ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ГАРМОНИЧЕСКОГО СИГНАЛА

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и может быть использована в измерительных устройствах, средствах автоматического контроля и управления.
8
Известно устройство для измерения частоты и амплитуды гармонического сигнала [Авторское свидетельство СССР № 1023246 МПК G01R 23/00, опубл. 15.06.1983 г.], содержащее три последовательно соединенные с входом устройства блока дифференцирования, два блока умножения, два блока вычитания, два блока деления, два блока возведения в квадрат и два блока извлечения квадратного корня.
Недостатком данного устройства является большая погрешность, вызванная значительным ослаблением входного сигнала в процессе тройного дифференцирования.
8
Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является измеритель частоты гармонического сигнала [Авторское свидетельство СССР № 1160327 МПК G01R 23/00, опубл. 07.06.1985 г.], содержащий квадратор, два последовательно соединенные блоки дифференцирования, последовательно соединенные умножитель, блок вычитания, блок деления, блок извлечения квадратного корня, индикатор и усилитель с автоматической регулировкой усиления, первый вход которого соединен с входной шиной, выход соединен с его вторым входом, с первым входом умножителя и с входом первого блока дифференцирования, выход которого соединен с входом квадратора, выход второго блока дифференцирования соединен со вторым входом умножителя, выход квадратора соединен со вторым входом блока вычитания.
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Недостатком данного измерителя является невысокая точность измерения частоты, обусловленная большим числом преобразований информационных сигналов. Кроме того, для получения результата в блоке деления амплитуда входного сигнала задается, а не измеряется автоматически.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение точности измерения частоты.
Указанный технический результат достигается тем, что в известный измеритель частоты гармонического сигнала, содержащий дифференциатор и блок деления, дополнительно введены амплитудный детектор, блок выделения модуля и управляемый фильтр нижних частот, причем вход измерителя соединен с входом амплитудного детектора и первым входом блока деления, выход которого соединен с входом дифференциатора, выход которого соединен с входом блока выделения модуля, выход которого соединен с входом управляемого фильтра нижних частот, выход которого соединен с его управляющим входом и выходом измерителя, а выход амплитудного детектора соединен со вторым входом блока деления.
Существенными отличиями предлагаемого устройства является введение дополнительно амплитудного детектора, блока выделения модуля и управляемого фильтра нижних частот и организация новых связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - повышения точности измерения частоты.
вх
1
3
вых
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 приведена функциональная схема измерителя частоты, на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений u, u-u и u.
Измеритель частоты (фиг. 1) содержит амплитудный детектор 1, блок деления 2, дифференциатор 3, блок выделения модуля 4 и управляемый фильтр нижних частот 5.
вх
m вх
m вх
вх
1
Устройство работает следующим образом. Входное синусоидальное напряжение переменного тока u=Usinωt (фиг. 2) с частотой ω подается на входы амплитудного детектора 1 и блока деления 2. На выходе амплитудного детектора 1 формируется напряжение U, равное амплитуде входного напряжения u. После деления входного напряжения на его амплитуду в блоке деления 2, на его выходе формируется напряжение u=sinωt с единичной амплитудой, которое поступает на вход дифференциатора 3.
1
2
1
Дифференциатор 3 дифференцирует напряжение u, и на его выходе формируется напряжение u, сдвинутое по фазе относительно u на угол ϕ=90° в сторону опережения:
1m
1
где U=1 - амплитуда измеряемого напряжения u;
ω - круговая частота входного напряжения;
R - сопротивление резистора дифференциатора;
С - емкость конденсатора дифференциатора.
3
2
Блок выделения модуля 4 формирует на своем выходе напряжение u постоянного тока амплитудой, равной амплитуде выходного напряжения u дифференциатора 3 (фиг. 2).
3
вых
Управляемый фильтр нижних частот 5 сглаживает пульсации выходного напряжения u блока выделения модуля 4 и формирует на своем выходе и на выходе измерителя постоянное напряжение u, определяемое выражением:
вых
вх
Таким образом, выходное постоянное напряжение U измерителя пропорционально частоте ω входного синусоидального напряжения u.
вых
Одновременно выходное напряжение устройства U подается на управляющий вход управляемого фильтра нижних частот 5 и изменяет его частоту среза пропорционально изменению частоты входного сигнала ω, тем самым исключая неоправданное снижение быстродействия измерителя на высоких частотах.
При практической реализации предлагаемого устройства амплитудный детектор 1 можно выполнить по одной из известных схем (А.Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994, стр. 292, рис. 11.17; стр. 304, рис. 11.29). Блок деления 2 можно выполнить на операционном усилителе (ОУ), включив перемножитель напряжений на микросхеме К525ПС3 в цепь его отрицательной обратной связи. Дифференциатор 3 можно выполнить по известной схеме на ОУ с времязадающей RC-цепью. В качестве блока выделения модуля 4 можно использовать схему двухполупериодного выпрямителя на ОУ, выполненного по схеме (А.Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994, стр. 315, рис. 11.37). Управляемый фильтр нижних частот 5 можно выполнить по схеме (А.Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994, стр. 148, рис. 6.40).