Устройство для измерения отклонения частоты от заданного значения Советский патент 1984 года по МПК G01R23/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может.быть исполь зовано как для целей регистрации, так и дляцелей регулирования частоты. Известны устройства для измерения отклонения частоты, используемые в измерительной и импульсной технике. К таким устройствам относится устройство для контроля частоты переме ного тока, содержащее формирователи интегратор, арифметический блок и измерительный блок Cl. Недостатком известных устройств является низкая точность измерения. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является датчик частоты,содержащий последовательн соединенные формирователь импульсов и ждущий генератор импульсов эталонной длительности, а также последовательно соединенные интегратор и блок запоминания и, кроме того, содержащий блок сравнения временных интервалов и усилитель мощности С23 В .этом датчике на выходе блока сравнения формируется импульс, длительность которого пропорциональна приращению периода измеряемой частоты. Интегратор преобразует длительность этого импульса в сигнал постоянного TOKai который запоминае ся в блоке запоминания и далее выводится через усилитель мощности на выход датчика. Таким образом, вы ходной сигнал датчика пропорционален приращению периода измеряемой часто ты. Поскольку связь между приращением пеоиода и приращением частоты нелинейна, то точность работы рассматри ваемого устройства невелика, причем она снижается с расширением диапазо на измеряемых частот. Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение диапазона измеряемых отклонений частоты. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные формиро ватель импульсов и ждущий генератор импульсов эталонной длительности и амплитуды, а также последовательно соединенные интегратор и блок запоминания, введены блок нелинейности и формирователь управляющих импульсов . причем выход ждущего генератора эталонной длительности и амплиту ды соединен с первыгл входом интегратора, вход блока нелинейности подключен к выходу блока запоминания, а выход - к второму входу интеграто ра, вход формирователя управляющих импульсов подключен к выходу формир вателя импульсов, а выход - к второ му входу блока запоминания, выход блока нелинейности является выходом устройства. На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого уст юйства; на фиг.2временные диаграммы работы устройства. Устройство для измерения отклонения частоты от заданного значения содержит форьдирователь 1 импульсов, ждущий генератор 2 импульсов эталонной длительности и амплитуды, формирователь 3 управляющих импульсов, интегратор 4, блок 5 запоминания и блок 6 нелинейности. Выход формирователя 1 импульсов соединен с входом ждущего генератора 2 и с входом формирователя 3 управляющих импульсов. Выход ждущего генератора 2 соединен с первьам входом интегратора 4. Выход интегратора 4 соединен с первым входом блока 5 запоминания, второй вход которого соединен с выходом формирователя 3 управляющих импульсов. Выход блока 5 запоминания соединен с входом блока 6 нелинейности. Выход блока 6 нелинейности соединен с вторым входом интегратора 4. На временной диаграм.1е (Лиг. 2) обозначены: сигнал на входе формирователя импульсов Ugx сигнал на выходе формирователя и myльcoв (1 , сигнал на выходе генератора импульсов эталонной длительности и амплитуды 2 г сигнал на выходе формирователя управляющих импульсов V , сигнал на выходе интегратора U , сигнал на выходе блока запоминания LI5 г сигнал на выходе блока нелинейности. U, Устройство работает следующим образом. Формирователь 1 импульсов преобразует входной сигнал ( U ) в последовательность прямоугольных импульсов (Ц| , частота следования которых совпадает с частотой входного сигнала. Один раз в период фронтом этих импульсов запускается ждущий генератор 2 импульсов эталонной длительности и амплитуды, формирующий на своем выходе двухполярные прямоугольные импульсы ( U Г эталонной амплитуды (0 и Уд / , причем положительные импулЬсы с амплитудой Uj имеют эталонную длительность (TJ) , не прёвышакяцую длительности периода наибольшей измеряемой