УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ СОБЫТИЙ Российский патент 2000 года по МПК G01R23/02 G01F22/00 

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике, может быть использовано для измерения частоты и периода сигналов от датчиков измерений неэлектрических величин, например расхода газовой среды.

Известно устройство измерения частоты и периода электрических сигналов, основанное на одновременном счете импульсов образцовой и неизвестной частоты, которое содержит генератор образцовой частоты, счетчик импульсов с ключами на входах, схемы совпадения, собирания и блок управления [1].

Известно устройство измерения средних значений отношений частот, содержащее многоканальный цифровой частотометр, триггер, два ключевых устройства и делитель частоты [2].

Наиболее близким по своей технической сущности и назначению к предлагаемому является устройство измерения периода гармонического сигнала, в котором производится одновременный счет чисел импульсов образцовой и неизвестной частоты и сравнение подсчитываемого числа импульсов образцовой частоты с заданным числом, причем с заданным числом сравнивают также подсчитываемое число импульсов неизвестной частоты, и при сравнении одного из чисел обеих частот с заданным числом с приходом очередного импульса другой частоты прекращают счет импульсов обеих частот, и по величине зафиксированных чисел определяют конечный результат измерения.

Устройство содержит процессор, два счетчика импульсов с дешифраторами кодов, генератор образцовой частоты, семь элементов И, два счетчика, входной формирователь, три триггера, два дешифратора и элемент ИЛИ [3].

Однако указанные способы и устройства не позволяют изменить частоту и период событий, которые не могут быть представлены в виде гармонических электрических сигналов, и, таким образом, функционально ограничены. Кроме того, при измерении частоты редких событий необходимо значительное повышение разрядности счетчиков, подсчитывающих импульсы образцовой частоты, что увеличивает аппаратные средства устройства.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее процессор, первый и второй счетчики импульсов, источник входного сигнала, первую входную шину образцовой частоты, элемент И, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика импульсов, а первый вход элемента И подключен к первой входной шине образцовой частоты, дополнительно введены третий счетчик импульсов, вычитатель кодов, блок индикации, синхронизатор, схема сравнения кодов, первый, второй, третий регистры, вторая входная шина образцовой частоты, причем источник входного сигнала включает в себя последовательно соединенные буферную емкость дозирования газа и пневмопреобразователь, причем информационные выходы второго счетчика импульсов подключены к информационным входам первого регистра и первой группе информационных входов вычитателя кодов, вторая группа информационных входов которого подключена к информационным выходам первого регистра, а информационные выходы вычитателя кодов подключены к информационным входам второго регистра, информационные выходы которого подключены к первой группе информационных входов схемы сравнения кодов, вторая группа информационных входов которой подключена к информационным выходам первого счетчика импульсов, а выход схемы сравнения кодов подключен к входу сброса первого счетчика импульсов и счетному входу третьего счетчика импульсов, информационные выходы которого подключены к информационным входам третьего регистра, информационные выходы которого подключены к входам блока индикации и группе информационных входов процессора, второй вход элемента И подключен к первому входу процессора и первому выходу синхронизатора, вход которого соединен с выходом источника входного сигнала, счетный вход второго счетчика импульсов и второй вход процессора подключены к второй входной шине образцовой частоты, второй, третий, четвертый, пятый и шестой выходы синхронизатора подключены соответственно к входу сброса третьего счетчика импульсов, входу разрешения считывания первого регистра, входу разрешения записи второго регистра, входу разрешения записи первого регистра и входу разрешения записи третьего регистра, а третий вход процессора подключен к первому входу элемента И.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для измерения частоты событий, рассмотренная на примере измерения расхода дозируемой газовой среды. На фиг. 2, 3 приведены временные диаграммы измерителя.

