Анализ и совершенствование методов и систем измерения частоты гармонических сигналов

Коротко рассмотрены проблемы, возникающие при измерении частоты сигнала. Для решения задачи сокращения времени измерения в узком диапазоне частот входного сигнала предложено использовать априорную информацию о модели измерительного сигнала. Рассмотрен новый метод измерения частоты гармонического сигнала, основанный на формировании дополнительного напряжения, сдвинутого относительно входного на произвольный угол, и использовании мгновенных значений входного и дополнительного сигналов для определения частоты. В отличие от известных, метод позволяет определять частоту за время, значительно меньшее периода входного сигнала. Приведена структурная схема средства измерения, реализующего метод. Проведен анализ погрешности, обусловленной отклонением реального периодического сигнала от гармонической модели. Показано, что значение погрешности в значительной мере определяется не только гармоническим составом реального сигнала, но и длительностью образцового интервала времени и угла сдвига дополнительного сигнала относительно входного. Приведены результаты анализа погрешности, возникающей из-за неидеальности фазосдвигающего блока, предназначенного для формирования дополнительного сигнала. Рассмотрены вопросы уменьшения погрешностей за счет изменения параметров измерительного процесса.

частота, гармоническая модель, мгновенные значения сигналов, средство измерения, фазосдвигающий блок, погрешность, frequency, harmonic model, instantaneous values, means of measurement, signals of phase-shifting units, error

1. Ратхор Т. С. Цифровые измерения. АЦП/ЦАП. М.: Техносфера, 2006.

2. Зайцев С. Цифровые методы время-частотных измерений // Современная электроника. 2009. № 6. С. 20-23.

3. Petrovic P., Marjanovic S., Stevanovic M. New algorithm for measuring 50/60 Hz AC values based on the usage of slow A/D converters // IEEE Trans, on Instrum. and Meas. 2000. Vol. 49, Iss. 1. P. 166-171.

4. Belega D., Dallet D., Petri D. Accuracy of the Normalized Frequency Estimation of a Discrete-Time Sine-Wave by the Energy-Based Method // IEEE Trans, on Instrum. and Meas. 2012. Vol. 61, Iss. 1. P. 111-121.

5. Zhu L. M., Song X. M., Li H. X., Ding H. High accuracy estimation of multi-frequency signal parameters by improved phase linear regression // Signal Processing. 2007. Vol. 87, Iss. 5. P. 1066-1077.

6. Мелентьев В. С., Батищев В. И. Аппроксимационные методы и системы измерения и контроля параметров периодических сигналов. М: ФИЗМАТЛИТ, 2011.

7. А. с. 1185260 (СССР). Устройство определения частоты переменного напряжения / А.-С. С. Саухатас, Я. Я. Приедите (СССР). Опубл. 30.10.88, Бюл. № 40.

8. Мелентьев B. C., Синицын А. Е., Миронов А. А. Методы измерения частоты на основе сравнения гармонических сигналов, сдвинутых в пространстве и разделенных во времени // Информационно-измерительные и управляющие системы. Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2013. № 1 (8). С. 75-79.

9. Мелентьев B. C., Иванов Ю. М., Миронов А. А. Исследование метода измерения частоты гармонических сигналов // Ползуновский вестник. 2013. № 2. С. 198-201.

10. Мелентьев B. C., Ярославкина Е. Е., Синицын А. Е., Муратова В. В. Исследование методов измерения частоты выходных сигналов датчиков // Южно-Сибирский научный вестник. 2014. № 1 (5). С. 54-56.

11. Мелентьев B. C., Иванов Ю. М., Муратова В. В. Исследование метода измерения частоты гармонических сигналов по мгновенным значениям сигналов // Южно-Сибирский научный вестник. 2014. № 2 (6). С. 32-34.