частоты, а отрицательные импульсы с амплитудой имеют длительность (T-Tj), где Т - период измеряемой частоты. Одновременно со ждущим генератором 2 выходными импульсами формирователя 1 импульсов запускается формирователь 3 управляющих импульсов, длительность (Т) выходных импульсов которого (УЗ несколько порядков меньше длительности периода входного сигнала. На первый и второй входы -интегратора 4 подаются импульсы с выхода ждущего генератора 2 и с выхода блока, б нелинейности соответственно. В интеграторе 4 эти сигналы суммируются, интегрируются и инвертируются. Выходной сигнал интегратора 4( 04) поступает на первый вход блока 5 запоминания. Управляющие импульсы с вы хода формирователя управляющих импульсов 3 поступают на второй вход блока 5 запоминания. При наличии управляющих импульсов на втором входе блока 5 запоминания, в нем запоминается выходное напряжение интегратора 4. Это напряжение (Ug) сохраняется в блоке 5 запоминания в течение периода измеряемой частоты до поступ ления на второй вход блока 5 очередного управляющего импульса с формирователя управляющих импульсов 3. Выходное напряжение блока 5 запоминания подается на -вход блока б нелинейности который имеет следующую передаточную характеристику 0 где Т - постоянная времени блока 4 KC - коэффициент передачи блоКг - коэффициент передачи устройства;fo - заданное значение частоты; и - выходное напряжение блока 6. Выходное напряжение блока нелиней ности (Uj,) является выходным напряжением устройства (UBJ,,) . Это напряжение подается на второй вход интегратора 4. В установившемся режиме работы устройства выходное напряжение интегратора 4 изменяется периодически, т.е. приращение его выходного напрягжения за период Т равно нулю I I .ju, где Т - период измеряемой частоты. Преобразуя это выражение и используя и ИСПОЛЬЗУЯ диаграммы работы устройства (фиг. 2) получим Ufib. ( (i- . (31 K,U Таким образом, в данном устройстве вычисляется точное значение отклонения частоты от заданного значения Для обеспечения измерения широкоо диапазона отклонений частоты устойством при сохранении наибольшего ыстродействия и устойчивости неободимо иметь следующее соотношение араметров его блоков КгК, г2 . з Ч о де Kj и К, - коэффициенты передачи блоков 5 и б Т - постоянная времени блока 4. Это условие обеспечивается тем,то введенный блок б нелинейности меет передаточную характеристику (1 оторая может быть получена из соотг ошения (3 I и выражения для коэффииента передачи блока нелинейности б dU If ( 3Us При практической реализации блока б нелинейности может быть использована кусочно-линейная аппроксимация характеристики (}. Например, он может быть выполнен на основе операционного усилителя, в цепи обратной связи которого включены нелинейные элементы (диоды ). При нарушении соотношения ( 2) таким образом, что .ii. ТГ «о переходный процесс в устройстве будет апериодическим. При нарушении соотношения (2J таким образом, что переходный.процесс будет колебательным, и если ТО работа устройства станет неустойчивой. Таким образом, в предлагаемом устройстве / благодаря линейной зависимости выходного напряжения от отклонения частоты удается более чем на порядок повысить точность и расширить диапазон измеренных отклонений частоты по сравнению .с известными.

%

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЯ ЧАСТОТЫ ОТ ЗАДАННОГО ЗНАЧЕНИЯ, содержащее последовательно соединенные формирователь импульсов и ждущий генератор импульсов эталонной длительности и амплитуды, а также последовательно соединенные интегратор и блок запоминания, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измеряемых отклонений частоты, в него введены блок нелинейности и формирователь управляющих импульсов, причем выход ждущего генератора импульсов эталонной длительности и амплитуды соединен с первым входом интегратора, вход блока нелинейности подключен к выходу блока запоминания, а выход к второму входу интегратора, вход формирователя управляющих импульсов подключен к выходу формирователя импульсов, а выход - к второму входу блока запоминания, выход блока нели- § нейности является выходом устройсл ства.

Тз

- I

u,

V,

i

(9ш)

Ft-fl-F

R