Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТЫ СИНУСОИДАЛЬНОГО СИГНАЛА - Патент РФ 2090897
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТЫ СИНУСОИДАЛЬНОГО СИГНАЛА
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТЫ СИНУСОИДАЛЬНОГО СИГНАЛА

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТЫ СИНУСОИДАЛЬНОГО СИГНАЛА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: 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: , в результате получают низкую погрешность определения частоты исследуемого сигнала при высоком быстродействии. 2 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2090897
Класс(ы) патента: G01R23/02
Номер заявки: 93057353/09
Дата подачи заявки: 24.12.1993
Дата публикации: 20.09.1997
Заявитель(и): Келехсаев Борис Георгиевич
Автор(ы): Келехсаев Борис Георгиевич
Патентообладатель(и): Келехсаев Борис Георгиевич
Описание изобретения: 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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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).
Формула изобретения: 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 Xʹt и второй Yʹt 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