Измерительный преобразователь девиации частоты Советский патент 1986 года по МПК G01R23/06 

«121

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах в качестве высокоточного измерительного преобразователя частоты в аналоговый сигнал.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет индикации устройством выхода измеряемой частоты за пределы диапа- зона измерения.

. На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Устр ойство содержит усилитель-ограничитель 1 входного напряжения,

управляющий триггер 2, измерительный триггер 3, кварцевый генератор 4j делитель 5 частоты, счетчики 6 и 7, элементы И 8-16 (с первого по девятый соответственно), элементы HJDi 17-19 (с первого по третий соответственно), дифференцирую-; щие цепи 20-23 (с первой по четвертую соответственно), источник 24 опорного напряжения, нормирующее устройство 25, вычитающее устройство .26 и фильтрующий усилитель 27 постоянной составляющей. Входной сигнал подается на вход усилителя- ограничителя 1, выходной сигнал снимается с выхода усилителя 27.

К выходу усилителя-ограничителя 1 подключены счетные входы управляющего триггера 2 и измерительного триггера 3. Выход кварцевого генератора 4 подключен к первым входам первых трех элементов И (З-Ю), ГЕЭ- рой ;вход элемента 8 соединен с единичным выходом измерительного триггера, .вход элемента 9 - с единичными, а вход элемента 10 - с нуле- . выходами управляющего триггера. К выходу элемента 8 подключен вход делителя 5 частоты, выход которого соединен с первыми входами четвертого 1 и пятого 12 элементов И, вторые входы которых подключены соответственно к нулевому и единичному выходам управляющего триггера. Выходы второго 9 и четвертого 11 элементов И подключены к входам первого элемента ИЛИ 17, а выходы третьего 10 и пятого 12 элементов И соедд{нены с входами второго элемента ИЛИ 18. Выход элемента ИЛИ 17 соединен со счетным входом первого счетчика 6, а элемента 1-1ПИ 1.8 - со

4292 .

счетным входом второго счетчика 7. Установочные входы счетчиков подключены к выходам первых двух дифференцирующих цепей 20 и 21, входа которых соединены соответственно с единичным и нулевым выходами триггера 2. К выходам счетчиков 6 и 7 подключены дифференцирующие цепи 22 и 23, выходы которых соединеO ны с первыми входами шестого 13 и седьмого 14 элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с нулевым и единичным выходами управляющего триггера 2. Кроме то5 го, выходы счетчиков 6 и 7 соединены соответственно с первыми входами восьмого 15 и девятого 16 элементов И, вторые входы которых подключены соответственно к выходам второй

0 .21 и первой 20 дифференцирующих цепей. Выходы элементов И 13-16 подключены к входам третьего элемента ИЛИ 19, выход которого соединен с нулевым установочным входом измери5 тельного триггера .3, Выходы триггера 3 соединены с управляющими входами нормирующего устройства 25, питающий вход которого соединен с первым выходом источника 24 опорно0 го напряжения. Выход нормирующего уст1)ойства 25 и второй выход источника 24 опорного напряжения подается на два входа вычитающего устройства 26, к выходу которого подключен фильтрую5 щий усилитель 27 постоянной составляющей. На выходе последнего образуется выходной аналоговый сигнал. Устройство работает следующим образом.

Входное напряжение и, частота которого f I/Tj( измеряется,, поступает на усилитель-ограничитель и далее на счетные входы триггеров 2 и 3, Триггер 3 при поступлении каждого очередного импульса усилителя-ограничителя 1, т.е. в Начале каждого периода входного Напряжения , устанавливается в единичное положение. Триггер 2 работает в счетном режиме, поэтому на его выходах образуются симметричные прямоугольные импульсы (типа меандр), длительность которых в точности равна периоду Т напря-: 5 жения Ug . Во .время первого периода лоложительньй потенциал действует на выходе (1 триггера 2, а во время второго периода - на выходе

