Преобразователь частоты в код Советский патент 1987 года по МПК G01R23/10 

Изобретение относится к области электроизмерений и может использоваться для следящего измерения и кодирования частоты электрических сигналов.

Цель изобретения - повышение быстродействия и-точности путем уменьшения динамической погрешности.

На фиг.1 представлена структурная схема преобразователя;на фиг. 2 и 3 - метрологические характеристики преобразователя при обработке соответственно синусоидального и экспо- нендиального сигналов.

Преобразователь содержит реверсивный счетчик 1 импульсов РСИ), преобразователь 2 код - частота (ПКЧ), блок 3 переписи кода (ВПК), блок 4 памяти (вп), дополнительный реверсивный счетчик 5 импульсов (ДРСИ), блок 6 управления (БУ), вход 7 Запуск, выход 8 Отсчет, информационные выходы 9.

РСИ 1 и ПКЧ 2 соединены последовательно , выход ПКЧ 2 подключен к вычитающему входу РСИ 1, а суммирующий вход РСИ 1 является входом устройства , Входы БП 4 и ДРСИ 5 объединены и через ВПК 3 подключены к выходам РСИ 1 и ПКЧ 2, а выходы БП 4 и ДРСИ 5 образуют информационные выходы 9 устройства. Суммирующий и вычитающий входы ДРСИ 5 соединены с одноименными входами РСИ 1, а управляющий вход БПК 3 через БУ 6 соединен с входом 7 Запуск, причем вторым выходом БУ 6 является вьЕСод 8 Отсчет.

Преобразователь работает следующим образом.

На вход преобразователя от источника преобразуемого сигнала поступает сигнал с измеряемой частотой f (t). Узел из РСИ 1 и. ПКЧ 2 осуществляет следящее преобразование частоты f(t) в код. Его работа описьшает- ся дифференциальным уравнением

dN(t) dt + (t) f(t),

где N(t) - выходной код РСИ I; ot - коэффициент передачи ПКЧ 2.

50

При t tg ОТ внешнего устройстДинамическая погрешность предложенного преобразователя при определенном соотношении между величинами (X, , с и у много меньше погрешности

ва, являющегося потребителем информа- известного устройства, ции, на вход 7 Запуск поступает Пусть, например, f(t) короткий импульс. Этот импульс транслируется БУ. 6 и поступает на управляющий вход БПК 3, в результате чего

.„ sinwx.

где

-Р

+

центральная

+ f...

частота, f у,, - девиация частоты и

СО - частота модуляции. В этом случае

308924 2

выходы РСИ 1 на короткое время соединяются с информационными входами БП 4 и ДРСИ 5. Младшие разряды операнда N(10) записываются в БП 4, а старшие разряды в виде начальной установки вводятся в ДРСИ 5.

Импульсные последовательности входной частоты f (t) и частоты o(, N(t), формируемой ПКЧ 2, поступают соответ- ственно на суммирующий и вычитающий входы ДРСИ 5 и при t tg подсчитываются этим счетчиком. При t БУ 6 выдает на выход 8 Отсчет который воспринимается внещним пот- ребителем информации как сигнал готовности информации. В этот момент времени код N считывается с выходов БП 4 и ДРСИ 5.

Процесс накопления кода N описывается уравнением

N

t

N(to) -ьу J f(t)(t) dt, 0(2)

25

30

где у 2 , n - количество младших двоичных разрядов операнда NCt), размещаемых в БП 4. Преобразуя -. уравнение (2) с учетом уравнения (1), получают

Njf N(tJ +у J dN(t)

г

N(t,) (t,+) - N(t,).

(3)

IQ И затем просум- c приращением co40

45

50

Выражение показьшает, что для формирования кода NJ- необходимо считать код РСИ 1 при t мировать этот код держимого РСИ 1 в течение интервала времени tg,tQ+ o , предварительно умножив это приращение на некоторую константу Y. Операция умножения приращения РСИ 1 на величину у производится путем сдвига.кода приращения на n log 2. у двоичных разрядов вправо в составе выходного операнда Nj-, который формируется на выходах БП 4 и ДРСИ 5.

Динамическая погрешность предложенного преобразователя при определенном соотношении между величинами (X, , с и у много меньше погрешности

известного устройства, Пусть, например, f(t)

.„ sinwx.

где

-Р

+

центральная

+ f...

частота, f у,, - девиация частоты и

СО - частота модуляции. В этом случ

решение уравнения 1) для установившегося режима имеет следующий вид:

N(t)

-;°--i &f m О cos о t C

Из выражения (4) находим максимальную нормированную абсолютную погрешность й,д,с известного преобразователя при обработке сигнала, частота которого изменяется во времени по синусоидальному закону.

макс f(t)|

()| N(t)-(l/oi)

MOkC

о /-joi + Q.

Если, например, C0/6i 0,2, то

UMqKC 0,196.

Пусть теперь f(t) F при

t t О и f(t) FO expC-ty-j) при t 0, тогда решение дифференциального уравнения (1 ) при oL tg ф 1 имеет вид

N(t)

ог-СлС -)

(оСТое

-t/1

о e-oit

(5)

Из выражения з) определяют абсолютную погрешность преобразования сигнала, частота которого изменяется во времени по экспоненциальному закону

b( N(t ) - lira N(tp) /FO

- (6)

где t(j 0.

