RU2486529C2 - Method for joint measurement of frequency, phase and initial phase of harmonic signal - Google Patents
Method for joint measurement of frequency, phase and initial phase of harmonic signal Download PDFInfo
- Publication number
- RU2486529C2 RU2486529C2 RU2011136578/28A RU2011136578A RU2486529C2 RU 2486529 C2 RU2486529 C2 RU 2486529C2 RU 2011136578/28 A RU2011136578/28 A RU 2011136578/28A RU 2011136578 A RU2011136578 A RU 2011136578A RU 2486529 C2 RU2486529 C2 RU 2486529C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- phase
- frequency
- amplitude
- codes
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Frequencies, Analyzing Spectra (AREA)
- Measuring Phase Differences (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для одновременного измерения частоты, амплитуды, фазы и начальной фазы непрерывного или импульсного гармонического сигнала по одному и тому же минимальному набору исходных данных.The present invention relates to measuring technique and can be used to simultaneously measure the frequency, amplitude, phase and initial phase of a continuous or pulsed harmonic signal from the same minimum set of source data.
Известен способ определения частоты сигнала (патент РФ на изобретение №2117306), заключающийся в том, что сигнал дискретизируют, вычисляют его спектр, определяют номер максимальной спектральной составляющей, измеряют ее амплитуду, а также номер и амплитуду большей из смежных с ней и используют эти исходные данные в формуле вычисления частоты.A known method of determining the frequency of the signal (RF patent for the invention No. 2117306), which consists in the fact that the signal is sampled, its spectrum is calculated, the number of the maximum spectral component is determined, its amplitude is measured, as well as the number and amplitude of the largest adjacent to it, and these initial data in the frequency calculation formula.
В этом способе-аналоге, так же как и в предлагаемом изобретении, сигнал дискретизируют по времени и представляют дискретные значения сигнала цифровыми кодами. Кроме того, используемые для вычисления частоты исходные данные несут в себе информацию и о частоте, и об амплитуде сигнала.In this analogous method, as well as in the present invention, the signal is sampled in time and the discrete values of the signal are represented by digital codes. In addition, the initial data used to calculate the frequency carry information about the frequency and amplitude of the signal.
Недостаток способа состоит в том, что в нем используется не непосредственно сигнал, а его спектр (т.е. выполняется дополнительное преобразование - Фурье-преобразование сигнала). Исходные данные (в данном случае амплитуды спектральных составляющих) используются в формуле вычисления частоты, и, следовательно, погрешности измерения амплитуд вносят дополнительный вклад в погрешности вычисления частоты. Кроме метрологических факторов, определяющих погрешности измерения амплитуд (таких, например, как разрядность цифрового кода), возможны еще и объективные факторы, связанные, например, с тем, что найденная максимальная спектральная составляющая может неточно соответствовать частоте сигнала, и потому ее измеренное значение будет занижено относительно истинного.The disadvantage of this method is that it does not use the signal directly, but its spectrum (i.e., an additional transformation — the Fourier transform of the signal) is performed. The initial data (in this case, the amplitudes of the spectral components) are used in the frequency calculation formula, and, therefore, the errors in the measurement of the amplitudes make an additional contribution to the errors in the calculation of the frequency. In addition to metrological factors that determine the errors in the measurement of amplitudes (such as, for example, the digit capacity of a digital code), objective factors are also possible, for example, due to the fact that the found maximum spectral component may not exactly correspond to the signal frequency, and therefore its measured value will be underestimated relatively true.
Известен также способ измерения амплитуды гармонических сигналов (патент РФ на изобретение №2060475), заключающийся в том, что в спектре сигнала регистрируют гармонику с максимальной амплитудой, определяют ее частоту и используют эту частоту в формуле вычисления амплитуды гармонических колебаний.There is also a method of measuring the amplitude of harmonic signals (RF patent for the invention No. 2060475), which consists in the fact that in the signal spectrum register a harmonic with a maximum amplitude, determine its frequency and use this frequency in the formula for calculating the amplitude of harmonic oscillations.
В этом способе-аналоге, как и в предлагаемом изобретении, для измерения амплитуды сигнала и его частоты используются одни и те же исходные данные (в этом аналоге это спектральная составляющая с максимальной амплитудой).In this analogue method, as in the present invention, the same initial data are used to measure the amplitude of the signal and its frequency (in this analogue it is the spectral component with maximum amplitude).
