Цифровой нелинейный измеритель частоты импульсов Советский патент 1992 года по МПК G01R23/00 

):Г 1Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться, в частности, в радиоизотопных приборах неразрушающего контроля.

Целью изобретения является сокращение времени измерения,

На чертеже представлена структурная схема цифрового нелинейного измерителя частоты импульсов.

Измеритель содержит последовательно соединенные кварцевый генератор 1, счетчик 2 времени измерения и триггер 3, последовательно соединенные измерительный счетчик 4, сумматор 5, делитель 6, вычита- тель 7 и индикатор 8, последовательно включенные одновибраторы 9-12, выходы которых соединены соответственно с входами разрешения сумматора 5, делителя 6, вычитателя 7 и входом сброса триггера 3, а также задатчики 13-16 кодов, выходы которых подключены соответственно к вторым входам сумматора 5, делителя 6. вычитателя 7 и счетчика 2. Счетный вход измерительного счетчика 4 является входом цифрового измерителя, вход сброса объединен с выходом одновибратора 12 и входом разрешения счетчика 2. а вход разрешения объединен с входом одновибратора 9 и инверсным выходом триггера 3,

Цифровой измеритель работает следующим образом.

Обработка измерительной информации производится путем измерения средней частоты импульсов п, которая имеет экспоненциально убывающую зависимость от искомого параметра х:

п псо + Ае,(1)

где п00, А и а- коэффициенты.

Перед началом, измерения в счетчике 2 времени измерения от задатчика 16 кода предустановки заносится число, пропорциональное необходимому времени измерения, а измерительный счетчик 4 и триггер 3 устанавливают в нулевое состояние по цепи сброса (на чертеже не показана). За время измерительного цикла входные импульсы подаются на измерительный счетчик 4, где они запоминаются. Одновременно импульсы от кварцевого генератора 1 подаются на счетчик 2 времени измерения, где они вычитаются из предустановленного объема счетчика 2. определяющего время цикла измерения. В конце цикла измерения сигналом с выхода счетчика 2 времени измерения триггер 3 переходит в единичное состояние, сигнал на его выходе изменяется с единицы на ноль, которым блокируется измерительный счетчик 4 и запускается одновибратор 9. За время цикла измерения в измеритель10

ном счетчике 4 записывается код числа, пропорциональный количеству накопленных импульсов.

N пТ,(2)

где п - средняя частота входных импульсов, имп./с;

Т - время измерения, с.

Сигнал с одновибратора 9 запускает сумматор 5, на выходе которого через время, необходимое для выполнения суммирования, появляется код числа N+B, где В - код числа, установленного на задатчике 13 кода первой калибровочной константы. Длительность импульса одновибратора 9 15 должна быть несколько больше, чем время выполнения суммирования сумматором 5. По окончании импульса на выходе одновибратора 9 запускается одновибратор 10, импульс с выхода которого запускает делитель 6, на выходе которого через время, необходимое для выполнения операции деления, появляется код числа C/(N+B), где С - код числа, установленного на задатчике 14 кода второй калибровочной константы. Аналогично длительность импульсов одновибратора 10 должна быть несколько больше, чем время выполнения деления делителем 6. По окончании импульса на выходе одновибратора 10 запускается одновибратор 11, импульс с выхода которого запускает вычитатель 7, на выходе которого через время, необходимое для выполнения операции вычитания, появляется результат измерения

D,(3)

0

5

0

5

0

N +В

где D - код числа, установленного на задатчике 15 кода третьей калибровочной константы.

По окончании импульса на выходе одно- вибратора 11, длительность которого должна быть несколько больше времени вычитания, вычитателем 7 запускается одновибратор 12, импульс с выхода котррого устанавливает триггер 3 в исходное состояние, измерительный счетчик.4 в нулевое состояние, а в счетчике 2 времени измерения от задатчика 16 кода предустановки заносится число, пропорциональное времени измерения. По окончании этого импульса на выходе одновибратора 12 начинается новый цикл измерения, во время которого на индикаторе 8 присутствует результат предыдущего измерения.

0

5

Из уравнения (3) с учетом выражений.(1) и (2) можно получить зависимость результата измерения как функции от измеряемого параметра х.

Z(x) -,-«x

-D(4)

В + TTco Т + Т A e Анализ зависимости (4) показывает, что она является монотонно возрастающей функцией, которая имеет точку перегиба в некоторой точке Х2, т.е. при малых значениях О х Х2 функция (4) обращена выпуклостью вниз, а при больших х Х2 - выпуклостью вверх. Приравнивая вторую производную в точке Х2 к нулю, находят

x-l -BTS Р

При этом непосредственные расчеты по формуле (4) показывают, что зависимость результата измерения в достаточно широком диапазоне измерения близка к идеальной прямой.

При измерении в диапазоне от Хмин до Хмакс точка перегиба выбирается в середине диапазона

Х2 0,5(Хмин + Хмакс)(6)

Калибровку измерителя можно выполнить по трем точкам Xi, Ха и Хз.

Для уменьшения погрешности линеаризации точки калибровки выбираются из следующих условий:

Xi Хмин + W (Хмакс Хмин). (7)

Хз 2Х2-Х1,(8)

где (О выбирается в пределах от 0,067 до 0,071 в зависимости от параметра а(Хмакс - Хмин). определяющего ширину необходимо- то.диапазона измерения.

