Устройство для измерения скорости изменения длительности периода Советский патент 1991 года по МПК G01R23/00 

(Л

С

Изобретение относится к электрорадио- измерениям и может использоваться в системах автоматического контроля и регулирования. Целью изобретения язляет- ся повышение точности мзмсрений. Устройство для измерения скорости изменения длительности периода содержит формирователи 1 и 2 импут сев, счетчики 3 и 4, блок 7 возврата, ключ 9, реаерсивные счетчики 10 и 13, индикатоо 15. Введение триггера 5, счетного триггера б, узла 8 управления, мультиплексора 11, узла 12 переключения и узла 14 памяти позволило за счет усреднения повысить точность измерений скорости изменения длительности периода на любом участке переходного процесс-э и требуемом интервале усреднения 5 ил.

16

о

го

Јь СО

&ь

с.

U

П

± 18

15

Фиг.1

Изобретение относится к области элек- трорадиоизмерений и может использоваться в системах автоматического контроля и регулирования.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие его работу; на фиг. А - 5 - структурные схемы ряда блоков. Устройство для измерения скорости изменения длительности периода содержит формирователи 1 и 2 импульсов, счетчики 3 и 4, триггер 5, счетный триггер 6, блок 7 возврата, узел 8 управления, ключ 9, рэвер- сивный счетчик 10, мультиплексор 11, узел 12 переключения, реверсивный счетчик 13, узел 14 памяти и индикатор 15. Вход формирователя 1 импульсов является входом устройства, а вход формирователя 2 импульсов - входом опорной частоты устройства. Выход формирователя 1 импульсов через счетчик 1 соединен с входом сброса триггера 5, выход которого через ключ 9 подключен к первому входу узла 12 переключения. Выход формирователя 2 импульсов через счетчик 4 соединен с входом установки триггера 5 и первым входом блока 7 возврата, первый и второй выходы которого подключены соответственно к входам установки реверсивных счетчиков 10 и 13. Выход счетного триггера 6 объединен с вторым входом узла 12 переключения, вторым входом блока 7 эоэврата и первым входом узла 8 управления, выход которого подключен к управляющей шине мультиплексора 11, второй вход узла 8 управления объединен с выходом и входом установки счетчика 3, входом установки счетчика 4 и входом счетного триггера 6, а третий вход - с входом счетчика 4 и вторым входом ключа 9. Суммирующий и вычитающий входы соответственно реверсивных счетчиков 10 и 13 соединены с первым выходом узла 12 переключения, второй выход которого объединен с вычитающим и суммирующим входами соответственно реверсивных счетчиков 10 и 13. Первая - третья информационные шины мультиплексора 11 подключены соответственно к выходам реверсивных счетчиков 10, 13 и узла 14 памяти, а выход мультиплексора 11 соединен с входом индикатора 15.

Как вариант индикатор 15 может содержать цепочку блоков из регистратора 16, сумматора 17 и ЦАП 18.

Счетчики 3 и 4 могут реализоваться на основе реверсивных счетчиков с кроссиро- вочным полем.

Блок 7 возврата состоит (фиг. 4) из элементов 2И-НЕ 19 - 21 Первые объединенные входы элементов 2И-НЕ 20, 21 и первый, второй входы элемента 2И-НЕ 19, подключенные к второму входу элемента 2И-НЕ 20, соединены соответственно с первым и вторым входами блока 7 возврата. Выходы элементов 2И-НЕ 20 и 21 являются соответственно первым и вторым выходами блока 7 возврата, выход элемента 2И-НЕ 19 соединен с вторым входом элемента 2И-НЕ 21.

Узел 8 управления (фиг. 5) содержит элемент ИЛИ 22, делитель 23, счетчик 24 и преобразователь 25 кодов, причем первым входом узла 8 управления является первый вход преобразователя 25 кодов, вторым входом - установочный вход счетчика 24, соединенный с первым входом элемента ИЛИ 22, третьим входом - информационный вход делителя 23, выход которого подключен к информационному входу счетчика 24 и второму входу элемента ИЛИ 22, выходная шина счетчика 24 подключена к входной шине преобразователя 25 кодов,.выход которого является выходом узла 8 управления..