Расчеты no уравнению (jo) пока- зывают, что функция uCt) при осТ, 5 достигает максимального значения Д(, .135 при Ц,,42г .

Таким образом, динамическая пог-. решность кодирования изменяющейся частоты известным устройством весьма велика.

Пусть преобразованию подвергается сигнал с частотой f(t) fp + + f sincot предложенным ус гройст- вом. Выходной код N(t) РСИ при (a3/oi)icl и ott «i 1 находят выражения (4 .

- sin cot

(7)

5

в соответствии с уравнением (3) составляют линейную комбинацию кодов (N(tg) и N(t +-с) при у (2 + Di)/2ti L и получают

Е-у-- -«-4 --f

+ sina}( ---) (8)

Абсолютные погрешности известного устройства и предложенного описываются последними слагаемыми правых частей формул (7) и (з). Сопоставляя эти формулы, находят, что максимальное значение модуля абсолютной погрешности известного устройства превосходит аналогичную характеристику предложенного устройства в ot /СО раз. На фиг.2 представлен график нормированной абсолютной погрешности

(

f(to .)- 2 J

30

35

Q

45

5

рассчитанный с привлечением выражения (3) и точного решения (4) дифференциального уравнения (1) при о т и СО/об 0,2. Длительность о интервала интегрирования в выражении (З для заданной величины оС вычислена по приведенной формуле, связывающей значения у и ot c . График (фиг.2) показывает, что в оговоренных условиях абсолютная динамическая погрешность предла- гаемой модификации следящего преобразователя частоты в код . уменьшается до 2,2-10 против 0,196 у известного.

При кодировании определенной экспоненциально изменяющейся частоты выделяют Nj по выражению (3) ,используя формулу (5) для N(t). Получают следующее выражение для нормированной абсолютной погрешности

Д (ct/F,){N(to) (+-0) - - N(t) - ехр -(t -bt/2)/tol . (9)

График функции и по выражению (9) в зависимости от величины отношения tj/ to при об TO 5 и у 2 (фиг.З), свидетельствует, что погрешность предложения при to/Co 5s 0,1

не превосходит известного.

2 Ю - против 0,135 у

Повторный запуск устройства может быть осуществлен при t t + сразу же после окончалия такта интегрирования по выражению (3).- Вновь на вход Запуск подается короткий импульс, код РСИ 1- переносится в БП 4 и ДРСИ 5 и т.д.

Предлагаемый следящий преобразователь частоты в код характеризуется существенно меньшей погрешностью, чем известные конструкции. Длительность дополнительного такта интегрирования по выражению (3) не зависит от вида обрабатьшаемого сигнала и определяется лИшь параметрами ПК 4 и требуемой погрешностью кодирования частоты. Особенность устройства - задержка искомой информации на время , так как полученная по выраже- величина Nj. пропорциональна

кию (3) величина N

значению частоты f(t) в момент времени t fg+T/2. Эта особенность чаще всего не существенна для. измери- тельной системы, поскольку составляет лишь малую долю периода обраба тьгоаемого сигнала..

08924.6

Формула изобретения

Преобразователь частоты в код, содержащий последовательно соединенные ревёрсивньй счетчик импульсов и

J преобразователь код - частота, вы-, ход которого подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика импульсов , а суммирующий вход реверсивного счетчика является вхоW дом устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности, в него введены блок управления, блок переписи кода, блок памяти и допол15 нительный реверсивный счетчик импульсов, входы записи которого объединены с входами блока памяти и через блок переписи кода подключены к выходам реверсивного счетчика импуль20 сов, причем управляющий вход блока переписи кода соединен с входом Запуск через блок управления, второй выход которого является выходом Отсчет, при этом входы суммирова25 ния и вычитания дополнительного реверсивного счетчика импульсов соединены с одноименньми входами реверсивного счетчика импульсов, а выходы блока памяти и дополнительного реверсивного счетчика импульсов являются информационными выходами устройства.

Фиг. 2

fuz.J

„Составитель Н.Федоров

Редактор О.Юрковецкая Техред А.Кравчук Корректор М. Пожо

Заказ 1793/36 Тираж 731 . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение касается электроизмерений и может быть использовано для следящего измерения и кодирования частоты электрических сигналов. Целью изобретения является повышение быстродействия и точности путем уменьп1ения динамической погрешности. Для достижения поставленной цели в устройство дополнительно введены блок 6 управления, блок 3 переписи кода, блок 4 памяти и реверсивный счетчик 5 импульсов. Кроме того, устройство содержит рёверсивньш счетчик 1 импульсов, преобразователь 2 код - частота, вход 7 Запуск, вход 8 Отсчет, информационные выходы 9 устройства. Предложенная при этом модификация следящего преобразователя частоты в код характеризуется существенно меньшей погрешностью, чем известные конструкции пoдoбньfx преобразователей. 3 ил. § (Л