Недостаток этого способа-аналога, так же как и предыдущего, состоит в использовании для измерений не сигнала, а его Фурье-преобразования и использовании частоты спектральной составляющей с максимальной амплитудой в формуле вычисления амплитуды. Из-за этого погрешности измерения частоты, связанные, например, с тем, что частота спектральной составляющей с максимальной амплитудой может не совпадать с истинной частотой сигнала, вносят дополнительный вклад в погрешности вычисления амплитуды.The disadvantage of this analogue method, as well as the previous one, is that it uses not the signal, but its Fourier transform, and the use of the frequency of the spectral component with maximum amplitude in the amplitude calculation formula. Because of this, frequency measurement errors associated, for example, with the fact that the frequency of the spectral component with the maximum amplitude may not coincide with the true signal frequency, make an additional contribution to the errors in the calculation of the amplitude.
Наиболее близким к заявляемому способу по технической сути представляется способ, реализованный в "Устройстве определения частоты переменного напряжения" (Авторское свидетельство СССР №1185260. Опубл. 30.10.88. Бюл. №40) и включающий в себя дискретизацию аналогового сигнала, представление его фрагмента тройкой цифровых кодов S1, S2, S3, сформированных в моменты времени t1, t2, t3 соответственно и используемых для вычисления частоты сигнала f по формуле
Признаки, совпадающие с признаками предлагаемого изобретения: дискретизация аналогового сигнала, представление его фрагмента тройкой цифровых кодов S1, S2, S3, сформированных в моменты времени t1, t2, t3 соответственно; использование кодов для вычисления частоты сигнала f по формуле
Недостаток этого способа, выбранного в качестве прототипа, состоит в недоиспользовании информации о сигнале, содержащейся в сформированных цифровых кодах S1, S2, S3. Между тем, зная коды S1, S2 и S3, можно не только измерять частоту, но и дополнительно к найденной частоте измерять амплитуду, фазу и начальную фазу непрерывного или импульсного гармонического сигнала. Кроме того, измерение амплитуды, фазы и начальной фазы можно выполнять одновременно (параллельно) с измерением частоты. Это позволит ускорить измерения.The disadvantage of this method, selected as a prototype, is the underutilization of information about the signal contained in the generated digital codes S 1 , S 2 , S 3 . Meanwhile, knowing the codes S 1 , S 2 and S 3 , it is possible not only to measure the frequency, but in addition to the found frequency, to measure the amplitude, phase and initial phase of a continuous or pulsed harmonic signal. In addition, the measurement of the amplitude, phase and initial phase can be performed simultaneously (in parallel) with the frequency measurement. This will speed up measurements.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является ускорение измерений за счет одновременного использования сформированных цифровых кодов S1, S2, S3 и для измерения частоты и для измерения амплитуды, фазы и начальной фазы анализируемого непрерывного или импульсного гармонического сигнала.The task to which the invention is directed is to accelerate measurements by simultaneously using the generated digital codes S 1 , S 2 , S 3 both for measuring the frequency and for measuring the amplitude, phase and initial phase of the analyzed continuous or pulsed harmonic signal.
Этот технический результат достигается тем, что имеющиеся цифровые коды S1, S2, S3 одновременно с измерением частоты используют для вычисления амплитуды U, фазы φ и начальной фазы сигнала φ0 в соответствии с выражениями:
Для достижения технического результата в способе совместного измерения частоты, амплитуды, фазы и начальной фазы гармонического сигнала, включающем дискретизацию аналогового сигнала, представление его фрагмента тройкой цифровых кодов S1, S2, S3, сформированных в моменты времени t1, t2, t3 соответственно и используемых для вычисления частоты сигнала f по формуле
Сравнение предлагаемого способа с прототипом показывает, что он содержит новые признаки, т.е. соответствует критерию новизны. Из сравнения с аналогами следует, что заявляемый способ соответствует критерию «существенные отличия», так как в аналогах не обнаружены новые заявляемые признаки.Comparison of the proposed method with the prototype shows that it contains new features, i.e. meets the criterion of novelty. From a comparison with analogues it follows that the claimed method meets the criterion of "significant differences", as in the analogues are not found new claimed features.
