устройство для измерения частоты синусоидального сигнала

Формула изобретения

Устройство для измерения частоты входного синусоидального сигнала, содержащее последовательно соединенные генератор импульсов, распределитель импульсов, счетчик импульсов, регистр, при этом второй вход регистра соединен со вторым выходом распределителя импульсов, и цифровые индикаторы, а также входной формирователь импульсов, отличающееся тем, что в него введены (n) последовательно соединенных между собой удвоителей частоты тока, вход первого их них соединен с выходом входного формирователя импульсов, а выход последнего - со счетным входом счетчика импульсов, где n - количество ступеней удвоения частоты импульсного сигнала.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области измерения частоты входного синусоидального сигнала, преимущественно к измерению частоты тока сетевого напряжения.

Известно устройство для измерения частоты входного синусоидального сигнала, выполненное на базе измерительного прибора Э8036 ТУ25-7504.133-97. Указанный измерительный прибор является электромеханическим устройством со стрелочным индикатором, работающим в диапазоне 45-55 Гц и обеспечивающим точность измерения по классу 4 при соблюдении правил считывания отображаемой информации. Недостатками данного устройства являются, во-первых, узкий диапазон измеряемых частот и, во-вторых, низкая точность измерения.

Известно устройство для измерения частоты входного синусоидального сигнала, содержащее последовательно соединенные генератор импульсов, распределитель импульсов, счетчик импульсов, регистр, причем второй вход регистра связан со вторым выходом распределителя импульсов, цифровые индикаторы, а также входной формирователь импульсов, выпрямитель и источник опорных напряжений (Патент на изобретение №2169927, заявл. 05.11.99 г., МПК 7 G 01 R 23/00, 23/10).

Принцип работы устройства для измерения частоты заключается в подсчете счетчиком числа пересечений опорных напряжений с входным напряжением за фиксированный интервал времени, задаваемый генератором импульсов и распределителем импульсов с последующей индикацией этого числа цифровыми индикаторами.

Недостатком данного устройства является снижение точности измерения частоты тока при увеличении искажений формы входного синусоидального сигнала (нелинейные искажения, нестабильность амплитуды, высокочастотные выбросы).

При нестабильности амплитуды входного синусоидального сигнала, когда его амплитудное значение становится ниже верхних опорных напряжений, число пересечений входного синусоидального сигнала с верхними опорными напряжениями не образуется, что ведет к уменьшению числа импульсов, поступающих на вход счетчика импульсов, и ошибочному значению показаний частоты тока в сторону ее уменьшения. При высокочастотных выбросах (импульсных помехах) во входном сигнале образуется дополнительное число пересечений опорных напряжений с высокочастотными выбросами, что ведет к увеличению числа импульсов, поступающих на вход счетчика импульсов, и ошибочному значению показаний частоты тока в сторону ее увеличения. При нелинейных искажениях (резкое возрастание или спад кривой входного синусоидального сигнала) число пересечений опорных напряжений с входным сигналом совпадает во времени, что ведет к уменьшению числа импульсов, поступающих на вход счетчика импульсов, и ошибочному значению показаний частоты тока в сторону ее уменьшения.

Технической задачей изобретения является устранение указанного недостатка, то есть сохранение точности измерений при увеличении искажений формы входного синусоидального сигнала за счет того, что исходной величиной для подсчета частоты тока в данном устройстве является число пересечений нуля входным напряжением и дальнейшим умножением частоты.

Техническая задача решается тем, что устройство для измерения частоты входного синусоидального сигнала содержит последовательно соединенные генератор импульсов, распределитель импульсов, счетчик импульсов, регистр и цифровые индикаторы, а также входной формирователь импульсов.

Новым в предлагаемом изобретении является то, что в устройство введены (n) - последовательно соединенных между собой удвоителей частоты тока, вход первого из них соединен с выходом входного формирователя импульсов, а выход последнего - со счетным входом счетчика импульсов, где n - количество ступеней удвоения частоты импульсного сигнала.

Преимуществом предлагаемого устройства является сохранение точности измерений при увеличении искажений формы входного синусоидального сигнала по сравнению с прототипом.

На прилагаемом чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит генератор импульсов 1, распределитель импульсов 2, счетчик импульсов 3, регистр 4, цифровые индикаторы 5, входной формирователь импульсов 6, (n) - удвоителей частоты тока 7-1÷7-n.

Примеры конкретного исполнения.

1. Генератор 1. Схема генератора выполнена по схеме, приведенной в (4) стр.42.

2. Распределитель импульсов 2. Схема распределителя импульсов выполнена по схеме, приведенной в (2) стр.149, рис.4.52.

3. Счетчик импульсов 3. Схема счетчика импульсов выполнена по схеме, приведенной в (1) стр.63, рис.2.34.

4. Регистр 4 и индикаторы 5. Схема регистра и индикатора выполнена по схеме, приведенной в (1) стр.263, рис.10.9.

5. Входной формирователь импульсов 6. Схема входного формирователя импульсов выполнена по схеме, приведенной в (2) стр.82, рис.2.33.

6. Удвоитель частоты тока 7, Схема удвоителя частоты тока выполнена по схеме, приведенной в (3) стр.143, рис.12.1.

Устройство работает следующим образом. Входной синусоидальный сигнал, поступающий на первый вход входного формирователя импульсов 6, преобразуется им в меандр, то есть в импульсный сигнал, частота которого равна входному синусоидальному сигналу, а скважность Q=2. С выхода входного формирователя импульсов 6 этот сигнал поступает на вход (n) -последовательно соединенных между собой удвоителей частоты тока 7-1÷7-n, с выхода которых импульсный сигнал с частотой в (2n)-раз, превышающий входную частоту, поступает для суммирования на счетный вход счетчика 3. Время счета (время усреднения) определяют генератор 1 и распределитель импульсов 2. По окончании времени счета импульс с распределителя импульсов 2 производит запись числа, равного частоте входного сигнала, умноженного на (2n), в регистр 4, с выхода которого значение полученной частоты поступает на цифровые индикаторы 5.

На предприятии изготовлен опытный образец указанного устройства, проведены его испытания и получены положительные результаты. Экономический эффект от внедрения может быть определен после принятия решения по объему выпуска устройства.

Источники информации.

1. А.Л.Ланцов, Л.Н.Зворыкин, И.Ф.Осипов. Цифровые устройства на комплементарных МДП интегральных микросхемах. М., Радио и связь, 1983.

2. В.А.Батушев и др. Микросхемы и их применение. М., Радио и связь, 1985 г.

3. Б.И.Горошков. Элементы радиоэлектронных устройств. М., Радио и связь, 1988 г.

4. Журнал "Радио", №9 1992 г., стр.42.