5

0

Q. . Во время первого периода открыты элементы И 9, 12 и 14. Через элемент И 9 и элемент ИЛИ 17 импульсы высокой частоты с выхода кварцевого генератора 4 поступают на счетный вход счетчика 6, добавляясь к начальному числу N, предварительно записанному в счетчик 6 выходным импульсом дифференцирующей цепи 20, образующимся в момент переключения триггера 2 в единичное положение. Заполнение счетчика 6 импульсами кварцевого генератора Л происходит в течение всего первого периода Ug,,, Переключение измерительного триггера 3 в единичное положение открывает элемент И 8. Проходящие через него импульсы кварцевого генератор 4 поступают на делитель 5 частоты. Выходные импульсы последнего через открытый элемент И 12 и элемент ИЛИ 18 поступают на счетный вход счетчика 7, продолжая заполнение последнего.,В момент переполнения счетчика происходит установка всех его триггеров в нулевое положение и на выходе дифференцирукнцей цепи 23 образуется импульс, который через открытую схему 14 совпадения и элемент ИЛИ 19 поступает на нулевой установочный вход измерительного триггера 3, переключая его в нулевое положение. При этом закрывается элемент И 8 и поступление импульсов на входы делителя 5 частоты и счетчика 17 прекращаются. В нулевом положении триггер 3 и счетчик .7 остаются вплоть до начала нового, второго периода Ugj, .

В результате, после окончания первого периода Ug в счетчике 6 оказывается некоторое число N

N

На(|

+ T,f,r ,

(1)

где Т - длительность периода напряжения

fj - частота импульсов кварцевого генератора.

В начале второго периода ( происходит переключение триггера 2 в нулевое состояние, что приводит к открыванию элементов И 10, II и 13 и закрыванию элементов И 9, 12 .и 14. Одновременно с этим вновь в единичное состояние переключается триггер 3, открывая элемент И 8. Импульс, образующийся на вы ходе дифференцирующей цепи 21 при ,переключении триггера 2 в нулевое состояние, устанавливает начальное число нач счетчик 7. Им- 5 пульсы кварцевого генератора 4 через элементы И 10 и ИЛИ 18 проходят на счетный вход счетчика 7, добавляясь к , Заполнение счетчика продолжается вплоть до окончания

0 периода U. В результате в счетчике 7 после окончания периода оказывается число N , определяемое .фор - мулой {1).

Открывание элементов И 8 и 11

5 приводит к , что на счетный вход счетчика 6 во втором периоде Ujjj поступают импульсы с выхода делителя 5 частоты, продолжая заполнение счетчика. В момент его

0 переполнения все триггеры счетчика переключаются в нулевое положение и на выходе дифференцирующей цепи 23 образуется импульс, проходящий через открытый элемент И 14 и

5 элемент ИЛИ 19 на нулевой установочный вход измерительного триггера 3, устанавливая последний в нулевое положение. Элемент И 8 при этом закрывается и поступление импульсов

g на входы делителя 5 частоты и счетчика 6 прекращается. В нулевом сос- тоянии счетчик 6 и триггер 3 остают- ся вплоть до начала следующего периода Ug. В дальнейшем описанный алгоритм работы повторяется.

Таким образом, на выходе триггера 3 в течение каждого периода Ug формируется импульс длительностью t(, , определяемой периодом входного напряжения . Импульсы с выходов триггера 3 поступают на управ- ляюцще входы нормирующего устройства 25, в котором им придается стабильная амплитуда U, задаваемая источником 24 опорного напряжения. Импульсная последовательность, воз- никающая на выходе нормирующего устройства 25, поступает на один из входов вычитающего устройства 26, на второй вход которого прдается напряжение с второго выхода источника 24. Выходное напряжение вычитающего устройства 26 поступает на вход фильтрующего усилителя 27 постоянной составляющей, на выходе которого образуется выходной аналоговый сигнал.

