амплитуда исследуемого сигнала.
Переходя от периода колебаний T к частоте f, из (1) получим
В каждый момент времени ti фазу F(Xti) сигнала Xt и фазу F(Yti) сигнала Yt можно представить в следующем виде:
F(Xti) arc sin X, (3)
F(Yti) arc sin Y, (4)
где X Xti/A и Y Yti/A;
B A амплитуда исследуемого сигнала.
Величину сдвига фаз между сигналами Xt, Yt можно представить в следующем виде:
Так как в нашем случае XY≅1, то справедливо выражение:
Из (5) и (6) получим следующее выражение:
После упрощения (7) получим следующее выражение:
Из (3) и (4) следует, что XtiAsinF(Xti), YtiAsinF(Yti).
Так как в нашем случае XY≅1, то справедливо выражение:
Из (5) и (6) получим следующее выражение:
После упрощения (7) получим следующее выражение:
Из (3) и (4) следует, что XtiAsinF(Xti), YtiAsinF(Yti).
Учитывая, что для сформированных сигналов X't и Y't выполняются соотношения X'ti AcosF(Xti), Y'ti AcosF(Yti), заменим в уравнении (8) подкоренные выражения значениями сформированных сигналов:
При этом справедливы следующие соотношения:
Из (10) и (11) следуют следующие соотношения:
После упрощения (9) получим:
После подстановки (14) в (2) окончательно получим:
где или
A2 (Xti)2 +(X'ti)2 B или A2 (Yti)2 + (Y'ti)2 B.
При этом справедливы следующие соотношения:
Из (10) и (11) следуют следующие соотношения:
После упрощения (9) получим:
После подстановки (14) в (2) окончательно получим:
где или
A2 (Xti)2 +(X'ti)2 B или A2 (Yti)2 + (Y'ti)2 B.
Таким образом, получили выражение (15) для определения частоты синусоидального сигнала с помощью четырех мгновенных значений сигналов.
По сравнению с прототипом предложенный способ имеет преимущества, измерения можно проводить с высокой точностью при любых величинах исследуемого сигнала в момент времени ti, так как знаменатель не принимает нулевых значений. При достаточно малых эталонных интервалах времени Δt по сравнению с периодом исследуемых сигналов разрешательная способность предложенного способа выше, чем у прототипа, так как при малых значениях углов чувствительность arcsin гораздо выше, чем arccos, а при ограниченном диапазоне измеряемых частот можно обойтись без вычислений обратных тригонометрических функций, так как в этом случае можно пользоваться приблизительным равенством arcsinX X.
Источники информации
1. Авт. св. СССР N 1241141, кл. G01R 23/00.
1. Авт. св. СССР N 1241141, кл. G01R 23/00.
2. Авт. св. СССР N 1275309, кл. G 01R 23/00.
3. Авт. св. СССР N 1302205, кл. G 01R 23/00.
4. Авт. св. СССР N 1185260, кл. G 01R 23/00.
5. Авт. св. СССР N 1471145, кл. G 01R 23/00.
6. Авт. св. СССР N 1780036, кл. G 01R 23/00.
7. Авт. св. СССР N 1659893, кл. G 01 R 23/00 (прототип).
Claims (1)
- Способ определения частоты синусоидального сигнала, основанный на одновременном измерении мгновенных значений входного сигнала Хt и входного сигнала Yt, задержанного на эталонный интервал времени Δt, отличающийся тем, что формируют первый X′t и второй Y′t дополнительные сигналы, сдвинутые по фазе на угол π/2 в сторону опережения без изменения амплитуд относительно сигналов Хt, Yt соответственно, измеряют мгновенные значения дополнительных сигналов одновременно с входным сигналом, а частоту f определяют согласно математическому выражению
где ti момент времени измерения четырех мгновенных значений сигналов;
B квадрат амплитуды входного сигнала, равный е
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93057353A RU2090897C1 (ru) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | Способ определения частоты синусоидального сигнала |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93057353A RU2090897C1 (ru) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | Способ определения частоты синусоидального сигнала |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU93057353A RU93057353A (ru) | 1996-08-20 |
RU2090897C1 true RU2090897C1 (ru) | 1997-09-20 |
Family
ID=20150722
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93057353A RU2090897C1 (ru) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | Способ определения частоты синусоидального сигнала |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2090897C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2517799C1 (ru) * | 2012-12-21 | 2014-05-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Балтийский Федеральный Университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта) | Способ определения параметров широкополосного сигнала |
RU174924U1 (ru) * | 2016-08-10 | 2017-11-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" (Госкорпорация "РОСКОСМОС") | Устройство определения параметров радиотехнических сигналов |
-
1993
- 1993-12-24 RU RU93057353A patent/RU2090897C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 1659893, кл. G 01 R 23/00, 1991. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2517799C1 (ru) * | 2012-12-21 | 2014-05-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Балтийский Федеральный Университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта) | Способ определения параметров широкополосного сигнала |
RU174924U1 (ru) * | 2016-08-10 | 2017-11-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" (Госкорпорация "РОСКОСМОС") | Устройство определения параметров радиотехнических сигналов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0702212A2 (en) | Phase difference measuring apparatus and mass flowmeter thereof | |
US4023400A (en) | Viscosimeter and/or densitometer | |
RU2090897C1 (ru) | Способ определения частоты синусоидального сигнала | |
RU2161773C2 (ru) | Устройство для определения угла | |
US3924183A (en) | Frequency measurement by coincidence detection with standard frequency | |
JP2003157142A (ja) | 位相ディジタイザ | |
JPS59187272A (ja) | 電気定数測定装置 | |
RU2040002C1 (ru) | Способ определения разности фаз двух сигналов | |
US3283574A (en) | Ultrasonic flowmeter | |
RU2127867C1 (ru) | Способ динамического измерения угловых перемещений | |
RU2060549C1 (ru) | Устройство для вычисления тригонометрических функций | |
RU2035743C1 (ru) | Способ определения квадратурных фазовых сдвигов синусоидальных сигналов | |
RU2024883C1 (ru) | Измеритель фазы сигналов | |
RU2037833C1 (ru) | Устройство для определения фазовых сдвигов сигналов с известным отношением их амплитуд | |
RU2075756C1 (ru) | Способ гармонического анализа сигнала для оценки математического ожидания | |
RU2099784C1 (ru) | Степенной преобразователь | |
SU983572A1 (ru) | Способ измерени фазового сдвига электрических сигналов | |
RU2090898C1 (ru) | Способ спектрального анализа сигналов | |
RU2070735C1 (ru) | Измеритель отношения значений амплитуд квазисинусоидальных сигналов | |
SU788071A1 (ru) | Устройство сравнени амплитуд двух электрических сигналов | |
SU879491A1 (ru) | Способ измерени частоты электрического сигнала | |
JPH10111117A (ja) | 超音波式デジタイザ | |
RU2196998C2 (ru) | Способ измерения постоянной составляющей гармонического сигнала | |
RU2062475C1 (ru) | Устройство для измерения фазовых сдвигов между синусоидальными сигналами | |
SU1040595A1 (ru) | Дифференциальный пьезоэлектрический преобразователь перемещений |