Измеритель мгновенной частоты следования импульсов Советский патент 1987 года по МПК G01R23/06 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения частоты следования импульсов, процессов малой скорости, в частности, в медицине, в кардиологической аппаратуре для контроля за сердечной деятельностью человека.

Цель изобретения - повьпцение точности измерений.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит первый, вто- рой и третий источники 1-3 опорного напряжения, первый и второй электронные ключи 4 и 5, первый и второй электронные разрядные ключи 6 и 7, первьй и второй конденсаторы 8 и 9, первый, второй, третий и четвертый резисторы 10-13, индуктивность 14, нуль-орган 15, блок 16 управления, входную и выходную шины 17 и 18 и шину 19 управления.

В одном из возможных вариантов исполнения блок 16 управления содержит первый и второй триггеры 20 и 21, первую, вторую, третью и четвертую схемы И 22-25, три входных и четыре выходных клеммы.

В измерителе мгновенной частоты следования импульсов вход блока управления соединен с входной шиной 19 а первый, второй и третий выходы блока управления связаны с управляюш,ими входами соответственно первого 4, втрого. 7 и третьего 6 электронных ключей, первый вывод первого конденсатора 8 соединен с первым вьтодом резне тора 10, второй вывод первого резистора соединен через третий электронный ключ с вторым выводом первого конденсатора Вис выходной шиной 18 связанной с первым выводом первого иточника 1 опорного напряжения через первый электронный ключ 4, первьш вывод второго источника 2 опорного напряжения соединен с первым выводом второго резистора 11 и через четвертый электронный ключ 5 - с первыми выводами первого 8 и второго 9 конденсаторов и с аналоговым входом второго электронного ключа 7, выход которого соединен с вторыми вьшодами второго 11 и третьего 12 резисторов и через индуктивность 14 с первым входом нуль-органа 15 непосредственно и через четвертый 13 резистор - с

о

5

вторым входом нуль-органа 15, связанным с вторым выводом второго конденсатора 9 и с первым выводом третьего источника опорного напряжения, вторые выводы всех источников опорного напряжения.соединены с шиной нулевого потенциала и с первым вьтодом третьего резистора 12, выход нуль-органа соединен с третьим входом блока управления,, второй вход которого связан с шиной управления, а четвертый выход блока управления соединен с управляющим входом четвертого электронного ключа 5.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии (до поступления на входную шину 17 импульсов, частота следования которых подлежит измерению) на шине 19 управления устройства присутствует напряжение нулевого уровня.

При этом на всех выходах блока 1б управления установлено напряжение нулевого уровня (уровня логического нуля) . Электронные ключи 4-7 разомкнуты. Напряжение нулевого уровня присутствует также на выходе нуль-органа 15 (следовательно, и на третьем входе блока 16 управления, а также на выходной шине 18 устройства (фиг.2),

Запуск устройства в работу производится сигналом Пуск - коротким импульсом, поступающим в момент t с шины 19 управления на второй вход блока 16 управления, которьш в ответ на это формирует с момента t, на своих первом и четвертом выходах напряжения уровня логической 1 (фиг.2 в, д), которые поступают на управляющие входы электронных ключей соответственно 4 и 5, отчего последние с момента t замыкаются на время действия напряжений на их управляющих входах.

При этом с момента t, конденсатор 8 заряжается до величины напряжения, определяемой значениеми

С8

и, - и

г

где и, и„

величина напряжения на выходе источника 1 опорного напряжения;

величина напряжения на выходе источника 2 опорного напряжения, а конденсатор 9 с момента t заряжается до величины напряжения, определяемой выражением

и

cq

и, - и,,

где и, - величина напряжения на выходе источника 3 опорного напряжения.

С приходом первого импульса в момент времени t на входную шину 17 и на первый вход блока 16 управления последний с момента t формирует на своем втором выходе напряжение уровня логической 1, а на четвертом выходе блока 16 управления - уровень напряжения меняется с логической 1 на уровень логического О, от чего электронный ключ 5 с момента t размыкается, а электронный ключ 7 с этого же момента времени замыка ется.

При этом в контуре, состоящем из последовательно включенных конденса- тора 9, резистора 13, индуктивности 14 и замкнутого электронного ключа 7, наступает колебательный процесс, обусловленный энергией электрического поля, накопленной конденсатором 9 и энергией магнитного поля, накопленной индуктивностью 14. Напряжение на конденсаторе 9 изменяется с момента времени t по закону затухаю- ПЦ1Х синусоидальных колебаний (фиг.2е

с, Ч D..sinCat-q)),

где 03, 1| , ci - соответственно частоты

начальная фаза и декре мент затухания; D - коэффициент пропорциональности.

