Измеритель малых отклонений частоты от заданного значения Советский патент 1989 года по МПК G01R23/00 

Я 1

оо

Јъ Ю

Изобретение относится к области электрических измерений и может использоваться в цифровых системах регулирования и контроля частотных па- раметров„

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых частот„

На чертеже представлена структурная схема измерителя.

Измеритель содержит последовательно соединенные генератор 1 опорной частоты (ГОЧ),элемент И 2, счетчик 3, триггер 4, элемент И 5, элемент ИЛИ 6, счетчик 7 результата,пос- ледовательно соединенные счетный триггер 8, элемент И 9, элемент ИЛИ 10, счетчик 11, триггер 12, элемент И 13 и триггер 14 знака, а также инвертор 15, элемент ИЛИ 16,формирователи 17 и 18 коротких импульсов и задатчик 19 частоты. Выход ГОЧ 1 через задатчик 19 частоты объединен с вторыми входами элементов И 5 и 9, третьим входом элемента И 13, выход которого подключен к R-входу триггера 14 знака и второму входу элемента ИЛИ 6, а выход счетного триггера 8 через формирователь 17 объединен с входами сброса триггеров 4 и 12, счетчика 11, входом разрешения записи и информационным входом старшего разряда счетчика 3 и входом инвертора 15, выход которого подключен к объединенным информационным входам младших разрядов счетчика 3„ Инверсные выходы триггеров 4 и 12 подключены соответственно к второму входу элемента И 13 и третьему входу элемента И 5, выход которого соединен с S-входом триггера 14 знака. Входы элемента ИЛИ 16 соединены с выходами триггеров 4 и 12, а выход через формирователь 18 подключен к входу сброса счетчика 7 результата.

Измеритель работает следующим образом.

Исходя из величины кода заданной частоты, поступающей через шину ввода уставки 20, задатчик 19 частоты вырабатывает частоту, в К раз превышающую заданное значение частоты, т „е,, Т.- Ко Импульсы входной частоты fx поступают на вход счетного триггера 8, который непрерывно работает в режиме переключения,, Сигналы с выходов счетного триггера 8 поочередно

блокируют логические элементы И 2 и 9.

Кроме того, на переднем фронте сигнала на прямом выходе счетного триггера 8 с помощью формирователя 17 формируется короткий импульс сброса, обнуляющий счетчик 11, триггеры 4 и 12, разрешающий по входу V запись в счетчик 3, обнуляющий с помощью инвертора 15 по информационным входам все младшие разряды счетчика 3 и записывающий I в его старший разряд.

Полная емкость двоичных счетчиков 3 и 11 выбирается равной 2П 2К, где п - число разрядов каждого счетчика о Таким образом, после прохождения импульса сброса в них оказываются записанными числа К и О соответственно. На чертеже условно показано подключение шины записи не к (п-1 ), а к двум младшим разрядам счетчика 3. I

После прохождения импульса сброса работа измерителя происходит в два этапа. На первом этапе открыт элемент И 9 и через элемент ИЛИ 10 на вход счетчика 11 поступают импульсы частоты К с выхода задатчика 19 о По окончании периода частоты f счетный триггер 8 переключается,открывается элемент И 2 и блокируется элемент И 9, импульсы частоты f0 генератора 1 через элемент И 2 поступают одновременно на счетные входы счетчиков 3 и 11 о При переполнении счетчиков 3 и 11 импульсы с их инверсных выходов устанавливают поочередно триггеры 4 и 12 в состояние 1. Как видно из схемы, переносом информации при записи 1 в один из триггеров 4 или 12 открьюается элемент И 5 или И 13„ Влагодаря перекрестной блокировке элементов И 5 и 13 с выходов триггеров 4 и 12 открытым в каждом цикле оказывается только один из них, а именно тот, который оказывается подключен к прямому выходу того триггера, который первым устанавливается в состояние 1. Длительность нахождения элемента И 5 или И 13 в открытом состоянии определяется интервалом времени между моментами переполнения счетчиков 3 и 11. Этот интервал является интервалом переноса информации тл в течение которого импульсы частоты

31478

, К с выхода задатчика 19 проходят через элемент И 5 или И 13, элемент ИЛИ 6 на счетный вход счетчика 7 результата. .с

Определим значение числа NBb,x, записываемого в счетчик 7„ К каналу второго этапа измерения в счетчике 3 оказывается записанным число Nt К,а в счетчике 1I число Na JO rpx f jr- К, где т - период входного сигнала. В этом случае длительность интервала переноса информации в счетчик 7 результата определяется какJ5

т Nz

п г ъ

а значение результата

еых

nVV к -- - -К-20

3

5

т. Ф

К

. f fL

гп4 -Р

где т - период заданного значения частоты.

