Преобразователь отклонения частоты от номинального значения в аналоговый сигнал Советский патент 1992 года по МПК G01R23/00 

Устройство работает следующим образом,

В основу работы преобразователя положен принцип, заключающийся в преобразовании одного периода входного сигнала в рабочем диапазоне в код пропорционально частоте входного сигнала в соответствии с формулой

Кп Кет-- : t

где Кп - величина на выходе счетчика длительности периода (Кп 4095 при 12 разрядах ЦАП);

F - входная частота;

f- частота внутреннего генератора, поступающая на вход длительности периода;

К0 - число, определяющее нижнюю граничную частоту рабочего диапазона,

В момент включения питания в блоке управления 3 пусковой элемент 24 формирует импульс начальной установки (сигнал логической единицы), который устанавливает регистр 8 и триггер 14 в нулевое состояние, а в счетчик 7 записывает исходное число от формирователя 11. При этом на второй (разрешающий) вход ключа 6 поступает сигнал логического нуля с первого (прямого) выхода триггера 14 через элемент И 15, запрещающий прохождение импульсов с генератора 4 через делитель 5 на счетчик 7, т.е. выходной код счетчика 7 равен задающему коду формирователя 11 и сохраняется до момента смены состояния триггера 14. До этого же момента коды на выходах регистра 8 и преобразователя

9равны нулю, а напряжение на выходе ЦАП

10равно минимальному значению (нулю).

Генератор 1 подает периодический сигнал на формирователь 2, где формируются прямоугольные импульсы с крутыми фронтами, а значение частоты не меняется. Сигнал с выхода формирователя 2 поступает на счетный вход триггера 14 блока 3.

В момент прихода первого положительного перепада на счетный вход триггера 14 меняется его состояние из нулевого в единичное, при этом на втором входе элемента И 15 появляется логическая единица, которая будет также и на первом входе, так как предварительно в счетчик 7 был записан заданный код, а элемент ИЛИ 12 выявляет наличие хотя бы одной логической единицы одновременно по старшим и младшим разрядам счетчика 7, следовательно, ключ 6 будет открыт. Счетчик 7 начинает вычитать из заданного кода импульсы, поступающие с генератора 4 через делитель 5 до прихода нового положительного перепада на второй (счетный) вход триггера 14 или до обнуления

счетчика 7, когда элементы ИЛИ 12, И 15 отключат ключ 6 и остановят счетчик 7 в нулевом состоянии.

При появлении положительного перепада триггер 14 перейдет в нулевое состояние, при этом на инверсном выходе его появится логическая единица, а элемент 17 сформирует короткий единичный импульс, который через ключ 22 пройдет на вход за0 писи регистра 8 и состояние счетчика 7 (младших разрядов) перепишется в регистр 8, после чего преобразователь кодов скорректирует сигнал и выдаст его на ЦАП 10, После кратковременной задержки

5 (меньше периода частоты генератора 4), формируемой ждущим мультивибратором 16 по положительному перепаду на его выходе, элемент 18 формирует короткий импульс записи заданного кода в счетчике 7,

0 который одновременно пойдет на вход S- триггера 14 и установит его в единичное состояние. После записи заданного кода в счетчик 7 элемент ИЛИ 12 будет иметь на выходе логическую единицу. Таким образом

5 две логические единицы на входах элемента И 15 дадут разрешающий сигнал на ключ 6, и вновь пойдет процесс измерения периода.

Работа устройства в рабочей зоне.

0 Если входная частота ниже нижней границы рабочей зоны, то на выходе устройства будет нулевое значение, так как период частоты будет больиОим, счетчик 7 будет успевать обнуляться и будет появляться сигнал

5 нуля на выходе элемента ИЛИ 12, который через элемент И 15 выключит ключ 6 и на счетчик 7 перестанут поступать импульсы до момента поступления положительного перепада на триггер 14. После этого процесс

0 повторяется.

Если входная частота выше верхней граничной частоты рабочей зоны, то на выходе устройства будет максимальное значение, так как период частоты будет мал и старшие

5 разряды счетчика 7 не будут успевать полностью обнуляться, при этом элемент ИЛИ 13 в момент появления импульса на выходе элемента 17 будет в единичном состоянии и импульс с выхода элемента 17, пройдя ключ

0 21, установит регистр 8 в единичное состояние, а состояние с младших разрядов счетчика 7 в регистр 8 переписываться не будет.

Элемент ИЛИ 13 подключен входами к старшим разрядам счетчика 7. Количество

5 старших и младших разрядов счетчика 7 определяется необходимой точностью преобразования, диапазоном преобразования и номинальной входной частотой тахогенера- торз. На основании этих данных выбирается частота, поступающая на счетчик 7.

Таким образом, повышение точности достигается за счет измерения непосредственно величины длительности периода и за счет того, что длительность сигнала, формируемого счетчиком 7, запоминается на весь последующий цикл измерения в регистре 8. Расширение области применения достигается введением делителя, который позволяет работать с различными (по номинальной частоте) источниками сигнала.

Данное устройство позволит повысить точность снятия характеристик систем регулирования турбин. Наличие нормированного выхода позволит непосредственно стыковать устройство с другими приборами (например, двухкоординатным самописцем Н-307) для построения функциональных зависимостей, сравнивая с заводскими.

Высокая динамическая точность позволяет более качественно оценивать характе- ристики системы регулирования при импульсных разгрузках и сбросах электрической (паровой)нагрузки при использовании с приборами регистрации быстротекущих процессов (например, светолучевой осцилло- граф Н 145).

Формула изобретения 1. Преобразователь отклонения частоты от номинального значения в аналоговый сигнал, содержащий генератор импульсов, выход которого подключен к входу форми- рователя имггульсов, генератор опорной частоты, блок управления и счетчик импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения области применения, в него введены последовательно соединенные регистр памяти, преоб- разователь кодов и цифроаналоговый преобразователь, последовательно соеди- ненные делитель частоты и ключ, формирователь задания кода, выход которого подключен к S-входу счетчика импульсов, счетный вход которого подключен к выходу ключа, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй, третий и четвертый выходы которого подключены соответственно к первому входу

установки, входу управления и второму входу установки регистра памяти, информационный вход которого подключен к первому входу блока управления и выходу счетчика импульсов, вход управления которого соединен с пятым выходом блока управления, второй вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, а выход генератора опорной частоты подключен к входу делителя частоты.

2,Преобразователь по п.1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что блок управления содержит два элемента ИЛИ, два ключа, два инвертора, два дифференцирующих элемента, элемент И, элемент И-НЕ, ждущий мультивибратор, триггер, пусковой элемент, при этом входы элементов ИЛИ соединены и являются первым входом блока управления, выход первого элемента ИЛИ соединен с первым входом элемента И, выход которого является первым выходом блока управления, выход второго элемента ИЛИ соединен с первым входом первого ключа и через первый инвертор с первым входом второго ключа, выход которого является третьим выходом блока управления, выход первого ключа является вторым выходом блока управления, к второму входу элемента И подключен первый выход триггера, к первому входу которого подключен выход пускового элемента, который является четвертым выходом блока управления, а второй вход триггера является вторым входом блока управления, к третьему инверсному входу триггера подключен инверсный выход второго дифференцирующего элемента и первый вход элемента И-НЕ, к второму входу которого через второй инвертор подключен выход пускового элемента, выход элемента И-НЕ является пятым выходом блока управления, второй выход триггера соединен с входом первого дифференцирующего элемента и входом ждущего мультивибратора, выход которого подключен к входу второго дифференцирующего элемента, выход первого дифференцирующего элемента соединен с вторыми входами первого и второго ключей.