Измеритель переходных характеристик частотных прецизионных устройств Советский патент 1991 года по МПК G05B23/02 

Изобретение относится к радиотехническим измерениям и может быть использовано для исследования и контроля динамических свойств управляемых автоколебательных систем, к которым относятся кварцевые и струнные датчики, а также управляемые кварцевые генераторы и другие приборы, управляемые по частоте.

Цель изобретения - повышение точности измерителя путем применения стандартного компаратора при всех его возможных коэффициентах умножения.

Это обеспечивается тем, что изменение входной частоты, вызывающее выход исследуемой частоты за полосу пропускания компаратора, компенсируется перестройкой управляемого генератора с одновременной коррекцией результирующих оценок на регистраторе.

На фиг. 1 приведена функциональная схема измерителя переходных характеристик частотных прецизионных устройств; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы;

на фиг. 3 - функциональная схема формирования импульсов коррекции.

Измеритель переходных характеристик частотных прецизионных устройств содержит смеситель 1, управляемый генератор 2, блок 3 управления, компаратор 4, эталонный генератор 5, формирователь 6 импульсов коррекции, первый реверсивный счетчик 7, синхронизатор 8, умножитель 9 частоты, дешифратор 10, регистратор 11, первый 12 и второй 13 делители частоты, коммутатор 14, сумматор 15, триггер 16, элемент 2И 17, второй реверсивный счетчик 18 и входную шину 19.

Формирователь 6 импчльсов коррекции (фиг. 3) содержит элементы 211 20 и 21, триггер 22, резистор 23, элементы ЛИ 24 и 25, двоичные реверсивные счетчики 26, кросси- ровочные поля 27, блоки 28 сравнения кодов и элемент И 29.

Измеритель работает следующим образом.

о к

с ее

СЈ К

Перед началом работы и проведения измерений коэффициент деления первого делителя 12 частоты (пх) устанавливают равным

nx txo-ff{,(1)

где tf0 - начальное значение периода усреднения;

f - центральная частота полосы пропускания компаратора 4. Коэффициенты умножения компаратора 4 (К) и умножителя 9 частоты (т) выбирают с учетом соотношения

( п-М-1)-Я. где Д/р-требуемое значение разрешающей

способности измерителя по частоте;

f0 - частота генерации эталонного генератора.

Коэффициент деления второго дели геля 13 частоты (п0) устанавливают равным значению, найденному из условия

т-Цпх/Ь-п0/(т}0)}- ио ЬГ„/Щ„, (2) где N0 - номинальное количество коммутируемых импульсов;

Д/ц- максимально допустимая девиация частоты на выходе компаратора 4. Крутизну управления управляемого генератора 2 (Р) и шаг квантования по напряжению блока 3 управления (ДЈ/у) выбирают соответственно равными: .q/кbUy l/(q-N0),

где q - коэффициент пропорциональности. Выходным напряжением блока 3 управления значение частоты управляемого генератора 2 устанавливают таким, чтобы выходная частота смесителя 1 совпадала с центральной частотой полосы пропускания компаратора 4. Коды нижней и верхней границ поля допуска выбирают, например, равными 0,1 -N0 и 0,9-No и заносят их в дешифратор 10. На выходе первого реверсивного счетчика 7 устанавливают «од, найденный по формуле

N pC Non-N0,

где Л 0„ , Д/m - максимальное изменение исследуемой частоты на участке переходного процесса. В процессе измерений импульсы исследуемой частоты поступают на смеситель 1, где смешиваются с частотой управляемого генератора 2. С выхода смесителя контролируемый сигнал поступает на компаратор 4, который осуществляет умножение частотных флуктуации этого сигнала в k раз. После этого на выходе первого делителя 12 частоты формируется последовательность импульсов усреднения (фиг. 2Ь), следующих с периодом

(f±K.Uf)i,

(3)

где Д/(0/- среднее значение исследуемой частоты на /-м интервале усреднения.

Импульсы усреднения, поступая на входы синхронизации первого 12 и второго 13

0

5

0

делителей частоты, осуществляют синхронизацию их работы. Импульсы эталонного генератора 5 через умножитель 9 частоты поступают на счетный вход второго делителя 13 частоты {фиг. 2с), на выходе которого формируется последовательность опорных импульсов (фиг. 2а), задержанная относительно последовательности импульсов усреднения на опорный интервал (mf0). Опорные импульсы устанавливают триггер 16 в единичное состояние, а импульсы усреднения - в нулевое. В результате этого на его выходе формируется измерительный интервал (фиг. 2е) длительностью -10, который коммутирует на выход элемен- 5 та 2И 17 выходные импульсы умножителя 9 частоты (фиг. 2k). Количество коммутируемых импульсов описывается соотношением Nj(tXj-t0)-rn-fo, которое с учетом (1) - (3) принимает вид

N,N0±Nfh

где N,, tm т К f0 fn±K- ДWO; - функция преобразования девиации частоты в код.

