SU1721532A1 - Частотомер - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике. Цель изобретени  - повышение точности измерени  инфранизкой частоты. Дл  этого в частотомер введены вычитающий блок 1, фазосдвигающий блок 2, множительные блоки 3, 7, корректирующий фильтр 6, и масштабирующие блоки 9-11. Частотомер содержит также сумматор 4, интеграторы 5,8, индикатор 12. С течением времени в данной системе происходит подстройка оценки частоты до величины измер емой частоты с высокой степенью точности , свойственной компенсационным методам. 1 ил.

Description

со

с

VJ

ю

ел

ох

ND

Изобретение относитс  к техническим средствам измерени  частоты гармонических колебаний электрических сигналов в инфрзнизком диапазоне частот.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  инфранизкой частоты .

На чертеже представлена структурна  схема предлагаемого частотомера.

Частотомер содержит вычитающий блок 1, фазосдвигающий блок 2 на 90°,множительный блок 3, сумматор 4, интегратор 5, корректирующий фильтр 6, второй множительный блок 7, интегратор 8, масштабирующие блоки 9-11 и индикатор 12. При этом выход фазосдвигающего блока 2 подключен к входу корректирующего фильтра 6 и к первому входу множительного блока 3, выход которого соединен с первым входом сумматора 4. Выход вычитающего блока 1 через масштабирующий блок 10 подключен к второму входу сумматора и через масштабирующий блок 11 - к второму входу множи- тельного блока 7, выход которого через интегратор 8 соединен с индикатором 12 и с входом масштабирующего блока 9, выход которого подключен к второму входу множительного блока 3. .

Масштабирующие блоки 9 и 11 введены в схему дл  обеспечени  работы множительных блоков 3 и 7 в необходимом диапазоне напр жений.

В предлагаемом частотомере использу- етс  компенсационный метод измерени  частоты, а именно метод идентификации с настраиваемой моделью.Частотомер работает следующим образом .

Настраиваема  модель, представл юща  собой совокупность блоков 3-5 формирует сигнал оценки sin входного сигнала sin ci)i (здесь и далее дл  упрощени  математических выкладок амплитуда входного сигнала А 1) в соответствии с уравнением

d лл

-- sin oj t a) QOS и) t+ а0 е, d t

О)

dt

повремени синусного сигнала

d dt

. / sinuJt;

где cos o)i- сигнал е выхода фазосдвигаю- щегодблока на 00°;

о)- оценка измер емой частоты ;

н .д„

sir.и)t-сигнал оценки производной

ао посто нный коэффициент;

е - сигнал ошибки (нев зка), представл ющий собой разность между реальным сигналом sin fflt и сигналом оценки sin cwt,

0

5

0

5

0

получаемым интегрированием его скорости

d Л

--s nun. dt

Входной сигнал sin О) t, пройд  через фазосдвигающий блок 2 на 90°, преобразуетс  в сигнал cos со t, который умножаетс  на сигнал оценки (и в множительном блоке 3. В результате этого перемножени  на выходе блока 3 получаем сигнал ы cos ш t,  вл ющийс  первым слагаемым в правой части уравнени  (1). К полученному сигналу в сумматоре 4 прибавл етс  сигнал ао Ј, чем завершаетс  формирование правой части уравнени  (1). На выходе интегратора 5 имеем сигнал оценки sin со t входного сигнала sin (i)i. Таким образом, указанна  последовательность блоков 3-5 реализует решение дифференциального уравнени  (1).

В вычитающем блоке 1 осуществл етс  сравнение реального сигнала sin (oi с полученной оценкой этого сигнала sOr , при этом на выходе блока формируетс  сигнал нев зки Ј

Ј Sin 0)1

5

0

5

А

sin о) v,

de

d t

((а-со) cos со t - до Ј.(2)

Уравнение (2) позвол ет вы вить св зь между ошибкой настройки частоты (о)- а)) и нев зкой Ј. С выхода блок 1 сигнал нев зки поступает через масштабирующий блок 10, осуществл ющий умножение Ј на посто нный коэффициент а0, на сумматор4, образу  обратную св зь по нев зке. Кроме того, сигнал cos cot пропускаетс  через корректирующий фильтр 6, представл ющий собой апериодическое звено с передаточной фуна0 скциеи вида . дл  внесени  необходиР т 3

мого сдвига фаз р в сигнал coswt из следующих соображений. При точной настройке со (о установившеес  значение нев зки Ј (t) 0. При (со - со) const Ф О установившеес  значение нев зки будет определ тьс  решением дифференциального уравнени  (2) при

F . Ш . -1 гпф) Т - у),

4о +

В2о

50

где у

arctg-5-.

do

5

В этом случае сигнал нев зки несет информацию об ошибке (ft)-а)} и потому может быть использован в алгоритме подстройки со. Дл  этого достаточно организовать такой сигнал, в котором исключалась бы зависимость знака сигнала Е от знака косинусной составл ющей cos( - р). Это можно обеспечить умножением е на величину, пропорциональную cos(u) t - р), которую можно

получить, скорректировав сигнал cos cot no фазе с помощью корректирующего фильтра

Я

с передаточной функцией вида ---.

р + а0

На множительном блоке 7 производитс  перемножение сигнала нев зки ей сигнала cos(tut -(ft, что обеспечивает подстройку оценки частоты ш в соответствии с уравнением

-ecos(un-0, (3)

где/г - посто нный коэффициент.

На выходе интегратора 8 получаем сигнал оценки частоты ш, который по обратной св зи через масштабирующий блок 9 поступает на множительный блок 3 и на индикатор 12 частоты.

С течением времени в описанной системе происходит подстройка оценки частоты

Л.

ш к величине измер емой частоты а) с высокой степенью точности, свойственной ком- пенсационым методам. Требуемое качество процесса подстройки частоты ш с учетом помех обеспечиваетс  подбором величины коэффициентов а0 и ju, вли ющих на дина- мику подстройки.

Выполнена экспериментальна  проверка работоспособности за вл емого частотомера путем аналогового моделировани .

Частотомер позвол ет существенно увеличить точность измерени  частоты по сравнению с прототипом, поскольку использует компенсационный метод, относ 

0

5

0

5

0

щийс  к точным методам измерени , а также благодар  замене операции делени  на операцию умножени .

Кроме этого, наличие интегратора 8 в цепи обратной св зи позвол ет увеличить помехозащищенность частотомера в инфранизком диапазоне частот.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Частотомер, содержащий последовательно соединенные сумматор и первый интегратор , второй интегратор, индикатор, о т- личающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени  инфранизкой частоты , в него введены последовательно соединенные фззосдвигающий блок, корректирующий фильтр и первый множительный блок, вычитающий блок, три масштабирующих блока, второй множительный блок, вход которого соединен с выходом фазосдвигающего блока, а вход - с первым входом сумматора, выход интегратора соединен с первым входом вычитающего блока, второй вход которого соединен с входами фазосдвигающего блока и частотомера , выход вычитающего блока через, первый и второй масштабирующие блоки соединен соответственно с вторыми входами сумматора и первого множительного блока, выход которого через второй интегратор соединен с входами индикатора и третьего масштабирующего блока, выход которого соединен с вторым входом второго множительного блока.