Преобразователь частоты в напряжение Советский патент 1992 года по МПК H03K9/06 

(/)

С

Преобразователь частоты в напряжение может быть использован в устройствах обработки информации, в системах автоматического контроля и регулирования с частотными датчиками физических величин. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет дополнительного воспроизведения нелинейных (стеленных и полиноминальных) функций преобразования. Преобразователь содержит входной формирователь 1 импульсов, ждущий мультивибратор 2, амплитудный ограничитель 3, фильтры 4, 6 нижних частот, аналоговый ключ 5, сумматор 7 с соответствующими связями. 1 ил.

2

ON СЛ

Ю

ся

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в устройствах обработки информации, в системах автоматического контроля и регулирования с частотными датчиками физических величин.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей преобразователя частоты в напряжение за счет дополнительного воспроизведения нелинейных (степенных и полиномиальных) функций преобразования.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Преобразователь содержит последовательно соединенные входной формирователь 1 импульсов, ждущий мультивибратор 2, амплитудный ограничитель 3, первый фильтр 4 нижних частот, аналоговый ключ 5, второй фильтр 6 нижних частот и сумматор 7, К первому входу сумматора 7 присоединена шина 8 опорного напряжения. Второй вход сумматора 7 соединен с выходом первого фильтра 4 нижних частот, а управляющий вход аналогового ключа 5 соединен с выходом ждущего мультивибратора 2.

Преобразователь служит для воспроизведения функциональной зависимости выходного напряжения Квых от частоты f вида

ивых anfn + an-ifn + ... + aif + а0.

Рассмотрим работу устройства при воспроизведении квадратичной функции преобразования частоты в напряжение (полинома второй степени).

Входной сигнал частоты f, преобразованный формирователем 1 в прямоугольные импульсы, запускает ждущий мультивибратор 2, длительность импульсов которого г стабильна и не превышает минимального периода входного сигнала Tmin 1/fmax. На выходе первого фильтра 4 нижних частот, имеющего коэффициент усиления KL из сформированных импульсов стабильной амплитуды и длительности выделяется посто- янная составляющая Ui, линейно зависящая от частоты входного сигнала:

Ui-KiU rf.

Напряжение Ui поступает на потенциальный вход аналогового ключа 5, который находится в замкнутом состоянии в течение интервала времени т, равного длительности импульса управления ключом, поступающего с выхода ждущего мультивибратора 2.

При помощи второго фильтра 6 нижних частот, имеющего коэффициент усиления К2, из импульсов напряжения на выходе

ключа 5 выделяется постоянная составляющая U2. имеющая квадратичную зависимость от частоты входного сигнала: U2 KiK2U т2 f

Сигналы Ui и IJ2. поступающие с выходов фильтров 4 и 6 нижних частот; алгебраически складываются в сумматоре 7 вместе с сигналом Ко, поступающим с шины 8 опорного напряжения. Причем указанные сигналы могут поступать как на суммирующие, так и на вычитающие входы сумматора 7, в зависимости от требуемого знака коэффициента при соответствующей степени. Таким образом на выходе сумматора 7

формируется напряжение ивых, имеющее функциональную зависимость от входной частоты в виде полинома второй степени:

Увых Э2Т2 + aif + а0, где

32 KiK2U т2, ai KiU т, а0 Uo.

При необходимости воспроизведения полинома более высокой степени в преобразователь достаточно ввести несколько ячеек из последовательно соединенных аналоговых ключей и фильтров нижних частот, число которых на единицу меньше старшего показателя степени воспроизводимого полинома, а также увеличить число входов сумматора.

В качестве аналогового ключа можно использовать микросхему К590КН2, а сумматор и фильтры нижних частот можно выполнить на микросхемах операционных усилителей.

Предлагаемое техническое решение позволяет значительно расширить область применения и функциональные возможности преобразователей частоты в напряжение. Это связано с возможностью линеаризации характеристики широкого класса первичных измерительных преобразователей с частотным выходом (например,

датчиков расхода, давления, температуры и т.д.). А как известно из теории приближения функций, любая непрерывная функциональная зависимость (в том числе нелинейная) может быть воспроизведена многочленом

n-й степени как угодно точно.

Предлагаемый преобразователь также может быть использован в качестве устройства для воспроизведения многочленов и степенных функций различных физических

величин (электричес ких и неэлектрических) с частотной формой представления информации. Например, на базе данного преобразователя с квадратичным законом преобразования несложно выполнить устройства для измерения действующего значения переменного тока или мощности по- стоянного тока, предварительно преобразованного в частоту импульсов, а также осуществить измерение кинетической энергии движения объекта, снабженного частотным датчиком скорости.

Указанные преимущества делают предлагаемое устройство более универсальным и эффективным в применении по сравнению с известными решениями за счет совмещенной во времени процесса преобразования частоты в напряжение с математическими вычислительными операциями.

Формула изобретения Преобразователь частоты в напряжение, содержащий последовательно соединенные входной формирователь импульсов, ждущий мультивибратор, амплитудный ограничитель и первый фильтр нижних частот, отличающийся тем, что, с целью

расширения функциональных возможностей за счет дополнительного воспроизведениянелинейныхфункцийпреобразования, в него введены последовательно соединенные аналоговый ключ, второй фильтр нижних частот и сумматор, к первому входу которого присоединена шина опорного напряжения, причем выход ждущего мультивибратора соединен с управляющим входом аналогового ключа, а

выход первого фильтра нижних частот соединен с потенциальным входом аналогового ключа и вторым входом сумматора, выход которого является выходом устройства.