В случае, если частота f напря жения Ujji меньше некоторой минималь

0

5

O

ной частоты f.,.. . , находящейся за

Лпп 1

пределами заданного диапазона изменения fjj , аналоговый сигнал на выходе устройства должен оставаться равным нулю или некоторому неизменному минимальному значению при изменении fx - f , в заданных пределах При f fд,J,ц, переполнение счетчика 6 происходит уже. в первом перио- :Де Ug и к началу второго периода ;старший разряд счетчика оказывается в нулевом положении, открывая схему И 15. Образующийся на выходе дифференцирующей цепи 21 в момент пере ключения триггера 2 в нулевое положение,.т.е. в самом начале второго .периода Ug, импульс проходит через ;открытый элемент И 15, элемент ИЛИ 19 и устанавливает измеритель- ный триггер 3 в нулевое положение. Следовательно, переключение триггер 3 в единичное положение во время этого периода не происходит. В нулевом положении триггер 3 остается вплоть, до окончания второго периода В момент его окончания переполненны оказывается счетчик 7, открывающий элемент И 16. Образующийся на выходе дифференцирующей цепи 20 при следующем переключении триггера

2, т.е. в самом начале слелующего периода U , импульс проходит через элементы И 16, ИЛИ 19, вновь устанавливая триггер 3 в нужное положе- ние. Таким образом, и в следующем периоде Ug триггер 3 остается в нулевом положении, т.е. при f,; i переключения триггера 3 в.единичное положение не происходит и на выхо- де устройства оказывается нулевой или не меняющийся минимальный сигнал при всех изменениях частоты f .в заданных пределах, когда ее зна- чение остается меньше f..,, ,. Когда

МИН 1

частота fy превосходит некоторое максимальное значение ,,, в этом

WU КС

режиме счетчик 6 не успевает переполняться во время второго, а счетчик 7 во время первого периода Ugy , импульсы на выходах дифференцирующих цепей 22 и 23 не образуются И переключения триггера 3 в нулевое положение не происходит. Следовательно, на вход вычитающего устрой- ства 26 с выхода нормирующего уст- эойства 25 поступает не последовательность импульсов, а неизменное

напряжение, равное выходному напряжению Уд источника опорного напряжения, и на выходе yc fflитeля 27 устанавливается максимально возможный аналоговый сигнал, не меняющийся при всех изменениях частоты f, когда ее значение остается больше f,, .

Начальное число N, записываемое в соответствующий счетчик в начале данного периода-Ug, выбирается таким образом, чтобы при минимальной частоте входного сигнала

f

мин

; Т, i/f, т

мчкс

(2)

после окончания первого периода и5 для счетчика 6 (второго периода и g для счетчика 7) в счетчике оказалось бы число Ng, равное

NHOC, .r fia.. где N - максимальное число, которое может быть записано в счетчике его пере- Пoлнeниeмj

Ng - некоторое число, соответствующее возмолсной мгновенной нестабильности периода Т J

хн мгновенная

нестабильность Tj. В случае двоигшого счетчика N.,. 2 - 1, где п - число размСЧ iCC

рядов счетчика и соответствует единицам во всех разрядах. Тогда для любого промежуточного значения частоты после окончания период будет в соответствующем счетчике число, определяемое (|). Находя из (2) значение М„„ - мако кг (3) И подставляя в .(l), получим ,f

н..„,н-:м„ т„„„Л,,т i.

махе

макс X -кт

.,

где ATj, - Т,ахо х отклонение измеряемого периода от максимально возможного.

Поскольку переполнение счетчика соответствует числу ере полнения счетчика 6 во время второго периода 11 (счетчика 5 во время первого периода 11 ) необходимо подать согласно (4)

N - М 3 - 1 о

- f.r ,

(5)

импульсов. Во )зремя этого периода

JBX

и„. заполнение счетчика 6 происходит выходными импульсами делителя 5 частоты, причем частота заполняющих импульсов равна

А

г f

(it

/КА,.(Т,,Т,,К.

оКм,. .. (6

где Кд - целое число, равное коэффициенту деления делителя частоты 5

Тогда от момента начала заполнения счетчика 6 этими импульсами, т.е. от момента начала второго периода Ug, до переполнения счетчика 1потребуется промежуток времени t , равный

t -К Т - ,

А4 КГ(

в течение этого промежутка Времени измерительный триггер 3 находится в единичном состоянии, а после его окончания переключается в нулевое. Следовательно, дпительность положительного имйульса на единичном выходе триггера 3 во время второго периода Ugn равно ty,. Точно такой же будет дамтельность выходного импульса триггера 3 и во время первого периода, когда выходными импульсами делителя 5 частоты заполняется счетчик 7. Таким образом, во время каждого периода Ugj, на выходе триггера 3 формируется прямоугольный импульс длительностью t, определяемой выражением (6), и, следовательно, частота этих импульсов равна fy .

