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 блока 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 низкое быстродействие, обусловленное применением усилителя с автоматической регулировкой усиления, схема которого, как правило, содержит детектор и фильтр нижних частот в цепи его отрицательной обратной связи. При этом, постоянная времени фильтра нижних частот выбирается достаточно большой исходя из обеспечения заданных пульсаций напряжения управления на самой нижней частоте рабочего диапазона, что предопределяет низкое быстродействие устройства во всем рабочем диапазоне частот.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение быстродействия измерителя частоты.
Указанный технический результат достигается тем, что в известный измеритель частоты гармонического сигнала, содержащий два блока дифференцирования, блок деления и блок извлечения квадратного корня, причем выход первого блока дифференцирования соединен с входом второго блока дифференцирования, а выход блока деления соединен с входом блока извлечения квадратного корня, выход которого является выходом измерителя, дополнительно введен инвертор, причем вход измерителя соединен с входом первого блока дифференцирования и входом инвертора, выход которого соединен со вторым входом блока деления, второй вход которого подключен к выходу второго блока дифференцирования.
Существенными отличиями предлагаемого устройства является введение инвертора и организация новых связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - повышения точности измерения частоты.
Сущность полезной модели поясняется чертежом. На фиг. приведена функциональная схема измерителя частоты.
Измеритель частоты содержит (фиг.) два блока дифференцирования 1 и 2, инвертор 3, блок деления 4 и блок извлечения квадратного корня 5.
Устройство работает следующим образом. Входное синусоидальное напряжение переменного тока  с частотой ω подается на входы первого блока дифференцирования 1 и инвертора 3.
1
вх
На выходе первого блока дифференцирования 1 формируется напряжение u, амплитуда которого пропорциональна частоте ω входного сигнала u:
вх m
вх
где U - амплитуда входного напряжения u;
вх
ω - круговая частота входного напряжения u;
R - сопротивление резистора дифференциатора;
С - емкость конденсатора дифференциатора.
2
вх
2
На выходе второго блока дифференцирования 2 формируется напряжение u, амплитуда которого пропорциональна квадрату частоты ω входного напряжения u:
вх
3
вх
Инвертор 3 инвертирует входное напряжение u, в результате на его выходе формируется напряжение u, находящееся в противофазе входному напряжению u:
2
3
4
В результате деления напряжения u на напряжение u в блоке деления 4, на его выходе имеем напряжение u:
вых
вх
После извлечения квадратного корня в блоке извлечения квадратного корня 5 на его выходе и выходе измерителя формируется напряжение u постоянного тока величиной пропорциональной частоте ω входного напряжения u:
вхm
вых
В полученном выражении отсутствует амплитуда входного напряжения U, в результате чего выходное напряжение u измерителя зависит только от частоты ω.
Таким образом, за счет исключения из схемы фильтра нижних частот, входящего в состав усилителя с автоматической регулировкой усиления, достигается технический результат - повышение быстродействия измерителя частоты.
При практической реализации предлагаемого устройства блоки дифференцирования 1, 2 можно выполнить в виде дифференциаторов по известной схеме на операционном усилителе (ОУ) с времязадающей RC-цепью. Инвертор 3 представляет собой обычный инвертирующий усилитель на ОУ с единичным коэффициентом усиления. Блок деления 4 можно выполнить на ОУ, включив перемножитель на микросхеме К525ПС3 в цепь его отрицательной обратной связи. В качестве блока извлечения квадратного корня 5 можно использовать схему на ОУ, включив квадратор в цепь его отрицательной обратной связи.