. Напряжение, падающее на резисторе 13, поступает на входы нуль-орга- на 15. В моменты времени, соответствующие нулевым значениям тока в контуре, а следовательно, и нулевым значениям напряжения на резисторе 13 на выходе нуль-органа 15 вырабатыва- ются импульсы напряжения (фиг.2ж), поступающие на третий вход блока 16 управления, который реагирует на первый из них, приходящий в момент t,, появлением в этот же момент времени на своем третьем выходе напряжения уровня логической 1 (фиг.2з), а на первом выходе блока t6 управления напряжение изменяется с логической 1 на уровень логического О (фиг.2в).

При этом с момента t электронный ключ 4 размыкается, а электронный ключ 6 замыкается, и конденсатор 8

разряжается с момента tj на резистор 10. Напряжение на конденсаторе 8 изменяется согласно

i-ii-t,oA

() (и , - и)-.е

где - величина сопротивления резистора 10;

Сд - величина емкости конденсатора 8; - интервал времени задержки

формирования экспоненциально изменяющегося напряжения на конденсаторе 8, определяемый выражением

ЧаА t, - t,..

Напряжение на выходной щине 18 устройства, определяемое суммой напряжений на конденсаторе 8 и 9 опорного источника 3, изменяется по закону

.

и,- (и, - и, ).е + вых + D.e ° .sin(cot -Cf) + и,,

апроксимирующему с момента t, гипер-. болическую зависимость

V, К.1

где К - коэффициент пропорциональности;

t - время, отсчитанное от момента tj.

С момента t прихода второго импульса импульсной последовательности на входную шину 17 устройства и на первый вход блока 16 управления, на всех выходах последнего уровни напряжений с этого момента становятся нулевыми, и напряжение на выходной шине 18 устройства сохраняется неизменным до нового цикла измерений (фиг.2и момент t). Это напряжение соответствует измеренному значению мгновенной частоты следования импульсов.

Работа одного из возможных примеров реализации блока 16 управления (фиг.2) заключается в следующем.

В момент времени t, триггеры 20 и 21 сбрасываются импульсом Пуск, поступившим на их первые входы с второго входа блока 16 управления, и на их инверсных выходах с момента t.

10

устанавливаются напряжения уровня логической 1. Напряжение уровня логической 1 с инверсного выхода триггера 20 поступает на первый выход блока 16 управления и на вторые входы схем И 23 и 25. На первом входе последней присутствует напряжение уровня логической 1. В результате этого на выходе схемы И 25 формиру-. ется напряжение уровня логической 1, которое поступает на четвертый выход блока 16 управления (фиг.2д).

В момент времени t импульс измеряемой импульсной последовательности поступает с первого входа блока 16 управления на первьй вход схемы И 23, на выходе которой в момент 1: формируется импульс напряжения, который поступает на второй (счетный) вход триггера 21, в результате чего уровни напряжений на выходах триггера 21 изменяются на противоположные. При этом напряжение уровня логической 1 с прямого выхода триггера 21 по- 25

ступает на второй выход блока 16 управления (фиг.2г), а нулевой уровень напряжения с инверсного выхода триггера 21 закрывает схему И 25, на выходе которой также устанавливается нулевой уровень напряжения, поступающий на четвертый выход блока 16.

В момент времени tj импульс напряжения с третьего входа блока 16 управления поступает на второй вход триггера 20 и взводит его, в результате чего уровни напряжений на выходах триггера 20 изменяются на противоположные. При этом нулевой уровень напряжения с инверсного выхода триггера 20 поступает на первый выход блока 16 (фиг.2в), а напряжение уровня логической 1 с прямого выхода триггера 20 поступает на вторые входы схем И 22 и 24. На выходе схемы И 24 с момента t формируется напряжение уровня логической 1, которое поступает на третий выход бло- .ка 16 управления (фиг.2з).

1354126S

ности с первого входа блока 16 поступает на первые входы схем И 22 и 23.

В результате этого на выходе схе-. мы И 22 формируется с момента t4 5 напряжение уровня логической 1, которое поступает на третий вход триггера 21 и устанавливает его в исходное состояние. При этом нулевой уровень напряжения с прямого выхода триггера 21 поступает на второй выход блока 16 (фиг.2г) и на первый выход схемы И 24,- закрывая последнюю, в результате чего на выходе схемы И 24 с момента t устанавлиается нулевой уровень напряжения, поступающий на третий выход блока 16 управления (фиг.2з).

В отличие от известного устройства, предлагаемое обеспечивает более высокую точность измерения мгновенной частоты следования импульсов и более высокое быстродействие на время коммутации и переходных процессов блока фиксации и памяти, так как в нем отсутствует присущей известному устройству блок фиксации и памяти. Его функции в предлагаемом устройстве реализуются внутренними свойствами

15

20

30

последнего.