В этом случае погрешность линеаризации равна максимальной погрешности сразу в четырех точках Хмин, Х4, ХБ и Хмакс. а точки Xi, Х2, и Хз являются точками, где погрешности равны нулю.

По градуировочной характеристике (1) и формуле (2) можно определить соответствующие точкам калибровки Xi, Х2 и Хз значения Ni, N2 и N3.

Первая калибровочная константа рассчитывается по формуле

(Nl-N2)(Ni-N3)(gj

N1+N3-2N2 .

Если В выходит со знаком минус, то это означает, что первую калибровочную константу надо суммировать с учетом знака, т.е. вычитать. При этом на задатчике 13 кода первой калибровочной константы необходимо установить дополнительный код jjac- считанного по формуле (9) значения, тогда на выходе сумматора 5 при выполнении условии N В, которое всегда выполняется без учета переноса, будет результат вычитания.

Вторую калибровочную константу можно вычислять по формуле

Г (Хз--Х1)(В +Ni)B +Ыз) ,,,.. -N1-N3 -

Третья калибровочная константа вычисляется по формуле

(

где1 1,2,3.

В табл. 1 приведены значения приведенной погрешности д и коэффициента О) в 0 зависимости от параметра а{Хмакс - Хмин). определяющего ширину необходимого диапазона измерения.

Поскольку по формуле (3) или (4) трудно увидеть эффект линеаризации, можно рас- 5 смотреть кс петный пример градуировочной характеристики для измерения фторопластового покрытия на стали в диапазоне 30-120 мкм, которая имеет вид

п 485+1058е-° °°б4х

0 При времени измерения 10 можно выбрать три точки калибровки Xi 36 N1 13253 Х2 75 N2 11397 N3 9951

5 Тогда согласно выражениям (9), (10) и (11)

(13253 - 11397) (13253 - 9951)

13253-Ь 9951-2.11397 - 13253 1695;

0(114-36) (1695 -И3253)(1695 4-995l)

13253-9951

-4112230;

4112230

В

D

-75 239,1

5

1695 -f-11397 Результаты измерения (3) 4112230

Z

239,1.

1695 + N

Результаты расчета приведены в табл.2. Из приведенных в табл.2 результатов 0 расчета видно, что приведенная пргреш- ность к диапазону измерения А

(5

100

Амакс Хмин

0,08-1(Ю , 5(120-30)

и параметр

а (Хмакс - Хмин) 0,0064(120 - 30) 0,576. Поскольку вторая калибровочная константа, рассчитанная по формуле (10), пол- 0 училась 4112230, то с целью упрощения измерителя можно на задатчике 14 кода установить число с меньшим количеством цифр, например

Ci 0/2 4112230/512 8032, 5 где m - количество младших разрядов делителя 6, на которые следует подать сигнал логической 1. При этом С Ci 512 8032 4112384.

В этом случае результат измерения (3) увеличивается на

imt 1,0000374,,

Т.е. всего на 0.000374%.

Для увеличения точности вычитания индикатор 8 может быть подключен, начиная с k-ro выхода вычитателя 7. при этом

Ci .

Как следует из описания кварцевый ге- нератор 1, счетчик 2 с задатчиком 16 и триггером 3 представляет собой генератор- формирователь фиксированного времени измерения, а сумматор 5. делитель 6, вычи- татель 7 совместно с одновибраторами 9-12 и задатчиками 13-15 выполняют функции вычислительного устройства с жестким вычислительным алгоритмом,

Таким образом, цифровой измеритель, реализующий заданный алгоритм, позволя- ет обеспечить независимость длительности цикла измерения от значения входной частоты и тем самым сократить время измерения.

Формулаизобретения

Цифровой нелинейный измеритель частоты импульсов, содержащий кварцевый генератор,, первый счетчик, вход которого является входом измерителя, индикатор.

последовательно соединенные счетчик времени измерения и триггер, инверсный выход которого подключен к входу разрешения счета первого счетчика, а вход сброса объединен с входом разрешения предустановки счетчика времени измерения и входом сброса первого счетчика, отличающийся тем. что, с целью сокращения времени измерения, в него введены первый, второй, третий и четвертый задатчики кодов, последовательно соединенные сумматор, делитель и вычитатель, выход которого соединен с входом индикатора, а также последовательно включенные первый, второй, третий и четвертый одновибраторы, выходы которых соединены соответственно с входами разрешения сумматора, делителя, вычитателя и входом сброса триггера, причем выход кварцевого генератора подключен к входу счетчика времени измерения, вход первого одновибратора подключен к входу разрешения счета первого счетчика, который используется как измерительный счетчик и подключен выходом к входу сумматора, вторые входы сумматора, делителя, вычислителя и счетчика времени изме- рения подключены соответственно к выходам первого, второго, третьего и четвертого задатчиков кодов.

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в радиоизотопных приборах неразрушающего гконтроля. Цель изобретения - сокращение времени измерения. Цифровой нелинейный измеритель частоты импульсов содержит кварцевый генератор 1, счетчик 2 времени измерения, триггер 3, измерительный счетчик 4 и индикатор 8. Введение сумматора 5, делителя 6, вычитателя 7, одновибраторов 9-12 и задатчиков 13-16 кодов позволяет сократить время измерения за счет обеспечения постоянной длительности времени измерения независимо от значения входной частоты импульсов. 2 табл., 1 ил.

Таблица 1

Таблица 2