Постоянно подсчитывают текущее время с дискретом (периодом) T₀, первой образцовой частоты (фиг. 2a). При появлении предыдущего события в момент времени t_i-1 запоминают код N_i-1 текущего времени. При появлении последующего события в момент времени t_i определяют количество импульсов первой образцовой частоты между соседними событиями путем вычитания количества дискретов первой образцовой частоты при последующем N_i, и предыдущем N_i-1 событии и запоминают это число. В момент появления последующего события в течение образцового интервала τ₀<τ подсчитывают количество пачек из импульсов с периодом T₁ второй образцовой частоты, причем число импульсов в пачке равно количеству запомненного числа импульсов первой образцовой частоты. Конечный результат измерения частоты f_i или периода Δt_i определяют из соотношения


где T₀ - значение периода первой образцовой частоты;
T₁ - значение периода второй образцовой частоты;
n - количество пачек из импульсов второй образцовой частоты,
причем число импульсов в пачке равно числу импульсов первой образцовой частоты между соседними событиями.

Устройство содержит буферную емкость дозирования газа 1, пневмопреобразователь 2, элемент И 3, первый счетчик импульсов 4, второй счетчик импульсов 5, первый регистр 6, вычитатель кодов 7, второй регистр 8, схему сравнения кодов 9, третий счетчик импульсов 10, третий регистр 11, блок индикации 12, синхронизатор 13, процессор 14, первую входную шину 16 образцовой частоты, вторую входную шину 17 образцовой частоты и соответствующие связи между ними.

Устройство работает следующим образом.

При импульсном дозировании газа через буферную емкость 1 давление в ней изменяется (фиг. 2б) от P₁ (при опорожнении) до P₂ (при наполнении). Это изменение давления пневмопреобразователем 2 преобразуется в электрические импульсы (фиг. 2в), которые запускают синхронизатор 13, вырабатывающий сигналы (фиг. 3) управления процессом измерения. Через второй вход элемента И 3 на первый счетчик импульсов 4 подается импульсная последовательность с образцовым периодом T₁ (фиг. 2г). На второй счетчик импульсов 5 подается вторая образцовая импульсная последовательность, образующая дискреты времени T₀(T₀ >> T₁).

Тогда
Δt_i= t_i-t_i-1= N_iT₀-N_i-1T₀= NT₀, (3)
где N - количество импульсов первой образцовой частоты между соседними событиями (заполнениями буферной емкости).

Количество выдаваемой из буферной емкости газовой среды обратно пропорционально Δt_i поэтому, измерив Δt_i, которая представляет собой период частоты событий, однозначно определяется расход среды.

В момент появления предыдущего события t_i-1 (фиг. 2б) в первый регистр 6 со второго счетчика импульсов 5 записывается код N_i-1 текущего времени
t_i-1 = N_i-1T₀ (4)
В момент появления последующего события
t_i = N_iT₀ (5)
производится считывание кода из регистра 6 и вычитателем кодов 7 находится код N разности
Δt_i= t_i-t_i-1= N_iT₀-N_i-1T₀= NT₀ (6)
Значение N запоминается во втором регистре 8. В образцовом промежутке времени T₁<τ₀≪Δt_i определяется количество NT₁ (количество пачек импульсов с периодом T₁, причем число импульсов в пачке равно N) делителем с коэффициентом деления N, образованным первым счетчиком импульсов 4, схемой сравнения кодов 9 и вторым регистром 8. На третьем счетчике импульсов 10 получаем значение расхода

Значение расхода n со счетчика 10 в конце промежутка τ записывается в регистр 11, с которого значение n в течение времени Δt_i+1 подается на блок индикации 12.

Синхронизатор 13 вырабатывает сигналы, которые согласовывают во времени работу блоков устройства и управляют процессом измерения.

Цикл процесса измерения производится следующим образом.

Сигналом (фиг. 3а) производится обнуление третьего счетчика 10 (подготовка к приему информации о расходе).

Сигнал (фиг. 3б) i-го цикла измерения производит считывание с первого регистра 6 кода N_i-1 предыдущего цикла измерения.

Сигналом (фиг. 3в) производится запись во второй регистр 8 результата вычитания N из выражения (3).

Сигналом (фиг. 3г) обновляется первый регистр 6 (заменяется код времени t_i-1 предыдущего (i-1)-го цикла процесса измерения на код времени t_i i-го цикла процесса измерения.

