Устройство для измерения разности частот Советский патент 1984 года по МПК G01R23/00 

со ю

1C

4

Ю 1 Изобретение.относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в качестве измерителя относительной разности частот или измерителя относительной разности скоростей, например, вращения разли ных механизмов, снабженных частотными датчиками, преобразующими скорость в йропорциональную частоту сл дования импульсов. По основному авт.св. № 974290 известно устройство для измерения разности частот, содержащее входные формирователи импульсов, блок выдел ния импульсов разностной частоты, выходы которого соединены с входами формирователей импульсов тока разностной частоты, разделительный конденсатор, фильтр, соединенньш с измерителем тока, например с операционным усилителем со стрелочным прибором,.преобразователь разности фаз в скважность, блок выбора большей частоты, преобразователь длительности периода в напряжение, управляемый формирователь-ограничител напряжения, причем входы преобразователя разности фаз в скважность подключены соответственно к выходам двух входных формирователей импульсов и к входам блока выделения импульсов разностной частоты, а выход подключен к входу управляемого формирователя-ограничителя напряжения, управляющий вход которого подключен к выходу преобразователя длительнос ти периода в напряжение, вход котор го соединен с выходом блока выбора большей частоты, входы которого сое динены с выходами входных формирователей импульсов, второй выход раз делительного конденсатора соединен с входом фильтра и с выходами формирователей иготульсов тока разностной частоты Недостатком известного устройства является низкое быстродействие из-за недостаточной компенсации пульсаций разностной частоты в выход ном сигнале. Пульсации разностной частоты приводят к появлению динамической ошибки, для уменьшения которой требуется увеличить постоянну времени фильтра, что снижает быстро действие устройства. , Целью изобретения является повышение . быстродействия устройства 49I за счет коьшенсации пульсаций разностной частоты в выхтздном сигнале. Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены двуполярный управляемый формировательограничитель и суммирующий усилитель, включенный между выходом управляемого формирователя-ограничителя напряжения и первым выводом разделительного конденсатера, ко второму входу суммирующего усилителя подключен выход двуполярного управляемого формирователя-ограничителя, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока выделе- ния импульсов разностной частоты, а управляющий вход - с выходом преобразователя длительности периода в напряжение. На фиг.1 представлена структурная схема устройства для измерения разности частот; на фиг. 2 - один из примеров конкретной реализации двуполярного управляемого формирователя-ограничителя; на фиг.З - графики напряжений, поясняющие работу уст- роиства. Устройство содержит входные формирователи 1 и 2 импульсов, блок 3 выделения импульсов разностной частоты,формирователи 4 и 5 импульсов разностной частоты, преобразователь 6 разности фаз в скважность, блок 7 выбора большей частоты, преобразователь 8 длительности периода-в напряжение , управляемый формирователь-о;- раничитель 9 напряжения, раздёлительный конденсатор 10, фильтр 1 Ь, изме ритель тока 12,. например операционный усилитель со стрелочным прибором, двуполярный управляемый формирователь-ограничитель 13 и суммирующий усилитель 14. Выходы входных формирователей 1 и 2 импульсов подключены к соответствующим входам блока 3 выделения импульсов разностной частоты, преобразователя 6 разности фаз в скважность и блока 7 выбора большей частоты, выходы блока 3 выделения импульсов разностной частоты соединены с соответствующими входами формирователей 4 и 5 импульсов раз- : ностной частоты и с первым и вторым входами двуполярного управляемого формирователя-ограничителя 13, уп равляющий вход которого подключен к выходу преобразователя 8 длитель ности периода в напряжение, а выход - к второму входу суммирующего усилителя 14, первый вход последнего соединен с выходом управляемого формирователя-ограничителя 9 напряжения, первый вход которого подклю чен к выходу преобразователя 6 разности фаз в скважность, а второй fуправляющий) вход - к выходу преобразователя 8 длительности периода в напряжение, вход последнего соединен с выходом блока 7 выбора боль шей частоты, выходы формирователей 4 и 5 импульсов разностной частоты подключены через фильтр 11 к входу измерителя тока 12, а также через разделительный конденсатор 10 к выходу суммирующего усилителя 14, выход измерителя тока 12 является . выходом, устройства. Измеритель тока 12 представляет собой операционный усилитель 15, охваченный отрицательной обратной связью (резистор 1 б, выход операционного усилителя 15 является выходом измерителя тока 12 и соединен со стрелочным прибором 17. Двуполярный формирователь-ограничитель 13 фиг.2) может быть пост роен на ключах 18 и 19, усилителе 2 инверторе 21, резисторах 22-26. Преобразователь 6 разности фаз в скважность может быть выполнен в виде RS-триггера, запускаемого по входам импульсами с входных формирователей. Блок 3 выделения импульсов разностной частоты может быть вьтолней по известным схемам, выделяюгщим импульс большей частоты, пришедший повторно в периоде меньшей частоты.. Формирователи 4 и 5 Импульсов разностной частоты могут быть выпол нены в виде генераторов стабильно тока на операционных усилителях. Преобразователь длительности п риода в напряжение может быть выпол нен по любой известной схеме интегр запоминающего устройства, где входной ток задается постоянным, а врем интегрирования задается равным или пропорциональным длительности перио да большей частоты. Блок 7 выбора большей частоты м жет быть выполнен например, в ви е RS-триггера, на входы которого подаются импульсы разностной частоты, и выходы управляют ключами, на информационные входы которых поданы входные частоты f и fj соответственно . Устройство работает следующим