Для доказательства существования причинно-следственной связи между заявляемыми признаками и достигаемым техническим результатом рассмотрим сущность предлагаемого способа совместного измерения частоты, амплитуды, фазы и начальной фазы гармонического сигнала и сопоставим его со способом-прототипом и способами-аналогами.To prove the existence of a causal relationship between the claimed features and the achieved technical result, we consider the essence of the proposed method for jointly measuring the frequency, amplitude, phase and initial phase of a harmonic signal and compare it with the prototype method and analog methods.
Гармонический сигналHarmonic signal
считается полностью известным, если известны амплитуда U, частота f и начальная фаза φ сигнала. Этот сигнал считается полностью известным потому, что, зная U, f и φ, можно вычислить (и это прямая задача) значение сигнала в любой момент времени t.It is considered completely known if the amplitude U, the frequency f, and the initial phase φ of the signal are known. This signal is considered completely known because, knowing U, f and φ, it is possible to calculate (and this is a direct task) the value of the signal at any time t.
С другой стороны, между сигналом S(t) и его параметрами U, f и φ существует взаимно-однозначное соответствие. Поэтому, если сигнал S(t) известен (например, задан последовательностью дискретных отсчетов, полученных с интервалом времени τ), то параметры U, f и φ могут быть определены. Для их определения (обратная задача) достаточно составить и решить относительно U, f и φ три уравнения вида:On the other hand, there is a one-to-one correspondence between the signal S (t) and its parameters U, f, and φ. Therefore, if the signal S (t) is known (for example, given by a sequence of discrete samples obtained with a time interval τ), then the parameters U, f, and φ can be determined. To determine them (inverse problem) it is enough to compose and solve three equations of the form with respect to U, f and φ:
с тремя неизвестными. Покажем это.with three unknowns. Show it.
Обозначим:Denote:
С учетом этих обозначений уравнение (2) примет вид:Given these notations, equation (2) takes the form:
Составим 3 уравнения вида (4) для -1≤j≤1:We make 3 equations of the form (4) for -1≤j≤1:
где S-1, S0, S1 - отсчеты сигнала.where S -1 , S 0 , S 1 - signal samples.
Раскроем уравнения (5) и (7):We reveal equations (5) and (7):
Учитывая четность функции cos(x) и нечетность функции sin(x), сложим уравнения (8) и (9):Given the parity of the function cos (x) and the oddness of the function sin (x), we add equations (8) and (9):
Подставив в это уравнение вместо Ucosφ величину S0 из уравнения (6) и решив полученное уравнение относительно cosα, получим:Substituting into this equation instead of Ucosφ the value S 0 from equation (6) and solving the obtained equation with respect to cosα, we obtain:
Угол α и частота f определятся теперь по формулам:The angle α and frequency f are now determined by the formulas:
U и φ могут быть найдены из уравнений (5), (6), (7) и (9) методом подстановки. Найдем амплитуду U. Для этого из уравнения (6) получим cosφ:U and φ can be found from equations (5), (6), (7) and (9) by the substitution method. Find the amplitude U. For this, from equation (6) we obtain cosφ:
и подставим его в (9). Имея в виду, что sin2x=1-cos2x, возведем уравнение (9) в квадрат и после преобразований получим:and substitute it in (9). Bearing in mind that sin 2 x = 1-cos 2 x, we square equation (9) and, after transformations, we obtain:
или с учетом (11) и формулы sin2x=1-cos2x:or taking into account (11) and the formula sin 2 x = 1-cos 2 x:
Теперь найдем начальную фазу φ из уравнения (14):Now we find the initial phase φ from equation (14):
Фаза, вычисленная по формуле (17), соответствует моменту получения отсчета S0. Зная положение отсчета S0 на оси времени, можно вычислить набег фазы сигнала относительно нулевого момента времени. С его помощью можно пересчитать φ к нулевому моменту времени, т.е. вычислить начальную фазу сигнала φ0.The phase calculated by the formula (17) corresponds to the moment of obtaining the reference S 0 . Knowing the position of the reference S 0 on the time axis, we can calculate the phase incursion of the signal relative to the zero point in time. With its help, we can recalculate φ to the zero point in time, i.e. calculate the initial phase of the signal φ 0 .