Для более наглядного пояснения функционирования остальных узлов измерителя выделим два режима его работы: I режим - N ; находится в заданном поле допуска; II режим - N, находится вне поля допуска.

В I режиме опорные импульсы записывают во второй реверсивный счетчик 18 вы0

5

0

ходной код первого реверсивного счетчика 7, после чего коммутируемые импульсы во втором реверсивном счетчике 18 суммируются с этим кодом. Выходной код второго реверсивного счетчика 18 ±yVf/ поступает на сумматор 15 для преобразования в напряжение по закону

,,

где UH - номинальное значение напряжения;

ДЈ/- шаг квантования по напряжению.

Затем полученное напряжение поступает для визуализации на регистратор 11. Синхронизатор 8 осуществляет синхронизацию начала работы измерителя с временем подачи испытательного воздействия на исследуемый объект.

Таким образом, в I режиме девиация частоты исследуемых колебаний преобразуется в отклонение квантованных отсчетов напряжения относительно номинального значения напряжения.

Во II режиме опорными импульсами ком- 0 мутатор 14 устанавливается в нулевое состояние, а во второй реверсивный счетчик 18 записывается код . После этого коммутируемые импульсы во втором реверсивном счетчике 18 суммируются с кодом , a в коммутаторе 14 преобразуются в код, ко- 5 торый поступает на дешифратор 10.

Если Nji,9N0, то на первом выходе дешифратора 10 появляется единичный уровень напряжения, поступающий на первый

5

управляющий вход формирователя 6 импульсов коррекции. С приходом на его вход синхронизации очередного импульса усреднения двоичный код с выхода дешифратора 10 записывается в формирователь 6 импульсов коррекции, а затем на его первом управляющем выходе появляются импульсы коррекции (фиг. 2т), сформированные из выходных импульсов умножителя 9 частоты. Количество импульсов коррекции описывается соотношением Nkj Nj-N0 Nn. Импульсы коррекции поступают на суммирующий вход первого реверсивного счетчика 7, изменяя для последующих интервалов усреднения код начального напряжения, который можно описать какz

N0 NOK-N0+2Nth

w

относится к W-му такту кор

где индекс рекции;

Nfj - код NH на последнем интервале усреднения z-ro такта положительной коррекции;

z W, поскольку в рассматриваемом случае импульсы коррекции всегда поступают на суммирующий вход первого реверсивного счетчика 7. Одновременно импульсы коррекции поступают на суммирующий вход блока 3 управления, выходным напряжением которого частота управляемого генератора 2 изменяется таким образом, что выходная частота смесителя 1 на данном интервале усреднения совпадает с центральной частотой полосы пропускания компаратора 4. По началу формирования очередной пачки импульсов коррекции на выходе переноса формирователя 6 импульсов коррекции появляется импульс переноса (фиг. 2/), по которому на выходе сумматора 15 в течение заданного временного интервала формируется максимальный уровень напряжения млес (фиг. 2п). Наличие на экране регистратора 11 U{AUMCeсигнализирует о протекании процесса перестройки управляемого генератора 2 и о возможности внесения при этом погрешности в процессе преобразования. На следующем интервале усреднения коммутируемые импульсы суммируются во втором реверсивном счетчике 18 с выходным кодом первого реверсивного счетчика 7, а выходное напряжение измерителя при этом описывается соотношением

(Ut /),(. ДЈ/,

где (Ј/f.«/)w+i, (jV/fV-н - выходное напряжение измерителя и величина кода Л// на /-м интервале усреднения (ш+1)- го такта коррекции.

Аналогично работает измеритель при ,NO. Однако в этом случае единичный уровень напряжения появляется на втором выходе дешифратора 10, а импульсы коррекции с второго управляющего выхода фор

0

0

5

0

5

0

0

5

где Л мирователя б импульсов коррекции поступают на вычитающие входы блока 3 управления и первого реверсивного счетчика 7. Выходное напряжение измерителя в общем случае описывается функцией

(),+jlN+- -Дл/т ±

±(,

код NJJ на последнем интервале усреднения х-го такта отрицательной коррекции;

W Z+X.