При появлении сигнала (фиг. 2в) от источника входного сигнала 15, включающего в себя последовательно соединенные буферную емкость 1 дозирования газа и пневмопреобразователь 2, синхронизатор 13 подает сигнал (фиг. 3е) на элемент 3 И, и через него начинают проходить импульсы с периодом следования T₁, заполняющие первый счетчик импульсов 4 (фиг. 3ж). При достижении первым счетчиком импульсов 4 состояния, равного N (пачка из N импульсов второй образцовой частоты с периодом следования T₁) на выходе схемы сравнения кодов 9 появляется импульс (фиг. 3з), который проходит на счетный вход третьего счетчика импульсов 10 и обнуляет первый счетчик импульсов 4.

Заполнение третьего счетчика импульсов 10 (определение количества пачек из импульсов второй образцовой частоты) продолжается до прихода сигнала (фиг. 3д), которым содержимое третьего счетчика 10 переписывается в третий регистр 11. Таким образом, получаем, что время
τ₀= nNT₁, (8)
отсюда
(9)
а это есть мера расхода.

Путем нормировки
n_minN = n_max10^m, (10)
где

получаем показания для индикации расхода в л/ч в десятичной форме.

С приходом следующего импульса от источника входного сигнала 15 процесс измерения повторяется.

Из (7) видим, что, применяя универсальный процессор 14 и подавая на него значения n,τ₀,T₁,T₀, можем вычислить период Δt_i и частоту f_i события по формулам (1) и (2).

Источники информации
1. Кирианаки Н.В. и Дубыкевич В.Б. Методы и устройства цифрового измерения низких инфранизких частот. Львов, 1976, с. 32-37.

2. Авторское свидетельство CCCP 450111. Способ многоканального цифрового измерения средних значений отношений частот/ В.И. Ветряк, А.В. Иванов, А.Н. Садов, В.И. Сергеев. 1974, БИ N 42.

3. Авторское свидетельство CCCP 788018. Способ измерения частоты и периода гармонического сигнала и устройство для его осуществления/ Н.В. Кирианаки, Б.М. Березюк, 1980, БИ N 46.

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике, может быть использовано для измерения частоты и периода сигналов от датчиков измерений неэлектрических величин, например, расхода газовой среды. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей устройства за счет вычисления в процессоре периода и частоты событий. Для этого заявленное устройство содержит источник входных сигналов, синхронизатор, регистры, счетчики импульсов, схему сравнения кодов, элемент И, процессор, блок индикации, вычитатель кодов. 3 ил.

Устройство измерения частоты событий, содержащее процессор, первый и второй счетчики импульсов, источник входного сигнала, первую входную шину образцовой частоты, элемент И, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика импульсов, а первый вход элемента И подключен к первой входной шине образцовой частоты, отличающееся тем, что в него дополнительно введены третий счетчик импульсов, вычитатель кодов, блок индикации, синхронизатор, схема сравнения кодов, первый, второй, третий регистры, вторая входная шина образцовой частоты, причем, источник входного сигнала включает в себя последовательно соединенные буферную емкость дозирования газа и пневмопреобразователь, причем, информационные выходы второго счетчика импульсов подключены к информационным входам первого регистра и первой группе информационных входов вычитателя кодов, вторая группа информационных входов которого подключена к информационным выходам первого регистра, а информационные выходы вычитателя кодов подключены к информационным входам второго регистра, информационные выходы которого подключены к первой группе информационных входов схемы сравнения кодов, вторая группа информационных входов которой подключена к информационным выходам первого счетчика импульсов, а выход схемы сравнения кодов подключен к входу сброса первого счетчика импульсов и счетному входу третьего счетчика импульсов информационные выходы которого подключены к информационным входам третьего регистра, информационные выходы которого подключены к входам блока индикации и группе информационных входов процессора, второй вход элемента И подключен к первому входу процессора и первому выходу синхронизатора, вход которого соединен с выходом источника входного сигнала, счетный вход второго счетчика импульсов и второй вход процессора подключены к второй входной шине образцовой частоты, второй, третий, четвертый, пятый и шестой выходы синхронизатора подключены соответственно к входу сброса третьего счетчика импульсов, входу разрешения считывания первого регистра, входу разрешения записи второго регистра, входу разрешения записи первого регистра и входу разрешения записи третьего регистра, а третий вход процессора подключен к первому входу элемента И.