Учитывая, что от замены индексов суть вышеизложенного не изменится, заменим в формулах (13), (16) и (17): S-1 на S1; S0 на S2 и S1 на S3 и получим формулы, приведенные в формуле предлагаемого изобретения. Кроме того, учтем, что набег фазы, о котором говорилось в предыдущем абзаце, может быть в контексте формулы изобретения представлен выражением 2πft2.Considering that the essence of the above will not change from the replacement of indices, we replace in formulas (13), (16) and (17): S -1 by S 1 ; S 0 at S 2 and S 1 at S 3 and get the formula given in the claims of the present invention. In addition, we take into account that the phase incursion mentioned in the previous paragraph can be represented by the expression 2πft 2 in the context of the claims.
Внедрение заявляемого способа позволит по трем отсчетам S1, S2, S3 сигнала без дополнительных затрат, преобразований и действий одновременно вычислить и частоту и остальные параметры непрерывного или импульсного гармонического сигнала (амплитуду, фазу и начальную фазу). Одновременное выполнение указанных измерений позволит уменьшить общее время измерений, т.е. ускорить измерения.The implementation of the proposed method will allow for three samples S 1 , S 2 , S 3 signal without additional costs, transformations and actions to simultaneously calculate both the frequency and other parameters of a continuous or pulsed harmonic signal (amplitude, phase and initial phase). The simultaneous performance of these measurements will reduce the total measurement time, i.e. speed up measurements.
Claims (1)
где фаза φ соответствует моменту времени t2. A method for jointly measuring the frequency, amplitude, phase and initial phase of a harmonic signal, including sampling an analog signal, representing its fragment by a triple of digital codes S 1 , S 2 , S 3 generated at time instants t 1 , t 2 , t 3 and used to calculate signal frequency f according to the formula
where the phase φ corresponds to time t 2 .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011136578/28A RU2486529C2 (en) | 2011-08-31 | 2011-08-31 | Method for joint measurement of frequency, phase and initial phase of harmonic signal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011136578/28A RU2486529C2 (en) | 2011-08-31 | 2011-08-31 | Method for joint measurement of frequency, phase and initial phase of harmonic signal |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011136578A RU2011136578A (en) | 2013-03-10 |
RU2486529C2 true RU2486529C2 (en) | 2013-06-27 |
Family
ID=48702542
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011136578/28A RU2486529C2 (en) | 2011-08-31 | 2011-08-31 | Method for joint measurement of frequency, phase and initial phase of harmonic signal |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2486529C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2738602C1 (en) * | 2020-03-03 | 2020-12-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Method for simultaneous measurement of frequency, phase, initial phase and harmonic signal amplitude |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU658569A1 (en) * | 1976-01-27 | 1979-04-25 | Военный Инженерный Краснознаменный Институт Им.А.Ф.Можайского | Harmonic signal parameter measuring device |
SU743194A1 (en) * | 1978-03-23 | 1980-06-25 | Всесоюзный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Буровой Техники | Frequency converter |
SU1241141A1 (en) * | 1984-10-07 | 1986-06-30 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Медицинского Приборостроения | Method of measuring frequency of harmonic signals |
SU1562862A1 (en) * | 1988-02-01 | 1990-05-07 | Харьковское Высшее Военное Командно-Инженерное Училище Ракетных Войск Им.Маршала Советского Союза Крылова Н.И. | Method of determining amplitude of harmonic signal of infralow frequency |
SU1760470A1 (en) * | 1990-04-23 | 1992-09-07 | Харьковское Высшее Военное Командно-Инженерное Училище Ракетных Войск Им.Маршала Советского Союза Крылова Н.И. | Method of determining harmonic signal characteristics |
US5404388A (en) * | 1993-03-03 | 1995-04-04 | Northern Telecom Limited | Digital measurement of amplitude and phase of a sinusoidal signal and detection of load coil based on said measurement |
RU2111496C1 (en) * | 1992-09-18 | 1998-05-20 | Дадочкин Сергей Васильевич | Method measuring frequency of harmonic oscillations |
DE19934055C2 (en) * | 1999-07-19 | 2001-06-13 | Siemens Ag | Method for determining the amplitude and phase angle of a measurement signal corresponding to a current or a voltage of an electrical power supply network |
EP1489390A2 (en) * | 2003-05-30 | 2004-12-22 | ABB Limited | Phase measurement in measuring device |
-
2011