Таким образом, в рассматриваемом измерителе отклонение исследуемой частоты от начального значения преобразуется в последовательность квантованных отсчетов напряжения, следующих с заданным интервалом усреднения. Выход исследуемой частоты за полосу пропускания компаратора 4 компенсируется изменением частоты управляемого генератора 2 с одновременной коррекцией выходного напряжения измерителя, что позволяет использовать стандартный компаратор, например, типа 47-12 при всех его коэффициентах умножения и, как следствие этого, повысить точность измерений.

Формирователь 6 импульсов коррекции (фиг. 3) работает следующим образом.

На кроссировочных полях 27 набирают код /V0.

На вход синхронизции формирователя 6 импульсов коррекции поступают импульсы усреднения. При наличии единичного уровня на первом или на втором управляющем входе импульсы усреднения проходят на выход переноса через один из открытых элементов 2И 20 и 21, устанавливают триггер 22 в единичное состояние, а также записывают в двоичные реверсивные счетчики 26 код с информационного входа формирователя 6 импульсов коррекции.

Если ,9/V0, то на первом управляющем входе присутствует единичный уровень и импульсы со счетного входа через открытый элемент ЗИ 24 поступают на первый управляющий выход и вычитающий вход первого из цепочки последовательно соединенных двоичных реверсивных счетчиков 26. Выходной код счетчиков 26 начинает после- 5 довательно уменьшаться на единицу. Когда он достигает значения /V0, на выходах всех блоков 28 сравнения кодов появляются единичные уровни, которыми открывается элемент И 29, и триггер 22 возвращается в нулевое состояние. Прекращается коммутация импульсов на первый управляющий выход формирователя 6 импульсов коррекции, при этом количество импульсов коррекции равно N, N,,i.

При Nj.0,h 0 работа формирователя 6 импульсов коррекции аналогична, единичный уровень с второго управляющего входа открывает элемент ЗИ 25 и импульсы поступают на суммирующий вход первого из цепочки последовательно соединенных двоичных реверсивных счетчиков 26 и второй управляющий выход, количество импульсов коррекции на котором определяется соотношением .

Таким образом, предлагаемый измеритель позволяет получить минимальное возможное значение разрешающей способности по частоте, что, в свою очередь, дает возможность определять с высокой точностью функцию переходного процесса установления частоты и может быть использован при разработке и испытаниях управляемых частотных устройств и систем.

Формула изобретения

Измеритель переходных характеристик частотных прецизионных устройств, содержащий первый и второй делители частоты, триггер, элемент И, коммутатор, сумматор, последовательно соединенные синхронизатор и регистратор, выходы первого и второго делителей частоты подключены к / -входу и 5-входу триггера соответственно, выход сумматора подключен к информационному входу регистратора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерителя, введены смеситель, управляемый генератор, компаратор, эталонный генератор, формирователь импульсов коррекции, умножитель частоты, дешифратор, два реверсивных счетчика, блок управления, выход которого через управляемый генератор подключен к гетеродинному входу смесителя, выходы смесителя и эталонного генератора подключены к информационному и управляющему входам

компаратора соответственно, выход эталонного генератора подключен к входу умножителя частоты, выход которого соединен со счетным входом второго делителя частоты первым входом элемента И, счетным входом

формирователя импульсов коррекции, первый и второй управляющие выходы которого соединены с суммирующим и вычитающим входами блока управления и первого реверсивного счетчика, выход компаратора соединен со счетным входом первого делителя частоты, вход синхронизации которого подключен к входу синхронизации второго делителя частоты, к / -входу триггера и входу синхронизации формирователя импульсов коррекции, выход второго делителя частоты соединен с входом синхронизации коммутатора и входом записи второго реверсивного счетчика, счетный вход которого подключен к выходу элемента И и к счетному входу коммутатора, выход которого соединен с вхо0 дом дешифратора и с информационным входом формирователя импульсов крррекции, выход переноса.последнего соединен с входом синхронизации сумматора, информационный вход которого соединен с выходом второго реверсивного счетчика, выход пер5 вого реверсивного счетчика соединен с информационным входом второго реверсивного счетчика, первый и второй выходы дешифратора подключены к первому и второму управляющим входам формирователя имQ пульсов коррекции соответственно, выход триггера подключен к второму входу элемента И, информационный вход смеситатя подключен к входной шине.

СЗ ОО Ч QjiC

tf)

f :з

-в

Изобретение относится к радиотехническим измерениям. Цель изобретения - повышение точности. Измеритель содержит два делителя частоты, триггер, элемент И, коммутатор, сумматор, синхронизатор, регистратор, смеситель, управляемый генератор, компаратор, эталонный генератор, формирователь импульсов коррекции, умножитель частоты, блок сравнения кодов, два реверсивных счетчика, блок управления, входную и выходную шины. Повышение точности достигается за счет обеспечения большей разрешающей способности. 3 ил.