образом. Образованные формирователями 1 и 2 последовательности импульсов входных частот ) поступают на входы блока 3 выделения импульсов разностной частоты, на входы преобразователя 6 разности фаз в скважность и на входы блока 7 выбора большей частоты. Импульсы разностной частоты с выхода блока 3 поступают на Bx.optd формирователей 4 или 5 импульсов тока разностной частоты и на входы двуполярного формирователя-ограп ичителя 13. На выходе формирователей 4 или 5 формируются иьщульсы тоKa.tEjj разностной частоты (фиг.3&)и поступают через фильтр 11 на вход измерителя тока 12, создавая в нем среднее значение тока, пропорционально относительной разности частот 1 oIi-3 idi : Т„-° Т- Р -г где Т - период разностной частоты;Т - длительность периода преобразования. Последовательность импульсов с выхода блока 7 выбора большей частоты поступает на вход преобразователя 8 длительности периода в напряжение, формирующего постоянное напряжение, пропорциональное длительности периода большей из двух частот. Это напряжение поступает на управляющие входы управляемого формирователяограничителя 9 и двуполярного формирователя-ограничителя 13. На другой вход управляемого формирователя-ограничителя 9 поступает с преобразователя 6 импульсная последовательность, скважность которой определяется разностью фаз импульсов входных частот. На выходе управляемого формирователя-ограничителя 9 формируется последовательность импульсов переменной скважности с амплитудой t nepeпадок), равной удвоенному выходному напряжению преобразователя 8. На выходе управляемого двуполярного формирователя-ограничителя I3 формируют S . ся импульсы напряжения разностной частоты с амплитудой, равной выходн му напряжению преобразователя 8, т равной половине амплитуды импульсов переменной скважности формирователя ограничителя 9. Импульсы с выходов формирователя-ограничителя 9 и дву полярного формирователя-ограничителя 13 поступают на суммирукгщего усилителя 14, на выходе которо го формируется суммарное напряжение fфиг.32). Этот сигнал, поступающий через разделительный конденсатор Ю на ВХОД:фильтра 11, не несет сред него значения- тока из-за наличия разделительного конденсатора, но ег гармонические составлякядие пративофазны гармоническим составляницим сигнала формирователя 5, несущего среднее значение тока (фиг.38). Соответствующим выбором выходного напряжения преобразователя 8 длительности периода в напряжение, т.е.Т, подбором масштаба в соответствии с выражением q 2UC 1рТ2, обеспечивается равенство зарядов, передаваемых через разделительный конденсал:рр 10 импульсами с выхода суммирующего усилителя 14, и им пульсов тока разностной частоты с формирователями 5, т.е. обеспечиваётся почти полная компенсация пульсаций разностной частоты в выходном сигнале. Пульс Ш,ии разностной частоты в выходном сигнале определяются неидентичностью формы импульсов, подаваемых через разделительный (дозирукяций) конденсатор и с формирователя импульсов тока разностной частоты. Причем для малой разности частот (Tj Тр) амплитуда пульсации первой гармоники разностной частоты определяется в основном сдвигом центров тяжести, этих импульсов. Напряжение на входе фильтра 11 (фиг. 3 образуется импульсами тока разностной частоты IQ (фиг.3&), несущими заряд Ч,и импульсами напряжения, подаваемого через разде лительный конденсатор с выхода суммирующего усилителя 14 (фиг.З На входах усилителя суммируются импульсы переменной скважности амплитуды 2U, несущие на каждом фронте заряд q, и импульсами напряжения 49 с амплитудой U (фиг.38), несущие заряд + -§- на переднем фронте пульса и - : на заднем фронте импульса. При зтом эти заряды сдвинуты ria Т- iiT, . Т, «т, Cfa ± p4-t-:f7 угол 0, + /.)- - --- относительно импульса q,, который, в свою очередь, сдвинут на угол tfg относительно заряда i причем |q,t Uil q. Суммарная относительная пульсация разностной частоты определяется геометрической суммой векторов Ч, i, и равна :, , ein2q., : -...,-. Учитывая, что U 1, и разлагая . .« SinCfuCf i- , получаем на фиг.За Показана форма сигнала на входе измерителя тока. Таким образом, пульсации -разностной частоты в предлагаемом устройст...... т :-, . ве в раз меньше, чем в If. 2прототипе. (-1..,оо) Например, при -р- 0,01 пульсации разностной частоты в 60 раз меньше, чем в прототипе. Существейное уменьшение пульсаций позволяет уменьшить постоянные времени звеньев фильтра, что непосредственно приводит к уменьшению запаздывания в канале измерения разностной частоты, т.е. к увеличению быстродействия устройства. Двуполярный формирователь-ограничитель 13 ((фиг. 2) р,аботает,; следуюим Образом..;, При отсутствии импульсов разностной частота (fp, fpw ) ключ 18 разомкнут, ключ 19 замкнут, i апряжение в точке А и на инверт рующем и неинвертирующем входах усилителя 20 равноUex 12 при этом напряжение, на выходе Uftt,,6. При появлении импульса разностной частоты ключ 19 размыкается, и напряжение на выходе усилителя

20 и

bu бх Р появлении импульса разностной частоты f

г

ключ 18 замыкается и напряжение на вькоде усилителя 20 становится Uebix Ug. /

Таким образом, предложенное устройство обладает большим быстродействием за счет уменьшения пульсаций разностной частоты в выходном сигнале.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ .ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОСТИ ЧАСТОТ по авт.св. 974290, о т л и ч a ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены двуполярный управляеьый формирователь-ограничитель и суммирующий усилитель, включенный между выходом управляемого формирователя-ограничителя напряжения и первым выводом разделительного конденсатора, ко второму входу суммирующего усилителя подключен выход двуполярного управляемого формирователя-ограничителя, первый и второй входа которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока выделения импульсов разностной частоты, a управляющий вход - с выходом преобразователя длительности . периода в напряжение. (Л cz

CZJ .Lp

S

LD

25

и

CD18

D

22

/

fpl

21

te.2

26

20