- 2011-08-31 RU RU2011136578/28A patent/RU2486529C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU658569A1 (en) * | 1976-01-27 | 1979-04-25 | Военный Инженерный Краснознаменный Институт Им.А.Ф.Можайского | Harmonic signal parameter measuring device |
SU743194A1 (en) * | 1978-03-23 | 1980-06-25 | Всесоюзный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Буровой Техники | Frequency converter |
SU1241141A1 (en) * | 1984-10-07 | 1986-06-30 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Медицинского Приборостроения | Method of measuring frequency of harmonic signals |
SU1562862A1 (en) * | 1988-02-01 | 1990-05-07 | Харьковское Высшее Военное Командно-Инженерное Училище Ракетных Войск Им.Маршала Советского Союза Крылова Н.И. | Method of determining amplitude of harmonic signal of infralow frequency |
SU1760470A1 (en) * | 1990-04-23 | 1992-09-07 | Харьковское Высшее Военное Командно-Инженерное Училище Ракетных Войск Им.Маршала Советского Союза Крылова Н.И. | Method of determining harmonic signal characteristics |
RU2111496C1 (en) * | 1992-09-18 | 1998-05-20 | Дадочкин Сергей Васильевич | Method measuring frequency of harmonic oscillations |
US5404388A (en) * | 1993-03-03 | 1995-04-04 | Northern Telecom Limited | Digital measurement of amplitude and phase of a sinusoidal signal and detection of load coil based on said measurement |
DE19934055C2 (en) * | 1999-07-19 | 2001-06-13 | Siemens Ag | Method for determining the amplitude and phase angle of a measurement signal corresponding to a current or a voltage of an electrical power supply network |
EP1489390A2 (en) * | 2003-05-30 | 2004-12-22 | ABB Limited | Phase measurement in measuring device |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2738602C1 (en) * | 2020-03-03 | 2020-12-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Method for simultaneous measurement of frequency, phase, initial phase and harmonic signal amplitude |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011136578A (en) | 2013-03-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101806832B (en) | Measuring method for frequencies of low-frequency signals | |
CN107209028B (en) | Analyser device | |
CN102288807A (en) | Method for measuring electric network voltage flicker | |
CN106153177B (en) | A kind of vibration measurement with laser calibrates the quantization measurement method of big trigger delay | |
JP6173721B2 (en) | Frequency analysis device, signal processing device using the frequency analysis device, and high-frequency measurement device using the signal processing device | |
RU2014130672A (en) | METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE PARAMETERS OF THE SCATTERING MATRIX OF A TEST FREQUENCY CONVERTER DEVICE | |
RU2486529C2 (en) | Method for joint measurement of frequency, phase and initial phase of harmonic signal | |
RU2642529C2 (en) | Method of measurement of phase shifts between two harmonic signals of similar frequency | |
Hegeduš et al. | Comparison of RMS value measurement algorithms of non-coherent sampled signals | |
RU2012132350A (en) | METHOD FOR DETERMINING COORDINATES OF A RADIO EMISSION SOURCE FROM Aircraft | |
CN101963656B (en) | Complementary field detection method and device | |
RU2338212C1 (en) | Method for defining phase shift angle between two signals represented by digital readings | |
JP3891998B2 (en) | Method and apparatus for detecting rotational speed of electric motor | |
RU2012125444A (en) | RADAR METHOD OF MEASURING THE RANGE OF A MOVING OBJECT | |
CN110031675A (en) | A kind of measurement method of data actuation actual samples frequency | |
RU2298194C1 (en) | Method of measurement of effective value of voltage in ac electric circuits | |
RU2568422C1 (en) | Method of determination of parameters of industrial frequency electric signal vector | |
CN103529739B (en) | Rotating-speed tracking sample is transformed to the device and method of astronomical clock sampling sample | |
RU2618046C1 (en) | Method for measuring phase difference and level ratio of two harmonic signals | |
Hu et al. | Research and implementation of amplitude ratio calculating system for coriolis mass flowmeter | |
RU2572500C1 (en) | Device to measure level of noise immunity of navigation devices using signals from rotary transformer | |
RU2559162C1 (en) | Method for determining sliding of rotor of asynchronous electric motor as to stator current | |
RU2562692C1 (en) | Three-phase voltage frequency determination method | |
RU2422788C1 (en) | Procedure for determination of runout of revolving rotor of gas centrifuge | |
RU2012129753A (en) | METHOD FOR DETERMINING AN ANGLE OF ORIENTATION OF A STANDING WAVE IN A SOLID WAVE GYROSCOPE |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130901 |