Низкочастотный частотомер Советский патент 1985 года по МПК G01R23/10 

Изобретение относится к измеритель ной технике и может быть использовано при измерениях синусоидальных сигналов низких и инфранизких частот. .Целью изобрете нйя является повышение быстродействия устройства и расширение его функциональных возможностей. На фиг.1 представлена функциональная схема низкочастотного, частотоме ра; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства. Низкочастотный частотомер содержит источник 1 опорных напряжений, коммутатор. 2, усилитель-формирова-.тель 3, элемент И 4, элемент 5 срав нения, блок 6 управления, первый 7 и второй 8 формирователи импульсов, генератор 9 импульсов, первьй 10 и второй 11 счетчики и вычислитель 1 Входом устройства являются объединенные первые входы элемента 5 срав .нения и усилителя-формирователя 3, выход которого соединен с первым входом элемента И 4, второй вход коТорого подключен к выходу- элемента 5 сравнения, а выход - к входу блока 6 управления и к управляющему входу коммутатора 2, первый, второй и трег тий информационные входы которого соединены .соответственно с первым, вторым и третьим выходами источника 1 опорньгх напряжений, третий вход .которого связан также с вторым входом усилителя-формирователя 3, выход коммутатора 2 подключен к второмувходу элемента 5 сравнения., первый.выход блока 6 управления соединен с первым входом первого формирователя 7 импуль сов, второй выход - с первым входом второго формирователя 8 импульсов, а третий выход - с вторыми входами . первого 7 и второго 8 формирователей выход первого формирователя 7 импульсов подключен KR -входу первого счетчика 10, выход второго формирователя 8 импульсов - к R -входу второго счетчика 11, а выход генератора 9 импульсов соединен со счетными входам первого 10 и второго 11 счетчиков , вы ходы которых подключены соответствен-но к первому и второму входам вычисли теля 12. Низкочастотный частотомер работает следующим образом. В исходном состоянии на второй вход усилителя-формирователя 3 подается нулевой потенциал с третьего выхода источника 1 опорных напряжений, а на 11 62 второй вход элемента 5 сравнения - нулевой потенциал с выхода коммутатора 2. На зход устройства подается напряжение и (фиг.2.q), которое в общем виде выражается соотношением и X и S in ы t, где и - амплитудное значение сигнала; Ы 2Hf - угловая частота. В момент сравнения входного напряжения с нулевым потенциалом, при переходе от отрицательной полуволны к положительной, на выходе усилителя-формирователя 3 появляется единичный сигнал, который держится на его выходе до момента обратного перехода входного напряжения через нуль (от плюса к минусу), после чего ни выходе усилителя-формирователя 3 появляется нулевой сигнал (фиг.2,6). Сигнал с выхода усилителя-формирователя 3 поступает на второй вход элемента И 4. В момент равенства напряжений на первом и втором входах элемента 5 . сравнения последний формирует сиг-: , нал (фиг.2, г ), поступающий на элемент И 4. В случае совпадения сигналов с выходов усилителя-формирователя 3 и элемента 5 сравнения (т.е. при положительной полуволне U у ) элемент И 4 формирует импульс, которьй переключает коммутатор 2 в следуняцее положение (фиг. 2. В ) , а также запускает блок 6 управления. Этот блок формирует сигнал (фиг,2,) на третьем выходе и запускает первый 7 и второй 8 формирователи импульсов. Те в свою очередь открьшают на выходе временные ворота (фиг.2 е , ib ), и импульсы с генератог ра 9 импульсов начинают Заполнять счетчики 10 и 11. В момент равенства напряжения DX и напряжения, установленного на выходе коммутатора 2 (первого поро.о напряжения U „„ъ , ), т.е. в по 1 момент времени t,элемент 5 сравнег ния выдает второй сигнал (фиг.2,Е), по которому элемент И 4 вновь переключает коммутатор 2 в следукицее положение (фиг.2.5 ). Одновременно сигнал с выхода элемента И 4 поступает на блок 6 управления, которьй вьщает сигнал (фиг.2.ч ) на первом выходе, по. которому первьй формиро- . ватель 7 импульсов сбрасывается и прекращает доступ в первьй счетчик 10 импульсов с генератора 9 импульсов (фиг.2.е ). В момент равенства напряжения Uj и напряжения, установленного на выхо де коммутатора 2 (второго порогового напряжения ),т,е. в момент времени tj, элемент 5 сравнения вьздает сигнал, по которому элемент И 4 пере ключает коммутатор 2 в исходное положение (фиг.2, В) и на его выходе устанавливается нулевой потенциал. По этому же сигналу с элемента И 4 блок 6 управления вьщает сигнал на второй выход (фиг.2 ), по которому сбрасывается второй формирователь 8 импуль сов (фиг.2,К) и прекращается доступ в счетчик 11 импульсов с генератора 9импульсов. Таким образом, в первом с етчике 10записано количество импульсов, пропорциональное времени t;, (от моме та первого сравнения до второго), а во втором счетнике 11 - количество импульсов, пропорциональное времени t (от момента первого сравнения до третьего). Информация со счетчиков заносится в вычислитель 12, который производит определение частоты f и амплитуды и измеряемого сигнала. Далее цикл измерения повторяется. Вычислитель осуществляет нахождени частоты f и амплитудного значения и путем решения системы уравнений, и sin cot. sinwt, и ,„ sin wtj « ijopz Пороговые значения Up Если память вычислителя. внесены в воспользоваться, например, разложением функции синуса в ряд Тейлора и ограничиться первыми двумя членами, то решение системы управлений (1) принимает вид ШИПЛС i , .1 I 6 (и no« ti - yaofct- s х 2ir | и„, t - и„„„.. t . 6 UBOP.I (3) где(л) 21} fjj . Эта система уравнений может быть также решена любым другим методоц. Величины t и tj определяются |сак t -SiNlfгде N - код (число импульсов) в соответствующем счетчике; NI - код частоты генератора. Тогда время t вьфажается в секундах, , и и„орг °Д соответствующих напряжений в вольтах. Таким образом, предложенное устройство обладает повышенным быстродействием за счет сокращения времени анализа до четверти периода измеряемой частоты и, кроме того, имеет дополнительные функциональные возможности - измерение амплитуды.

НИЗКОЧАСТОТНЫЙ ЧАСТОТОМЕР, содержап91й усилитель-формирователь, вход которого является входом устройства, генератор импульсов и первый счетчик, отличающийся тем, что, с целью повьшения быстродействия и расширения функциональных возможностей, в него введены источник опорных напряжений, коммутатор, элемент И, элемент сравнения, блок управления, первьИ и второй формирователи импульсов, второй счетчик и вычислитель, причем первый вход элемента сравнения соединен с первым входом элемента И, второй вход элемента И подключен к выходу элемента сравнения, а выход - к входу блока управления и к управляющему входу коммутатора, первый, второй и третий информационные входы которого соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами источника опорных напряжений, третий выход источника опорных напряжений связан также с вторым входом усилителя-формирователя, выход коммутатора подключен к второму входу элемента сравнения, пер-. вый выход блока управления соединен с первьм входом первого формирователя импульсов, второй выход блока управг ления соединен с первым входом второго формирователя импульсов, третий выход блока управления соединен с вторыми входами первого и второго формирователей импульсов, выход первого формирователя импульсов подключен к R .-входу первого счетчика, выход второго формирователя импульсов подключен к R -входу второго счетчикаj а выход генератора импульсов соединен со счетными входами первого и второго счетчиков, выходы которых подключены соответственно к первому и второму. входам вычислителя.