Схема узла 12 переключения аналогична схеме блока 7 возврата.

Сущность измерения скорости изменения длительности периода состоит в следующем.

Из пх импульсов исследуемой частоты

fx, следующих с периодом Тх (фиг. 2а), формируется последовательность импульсов усреднения tx (фиг. 2в), период следования которых

tx nxTx.(1)

Из импульсов опорной частоты f0, следующих с периодом Т0 (фиг. 2с), формируется последовательность опорных импульсов (фиг. 2d), которая задержана относительно импульсов усреднения на опорный интервал to

to n0To(2)

формируется измерительный интервал tn и как разность периода следования импульсов усреднения и опорного интервала

(фиг. 2, е)

1и tx - to,(3)

который коммутирует импульсы опорной частоты (фиг. 2f).

Количество коммутируемых импульсов 0 N определяется соотношением

N tn/To.

(4)

Период следования импульсов исследу- емой частоты Txi изменяется по закону

Txi Txo ±ДТк(5)

где Тхо, ДТ( - номинальное значение периода следования импульсов исследуемой частоты и его отклонения.

Тогда соотношение (А) с учетом (1, 2, 3,л т .-Ј. -(10)

5) преобразуется к виду nx tx

по частоте

Nj LxJxo r Tp LlATcEji(6)ДГр (11)

1 ( txo То т I )

Для осуществления допускового контгде NJ - количество коммутируемых импуль-роля формируется поле допуска. Интервал

сов на j-м интервале усреднения;усреднечия разбивается на три временных

J nxинтервала. В течение первого из них, равATcpj XATi/nx-среднее зна- Юнего, например. 1/4- tx (фиг. 2и. интервал

|- ( 1времени ti - 12), на ЦАП 18 коммутируется

чение отклонения периода на j-м интер-код еерхней грачицы ПОЛя допуска. В

вале усреднения.течение второго, оавного, например.

Значение коэффициента деления п01/2 (фиг 2и интвремени t2 - ta).

выбирается из условия обеспечения из- 15коммутирует код скорости изменения

мерения как положительных, так и отри-длительности периода1 и е течение третьцательных значении скорости измененияеро нижней ,раницы поля допуска.

частотыКоды границ поля допуска определяют

тт о А т-по формулам

ПХ Тхо - Пр Тр 2 ДТУ.ах w m 20

- ум С) оioл Л т

NB YH TW Ун - NCp , (12)

где А Ттах максимальное отклонение пе- °

риода от номинального значения;дт

YH - номинальное значение числа ком- 25-г н YH + - „ + Ncp , (13)

мутируемых импульсов.°

Выражение (6) с учетом (7) принимаетА т

„где ДТтах) - максимально допустимое вид

. дтсреднее изменение периода на двух любых

Nj YH - . (8)„.соприкасающихся интервалах усреднения,

TOjU

Мер х ATmaxj/To

Количество коммутируемых импульсов, сформированных на интервале, суммируется с кодом YH. Одновременно NI вычита-с

г-)коммутируемые коды преобразуются в

ется из кода, полученного на предыдущем напряжения по закону интервале усреднения, в результате чегс 35

формируется величинац, - N. Д U ( YH - Ncr ) Л U

+ N0-i) -N,Yb±-Uo-Ucr.(I4J

(j:Ij:ATcpJ (9) 40Uci ANJAiJ(YH±NcuJ)AU

- -rv- Uo ± Ucuj ,(Ibj

YH±Ncuj, -Ди(Ун + МСг)Аи

где Uo+Ucr.(16)

Ncuj l Aj ilIzA.J , 45

i оВ устройстве из предыдущего значения

которая пропорциональна скорости изме-кода NQ-IJ вычитается последующее NJ, поэнения периода исследуемого процесса затому получаемые отсчеты ±Ucu, входящие