Покажем, что для малых отклонений частот относительное -значение отклонения периода близко к относительному значению отклонения часто-

А1

f-

ты,

&Tj( т„е0 - - Действительно

Погрешность данного приближения при значениях &fx/, равных 10 , , IfT, составляет соответствен- но I, 0,1 и 0,01%, т.е. определение значения отклонения может быть произведено с достаточно высокой точностью и тем точнее, чем меньше само отклонение частоты.

С учетом вышесказанного значение числа в счетчике 7 результата определяется как

N,

О DI XТ - ДЈх г

бы f .1 У

}

. - К

uf -з

78

с

JO J5

20

25

30

35

40

45 50

55

424

Постоянный коэффициент К /f0 определяет масштаб преобразования и не зависит от заданного значения частоты, что расширяет возможности измерителя.

Знак результата определяется состоянием триггера знака.

В течение интервала переноса импульсы переноса имеют место на выходе только одного из элементов И 5 или И 13, а значит и только на одном из установочных входов триггера 14. Так, при положительном знаке отклонения частоты ( первым переполняется счетчик 3, срабатывает триггер 4. Последний открывает элемент И 5 и блокирует И 13 до конца цикла измерения. ТТервьгч импульс переноса с выхода И 5 записывает 1 по входу S в триггер 14.

Запись I в один из триггеров 4 или 12 вызывает формирование короткого импульса сброса на выходе формирователя 18, обнуляющего счетчик 7 результата для записи новой информации в начале интервала переноса, Сраба тывание второго из указанных триггеров уже не вызывает изменение сигнала на выходе элемента ИЛИ 16 и не формирует импульс сброса.

Таким образом, предлагаемый измеритель в сравнении с известным позволяет определять абсолютные отклонения частоты для поступающих в виде кода заданных частот в расширенном диапазоне частот входных сигналов.

Измеритель может использоваться в качестве цифрового компаратора в высокоточных автоматических системах регулирования, в которых регулируемый параметр представляется в частотной форме,

Так в цифровых системах регулирования частоты вращения двигателей применяются импульсные датчики частоты вращения. В установившемся режиме частота датчика 1 с высокой степенью точности устанавливается равной частоте задания f. Допустимые значения динамических отклонений Afx для современных электроприводов лежат в пределах 0,05 - 0,2%.

При малых отклонениях частоты измеритель может быть успешно применен, например, в цифровых ТТИ- и ПИД-регу- ляторах частоты вращения, как устройство для получения пропорциональной

514

составляющей закона регулирования. Длительность одного цикла измерения - не более двух периодов входной частоты,

Формула изобретения

Измеритель малых отклонений частоты от заданного значения, содержа- щий последовательно соединенные генератор опорной частоты, первый элемент И, первый счетчик, первый триггер, второй элемент И, первый элемент ИЛИ и счетчик результата, последова- тельно соединенные второй счетчик, второй триггер и третий элемент И, выход которого подключен к второму входу первого элемента ИЛИ, а также триггер знака, S-вход которого объе- динен с входом первого элемента ИЛИ, и второй элемент ИЛИ, входы которого подключены к выходам первого и второго триггеров с объединенными входами сброса, а выход через формирова- тепь коротких импульсов подключен к входу сброса счетчика результата,при этом инверсный выход первого триггера соединен с вторым входом третьего элемента И,отличаю щи й- с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых частот, в него

426

введены последовательно соединенные счетный триггер, вход которого является входом измерителя, четвертый элемент И и третий элемент ИЛИ, выход которого подключен к входу второго счетчика, а второй вход - к входу первого счетчика, а также задат- чик частоты и последовательно соединенные второй формирователь коротких импульсов и инвертор, вход которого объединен с входом сброса второго счетчика, входами сброса триггеров, входом разрешения записи и информационным входом старшего разряда первого счетчика, причем информационные входы младших разрядов первого счетчика объединены с выходом инвертора, выход генератора опорной частоты через задатчик частоты объединен с вторым и третьим входами соответственно второго и третьего элементов И и вторым входом четвертого элемента И, первый вход которого подключен к входу второго формирователя коротких импульсов, инверсные выходы счетного триггера и второго триггера соединены соответственно с вторым входом первого элемента И и третьим входом второго элемента И, а выход третьего элемента И соединен с R-входом триггера знака„

Изобретение относится к области электрических измерений и может использоваться в цифровых системах регулирования и контроля частотных параметров. Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых частот. Измеритель малых отклонений частоты от заданного значения содержит генератор 1 опорной частоты, элементы И 2, 5, 13, счетчики 3 и 11, триггеры 4 и 12, элементы ИЛИ 6, 16, счетчик 7 результата, формирователь 18 коротких импульсов, триггер 14 знака. Введение счетного триггера 8, элемента И 9, элемента ИЛИ 10, инвертора 15, формирователя 17 коротких импульсов и задатчика 19 частоты позволяет измерять абсолютное отклонение частоты входного сигнала для поступающих в виде кода заданных частот в расширенном диапазоне частот входных сигналов. 1 ил.