В нормирующем устройстве 25 вы- ходйым импульсам триггера 3 придается стабильная амплитуда (i , задаваемая источником 24 опорного напряжения. Постоянная составляющая и„ получаемой импульсной последовательности с помощью вычитающего устройства 26 и источника опорного напряжения, вырабатывающего стабильное напряжение, смещается в начало координат и определяется выражением

II 11 к f

т,«)

По сравнению с известным предлагаемое устройство обеспечивает индикацию выхода измеряемой частоты за пределы измеряемого диапазона частот.

Формула изобретения 5

Измерительный преобразователь девиации частоты, содержащий усилитель),

)

.

я, 10

15

20

25

30

35

40

45

50

5

ограничитель входного напряжения, выход которого подключен к входу управляющего триггера, измерительный триггер, кварцевый генератор, выход которого соединен с первыми входами первых трех элементов И, второй вход первого из которых соединен с единичным выходом измерительного триггера, а вторые входь второго и третьего элементов И соединены соответственно с единичным и нулевым выходами управляющего триггера, подключенный к выходу первого элемента И делитель частоты, выход которого соединен с первыми входами четвертого и пятого элементов И, вторые входы которых соответственно соединены с нулевым и единичным выходами управляющего триггера, два элемента ИЛИ, два счетчика, счетные входы которых соединены с выходами элементов ИЛИ, причем входы первого элемента ИЛИ соединены с выходами второго и четвертого элементов И, а входы второго элемента ИЛИ - с выходами третьего и пятого элементов И, первую и вторую дифференцирующие цепи, входы которых соединены соответственно с единичным и нулевым выходами управляющего триггера, источник опорного напряжения, нормирующее устройство, управляющие входы которого , соединены с выходами измерительного триггера, питающий вход - с первым выходом источника опорного напряжения, а выход - с первым входом вычитающего устройства, второй вход которого соединен с вторым выходом источника опорного напряжения, а выход - с входом выходного фильтра постоянной составляющей, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него дополйитель- , но введены третий элемент ИЛИ, шестой, седьмой, восьмой и девятый элементы И, выходы которых соединены, с входами третьего элемента ШШ, выход которого подключен к нулевому установочному входу измерительного триггера, третья и четвертая дифференцирующие цепи, входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго счетчиков, а их выходы соединены соответственно с первыми входами шестого и седьмого элементов И, вторые

входы которых соединены соответственно с нулевым и единичным вько- дами управляющего триггера, первые входы восьмого и девятого элементов И соединены с выходами соответственно первого и второго счетчиков, а вторые их входы - с выходаРедактор Т.Кугрьшева

Составитель В.Новоселов

Техред М.Пароцай Корректор Е.Сирохман

778/55 . Тираж 730Подписное

ВЫИИПИ Государственного, комитета СССР

по делам изобретений и открытий П3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ПШ1 Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

ми соответственно второй и первой дифференцирующих цепей, соединенных также с установочными входами второго и первого счетчиков,соответственно, причем счетный вход измерительного триггера подключен к выходу усилителя-ограничителя.

Изобретение может быть использовано .в информационно-измерительных системах в качестве высокоточного измерительного преобразователя частоты в аналоговый .сигнал. Преобразователь содержит усилитель-ограничитель 1 входного напряжения, упрар- ляющий триггер 2, измерительный триггер 3, кварцевый генератор 4, де.- литель 5 частоты, счетчики 6 и 7 элементы 8-16 И, элементы 17,18 и 19 ИЛИ, дифференцирующие цепи 20-23, источник 24 опорного напряжения, нормирующее устройство 25, вычитающее устройство 26 и фильтрующий усилитель 27 постоянной составляющей. Введение элемента 19 ИЛИ, элементов 13-16 И, дифференцирующих цепей 22, 23 и их функциональные связи с элементами преобразователя позволяют расширить его функциональные возможности за счет индикации выхода измеряемой частоты за пределы диапазона измерений. 1 ил. to