интервал усреднения.в выражение (15). пропорциональны скоРазрешающая способность устройства, рости изменения периода, но противопот.е. такое отклонение периода или частоты наложны ей по знаку. Для получения

интервале усреднения, которое вызывает при-отсчетов напряжения, пропорциональных

ращение количества коммутируемых импуль-скорости изменения периода, производится

сов на единицу, определяется из условиявычитание полученных напряжений (14...16)

„ из опорного Uo, т.е. формируются напряAN,NJ-1 Ат. -N, -1ЬЬ жения:

Ат Атр

Ат о

и с учетом (1) и Af А Т /(Тхо ±,,.

.-г -гивых в - Uo - UB - Ucr -

±ТХ А Т) равнап Лт

Пх ii I max.J Aii/пл

по периоду Ди ;(17;

I о

Мер х ATmaxj/To

UBUX.CJ 4Jo - UcJ UcuJ - ±Пх АТср -ДТср.()-1)Ди. (18)

TO UeblX.n Uo Un Ucr

Пх ATmax /- дл

To

Таким образом, в устройстве скорость изменения периода преобразуется также в последовательность отсчетов напряжения, следующих через интервалы усреднения tx. Визуализация функции скорости изменения длительности периода позволяет довольно просто и с достаточной точностью измерять время готовности ty устройств с частотным выходом (фиг. 3).

Устройство для измерения скорости изменения длительности периода работает следующим образом.

Перед началом проведения измерений устанавливают коэффициенты деления счетчиков 3 и 4, которые рассчитывают по формулам (1) и (7) соответственно. На информационных входах реверсивных счетчиков 10, 13 устанавливается код YH (7)

Коды верхней и нижней границ поля допуска рассчитывают по соотношениям (12) и (13)соответственно и заносят их в узел 14 памяти.

Импульсы исследуемой частоты fx через формирователь 1 импульсов поступают на вход счетчика 3 (фиг. 2а), на выходе которого формируется последовательность импульсов усреднения (фиг, 2в), На выходе счетчика 4 из импульсов опорной частоты f0 (фиг. 2с) формируется последовательность опорных импульсов, которая задержана относительно импульсов усреднения на временной интервал, равный to (фиг 2d). Импульсы усреднения, поступая на входы установки счетчиков 3 и 4, осуществляют синхронизацию их работы. Опорные импульсы устанавливают триггер 5 в единичное состояние по выходу, импульсы усреднения - в нулевое. На выходе триггера 5 формируются измерительные интервалы (фиг, 2е), который коммутируют на выход ключа 9 импульсы опорной частоты (фиг. 2f). Режим работы остальных узлов задается счетным триггером 6, выходной уровень которого изменяется на противоположный по приходу каждого импульса усреднения (фиг. 2k).

При единичном уровне на выходе счетного триггера 6 импульс установки с первого выхода блока 7 возврата (фиг. 2п) устанавливает реверсивный счетчик 10 в исходное состояние. Коммутируемые импульсы проходят на первый выход переключения узла 12 переключения (фиг. 21), которые поступают но суммирующий вход реверсивного счетчика 10 и на вычитающий вход реверсивного счетчика 13. В реверсивном - счетчике 10 записывается код YH + NI, a в реверсивном счетчике 13 - код YH + + NJ-I-NJ , который пропорционален скоро0 с ти изменения периода.