ормула изобр е-т е н и я

40

1. Измеритель мгновенной частоты следования импульсов содержащий

2g входную и выходную И1ИНЫ, два источника опорного напряжения., два конденсатора, резистор, три электронных клю ча, блок управления, вход которого соединен с входной тиной, а первый, агорой и третий вькодь блока управления связаны с управляющими входами соответственно первого, второго и третьего электронных ключей, первый вывод первого конденсатора соединен с первым выводом резистора, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности,, в него введены шины управления, третий источник опорного напряжения, индуктивность,

45

gQ нуль-орган, четвергрый электронный ключ, второй, третий и четвертый резисторы, причем второй, вь1вод первого резистора соединен через третий электронный ключ с вторым выводом первоПоследующие импульсы, поступающие на третий вход блока 16 в интервале времени не изменяют состояние блока 16 управления, установившееся с момента t,, если на второй - го конденсатора и с выходной шиной, вход блока 16 не поступают пусковые связанной с первьш выводом первого

источника опорного напряжения через первый электронный ключ, первый вьгаод

импульсы

В момент времени t второй импульс измеряемой импульсной последовательвторого источника опорного напряже30

последнего.

ормула изобр е-т е н и я

40

1. Измеритель мгновенной частоты следования импульсов содержащий

2g входную и выходную И1ИНЫ, два источника опорного напряжения., два конденсатора, резистор, три электронных клю ча, блок управления, вход которого соединен с входной тиной, а первый, агорой и третий вькодь блока управления связаны с управляющими входами соответственно первого, второго и третьего электронных ключей, первый вывод первого конденсатора соединен с первым выводом резистора, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности,, в него введены шины управления, третий источник опорного напряжения, индуктивность,

gQ нуль-орган, четвергрый электронный ключ, второй, третий и четвертый резисторы, причем второй, вь1вод первого резистора соединен через третий электронный ключ с вторым выводом перво45

- го конденсатора и с выходной шиной, связанной с первьш выводом первого

второго источника опорного напряже11

ния соединен с первым выводом второго резистора и через четвертый электронный ключ - с первыми выводами первого и второго конденсаторов и с аналоговым входом второго электронного ключа, выход которого соединен с вторыми вьшодами второго и третьего резисторов и через индуктивность - с первым входом нуль-органа непосред- ственно и через четвертый резистор с вторым входом нуль-органа, связанным с вторым вьшодом второго конденсатора и с первым выводом третьего источника опорного напряжения, при этом вторые вьгооды всех источников опорного напряжения соединены с шиной нулевого потенциала и с первым выводом третьего резистора, выход нуль-органа соединен с третьим входом блока управления, второй вход которого связан с шиной управления, а четвертый выход блока управления соединен с управляющим входом четвертого электронного ключа,

2. Измеритель по п.1, о т л и - чаюш;ийся тем, нто блок уп

Редактор А.Ворович

Составитель В.Новоселов Техред Л.Олийнык ;

Заказ 5689/40Тираж 730Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035,-Москва, Ж-35, Раушская на.б., д. 4/5

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

8

5

5

0

равления содержит два триггера, четыре схемы И, причем первые входы первой и второй схем И соединены с вход- ной шиной, первый и второй входы пер- вого триггера связаны соответственно с шиной управления и с выходом нуль- органа, прямой выход первого триггера соединен с . вторыми- входами первой и третьей схем И, а инверсный выход первого триггера соединен с вторыми входами второй и четвертой схем И и с управляющим входом первого электронного ключа, прямой выход второго триггера связан с управляющим входом второ го электронного ключа и с первым входом третьей схемы И, выход которой соединен с управляющим входом третьего электронного ключа, выход четвертой схемы И связан с управляющим входом четвертого электронного ключа, а первый вход четвертой схемы И соединен с инверсным выходом второго триггера, первый, второй и третий входы которого связаны соответственно с первым входом первого триггера, с выходом второй схемы И и с выходом первой схемы И.

Корректор С.Шекмар

Изобретение Предназначено для измерения частоты следования импульсов, процессов малой скорости, в частности, в кардиологической аппаратуре. Измеритель мгновенной частоты следования импульсов содержит источники 1-3 опорного напряжения, электронные ключи 4, 5, конденсаторы 8, 9, резисторы 10-13, индуктивность 14, нуль-орган 15, входную и выходную шины 17, 18 соответственно, шину 19 управления и блок 16 управления, включающий триггеры 20, 21, схемы И 22-25 и входные и выходные клеммы. Изобретение повышает точность измеренийV 1 з.п. ф-лы, 2 ил. « (Л с ее ел