При появлении уровня на выходе счет ного триггера 6 на выходах узла 8 управления последовательно формируются коды 00 (фиг. 2и, интервал времени ti -12), 10

5 (фиг. 2u, интервал времени t2 - гз), 11 (фиг. 2и , интервал времени t3 - U). В результате этого на выход мультиплексора 11 последовательно проходят код верхней границы поля допуска, код скорости изменения

0 частоты с выхода реверсивного счетчика 13, код нижней границы поля допуска. Выходной код мультиплексора 11 преобразуется в напряжение ЦАП 18 и через сумматор 17, осуществляющий преобразование (17-19),

5 поступает для визуальной индикации на регистратор 16 (фиг. 2и). г

Импульс установки с второго выхода блока 7 возврата (фиг. 2о) перед приходом очередной пачки коммутируемых импуль0 сов устанавливает реверсивный счетчик 13 в исходное состояние (записывается код YH). Коммутируемые импульсы (фиг. 2т) поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 10 и суммирующий вход реверсив5 ного счетчика 13. На выходе реверсивного счетчика 10 появляется код YH + NJ - NJ-ц, а реверсивного счетчика 13 - код YH + Nj+1. По очередному единичному уровню на выходе счетного триггера 6 на выходах уз0 ла 8 управления последовательно формируются коды 00 (фиг. 2 и) интервал времени t4 - ts , 01 (фиг. 2u, интервал времени ts - te), 11 (фиг. 2и, интервал времени te -t). Поэтому на выход мультиплексора 11 последова5 тельно проходят код верхней границы поля допуска, код скорости изменения частоты с выхода реверсивного счетчика 10, код нижней границы поля допуска.

Таким образом, на каждом интервале

0 усреднения на регистраторе 16 последовательно индицируются напряжения, которые характсри уют скорость изменения длительности периода и границы ее поля допу-. ска (фиг. 3}.

5 Узел 8 управления работает в составе устройства следующим образом.

Коэффициент деления делителя 23 устанавливают равным n tx/4T0. В исходное состояние счетчик 24 устанавливается импульсом усреднения, поступающим на второй вход узла 8 управления, а делитель 23 - импульсом усреднения и своим выходным импульсом. Преобразователь 25 кодов осуществляет следующее преобразование (входной код- выходной ьод): 000-00 001- 01:010-01:011-11;100-00; 101-10; 110-10; 111-11, где первый разряд входного кода представляет собой уровень сигнала, поступающего на первый вход узла 8 управления. По сравнению с известным те ниче- ским решением устройство за счет усредне- ния позволяет повысить точность измерений, а также оценивать скорость изменения длительности периода на любом участке переходного процесса, осуществлять ее допусковый контроль на требуемых интервалах усреднения.

Формула изобретения Устройство для измерения скорости из- менения длительности периода, содержащее первый формирователь импульсов, вход которого является входом устройства, ключ, первый счетчик, первый и второй реверсивные счетчики, индикатор, а также по- следовательно соединенные второй формирователь импульсов, вход которого является входом опорной частоты устройства, второй счетчик и блок возврата, выход которого подключен к входу установки пер- вого реверсивного счетчика, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введены

to

0

5

триггер, узел управления, мультиплексор, счетный триггер, узел переключения и узел памяти, причем вход установки триггера соединен с выходом второго счетчика, а выход через ключ соединен с первым входом узла переключения, второй вход которого объединен с выходом счетного триггера, первым входом узла управления и вторым входом блока возврата, второй вход узла управления объединен с входом сброса триггера, выходом и входом установки первого счетчика, входом счетного триггера и входом установки второго счетчика, а выходнэя шина соединена с управляющей шиной мультиплексора, выход которого подключен к вход/ индикатора, выход первого формирователя импульсов соединен с входом первого счетчика, а выход второго формирователя импульсов объединен с вторым входом ключа и третьим входом узла управления, суммирующий и вычитающий вч-оды соответственно первого и второго реверсивных счетчиков объединены с первым выходом узла переключения, второй выход которого объединен с вычитающим и суммирующим входами соответственно первого и второго реверсивных счетчиков, второй выход блока возврата соединен с входом установки второго реверсивного счетчика, а первая, вторая и третья информационные шины мультиплексора подключены соответственно к выходам первого и второго реверсивных счетчиков и узла памяти.

.(

t

t t

t t

t t t t

t

16243-14

r-z(t)

Отсчеты и8шс

Отсчеты U8btx g

(риг. 4